黑洞是宇宙中最神奇最詭異的天體,而也正是因為黑洞的神奇,無數科學家都為之著迷,他們相信黑洞本身一定隱藏著更大的宇宙奧秘,甚至是宇宙的根本。這也是為什么幾十年來,天文學家們一直熱衷于對黑洞的探索。
經過多年努力,天文學家們也終于在2019年拍攝到了人類歷史上首張黑洞照片,確認了黑洞這種神秘天體確實存在。
雖然現有物理定律無法描述黑洞內部到底是什么狀態,但是天文學家們可以根據黑洞與周圍天體或者時空的互動,來間接判斷黑洞的某些屬性。
如今我們知道,黑洞的引力巨大,能吞噬一切靠近的物體,哪怕光都不能幸免。每個黑洞的中心都有一個奇點,奇點是更詭異的存在方式,它的體積無限小,密度無限高。
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同時黑洞還有一個邊界,稱為“事件視界”,是以奇點為中心,史瓦西半徑為半徑的球面。事件視界,顧名思義就是時間的分界線,我們每天看到的世界其實都是由一個個事件組成的,而一旦越過黑洞的事件視界,事件就戛然而止了。
不僅如此,越過了黑洞的事件視界,四維時空本身也不復存在。也就是說,黑洞的事件視界,是事件和四維時空的分界線。任何物體一旦越過事件視界,就會變得有去無回。可以這么通俗理解,黑洞的逃逸速度超過了光速,而我們所在的四維時空恰恰有光速限制,因此一旦掉進黑洞,就不可能有回頭路。
那么,既然黑洞能夠吞噬一切靠近的物體,那些被吞噬掉的物體最終都去哪里了呢?
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其實以目前人類的科技水平,根本不可能知道該問題的答案,只能盡可能去猜測,在現有理論的基礎上,通過黑洞吞噬周圍物體的過程和方式,大膽猜測。
黑洞是如何吞噬物體的呢?
并不像很多人想象的那樣,并不是簡單粗暴的直接“吃掉”。比如說當一顆恒星出現在黑洞周圍時,黑洞巨大的潮汐引力會把恒星外層物質撕的稀碎,在這個過程中,恒星物質一開始會圍繞黑洞高速旋轉,黑洞吞噬掉更靠近的物質,也會形成巨大的吸積盤。
就這樣,恒星物質從外到內一點點被黑洞超強的潮汐引力剝離,就像剝洋蔥那樣,最終被完全吞噬掉。不過,黑洞吞噬恒星的過程絕不是短時間內完成的,需要幾百萬年甚至更長的時間。
不過,黑洞吞噬周圍物體,與恒星等其他物體吞噬靠近的物體有本質區別。通常情況下,恒星行星等天體通過引力吸引到其他物體,比如說隕石,恒星行星自身的體積都會變大,就像我們吃飽飯之后肚子會鼓起來一樣。
但是黑洞完全就是個例外,不管黑洞吞噬掉多少物質,它本身的體積都不會有任何變化。為什么?
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原因很簡單,因為黑洞本身其實就是體積無窮小的奇點,因此不管黑洞吞噬多少物體,都不會改變奇點無窮小的事實。這里需要強調一下,平時我們也會說到黑洞的體積,實際上黑洞是沒有體積的,所謂的體積指的是黑洞事件視界的大小,也就是上面所講的,以奇點為中心,史瓦西半徑為半徑的球體大小。
問題就來了,黑洞吞噬物體并不會改變黑洞的體積,那么被黑洞吞噬的物體都到哪里去了?
一種觀點認為,任何物體被黑洞吞噬之后,都會成為黑洞的一部分,這恒星行星等天體通過引力吸引隕石是一樣的。
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物體被黑洞吞噬之后,越過事件視界,最終到達中心的奇點,成為黑洞的一部分。至于奇點到底是怎樣的存在方式,我們目前不得而知,可能永遠也不能確定,因為任何物體包括信息本身一旦被黑洞吞噬,就永遠出不來了,理論上我們不可能讀取到任何有關奇點的信息。
科學家們普遍認為,奇點并不屬于我們所在的四維時空,而是高維度時空的產物,言外之意,奇點可以通往高維度時空。
還有一種觀點認為,被黑洞吞噬掉的物體并沒有被撕碎,仍舊可以完好地存活,正如上面所講,黑洞可能連接著高維度時空或者另一個宇宙。
其實這種觀點從廣義相對論角度也能講得通。廣義相對論表明,任何物體都會對周圍時空造成一定影響,質量密度越大的物體,影響越明顯。
像黑洞這種天體,密度無窮大,可以無限拉伸周圍的時空。無限意味著什么?很可能意味著把周圍時空拉向我們無法理解的高維度時空,或者另一個宇宙,所謂的平行宇宙。
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有科學家就提出這樣的觀點,認為黑洞并不是孤立存在的,而是會與蟲洞白洞形成有機的整體。蟲洞大家都知道,是時空的捷徑,而白洞可以理解為黑洞的對立面,黑洞吞噬一切靠近的物體,而白洞是“只吐不吃”。黑洞吞噬的物體經過蟲洞,最終來到白洞被“吐”出來,最終來到另一個宇宙或者是高維度時空。
著名科幻電影《星際穿越》就有這樣的故事情節描述,男主人公穿越黑洞之后,并沒有被黑洞撕碎,最終來到了讓人很難理解的五維度時空,在那里可以通過引力與身處四維時空的女兒傳遞信息。
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《星際穿越》的這種設想其實是有理論基礎的,引力是自然界四種基本作用力中最弱的力,引力之所以如此微弱,科學家們懷疑就是因為引力泄露到了高維度時空,因此在五維度時空里,就可以通過引力與四維時空交流信息。
這就是黑洞的神秘之處。說實話,人類對黑洞的所有描述和定義基本上都是猜測和假象,沒有辦法,因為任何物理定律一旦遇到了黑洞,就顯得蒼白無力,都會失效。
但正是黑洞的這種神秘和詭異,吸引這無數科學家們去探索發現黑洞的奧秘。面對黑洞,科學家們動力十足,因為他們堅信黑洞很可能藏著通過宇宙本質的鑰匙!
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