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黑洞的概念,大家应该都知道吧?而且在2019年4月10那天,全世界的人民都看到了自人类诞生以来,第一张黑洞的照片,终于大家不会再去问黑洞是什么样的这样的问题了,但是黑洞是什么你真的了解吗?

宇宙中的黑洞,其实和你想象中的不一样

第一张黑洞照片

电影《星际穿越》给我们展示了一个光怪陆离的世界,主角穿越黑洞,不仅大难不死,还穿越了空间提醒了自己的女儿,最后更是穿越了时间,看到了自己已经老去的女儿。

但是电影中呈现的人类穿越黑洞的这种假设成立吗?那么想知道这个事情的话,咱们就得了解一下黑洞到底是个什么存在了?

宇宙中的黑洞,其实和你想象中的不一样

星际穿越画面

黑洞的真身

咱们先看看,人类的基础科学家为什么会发现黑洞,而黑洞这种事情到底魅力在哪里呢?爱因斯坦1915年提出了广义相对论,并且给出了最终形式的引力公式。

宇宙中的黑洞,其实和你想象中的不一样

阿尔伯特·爱因斯塔

一年以后,史瓦西对广义相对论给出了第一个严格的解释,在这个解释中,史瓦西假设宇宙中应该有这么一种很简单的天体,这种天体的周围,时空会发生弯曲的情况,而这就是最早的黑洞理论,而当史瓦西抛出“史瓦西半径”的概念时,黑洞的理论基础基本刚刚成型。

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史瓦西

在爱因斯坦得知史瓦西的成果后极力的赞赏,至此史瓦西在黑洞的研究中越走越远,但他的早逝让许多人缅怀他的同时,也加入了他的阵营,至此人类科学史上第一次大规模研究黑洞的热潮就这么开始了。

但是在量子学大热的前提下,一度史瓦西的成果差点就被放弃了,直到1939年奥本海默根据史瓦西的理论和广义相对论,证明了当一个天体在自身的引力或者外部引力的作用下,开始坍缩到史瓦西半径以下的时候,如果这个天体此时的质量要比临界质量大的情况下,那么这个天体的引力坍缩,就达不到稳定的状态,最后的结果就是黑洞的形成。

大家是不是听懵了,好吧队长再给大家简单解释一下,那就是当天体自我坍缩到史瓦西半径以下,在物理学上就不存在任何力可以和引力抗衡,这个天体只能变成黑洞,且这个过程不能逆转。

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坍塌模拟图

当奥本海默提出了这个理论的时候,科学界一片哗然,本来继续研究下去会有很好的成果,但是可惜老天爷这次也不给力。

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奥本海默

1939年的奥本海默是曼哈顿计划的负责人,随着二战的爆发,这帮本来研究天体物理学,和黑洞的科学家也都投入到了核弹的研究中去了,这种情况直到二战、冷战的结束,研究黑洞的黄金时代,终于在60-70年代来临了,而我们熟知的霍金就在这个时候开始了黑洞的研究,和他齐名的就是彭罗斯。

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彭罗斯

而黑洞这个概念直到霍金这里,才真正的算是完善了,因为霍金没有单纯的从物理学角度去解释黑洞现象,在大家还没有搞清楚黑洞的是不是不规则的球体或者周围磁场有没有的时候,霍金和彭罗斯抛出了一个“奇点定理”,至此黑洞的研究才算进入了正规。

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霍金和彭罗斯

而这个奇点的概念被人们知道的时候,科学家们才发现,黑洞现象的究极原因就是这个奇点,在黑洞周围发生的时空坍缩现象,还有引力超大的现象都是这个奇点引发的。

后来甚至有人提出,在恒星死亡后会变成黑洞的理论,其实这个是不对的,能不能变成黑洞,取决于有没有奇点。而量子物理奇点是一切时空穿梭的点,很多的好莱坞科幻大片都引用过这个概念。

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奇点

但是霍金在奇点这一被证明的理论上并没有停留多久,跟着黑洞的“面积定理”和“霍金辐射”两个理论,相继被抛出,人们终于才知道黑洞的真面目是什么,除了有奇点的同时,一个天体变成黑洞之后会比它之前的面积大两倍,而黑洞不是不停地“吃”,它还能蒸发辐射,而且在蒸发辐射的过程中,黑洞会变小,也就是说在这个宇宙中,辐射简直就是无敌的。当这些理论出现后,人们才算知道黑洞到底是个什么东西,但如果有人进入黑洞之后,真的像《星际穿越》里拍的一样,会进入所谓的高维空间吗?或者说,能穿梭时空吗?

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星际穿越电影穿越后画面

进入黑洞之后的猜想

首先咱们再说这个问题之前,还是得回过头来把奇点是啥搞清楚,首先在广义相对论的概念里,空间和时间应该是有无限曲率的一个点,而空间和时间也应该在这个点中,而在具有合理物质源的基础上,有一个引力坍缩的空间,那么空间和时间的奇点就会出现,但这个点不是完结,而是打破平衡的一个点,那么也就是说只要你能找到正确的奇点,并且穿过,你就会进入时空的乱流。

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吸入黑洞

我们熟知的物理学,其实在面对奇点的问题上是很无力的,因为这个奇点被称为物理定律失效之点,也就是说在这个密度无限大,时间空间曲率无限高,热量无限高,体积无限小的奇点当中,人类已知的一切都将变成空白,而这个奇点应该就是黑洞的源头,那么在理论清楚的时候,我们今天的猜想就有了基础。

还是以《星际穿越》为例吧,咱们假设当一个人类驾驶一艘飞船冲入黑洞,那么会发生什么现象呢?

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星际穿越飞船驶入黑洞

其实如果你看完电影,觉得黑洞就是个时空隧道可以随便穿越那么你就太天真了,在现实中,首先根据黑洞外缘恐怖的吞噬力,人类的宇宙飞船能不能承受咱们不说单说人体很有可能就扛不住那庞大的引力,而被这种引力撕扯到失去生命。

要知道黑洞是连光都吞噬的宇宙天体,人体的脆弱在黑洞面前,那就真的不算什么了,可能连黑洞的外缘都没有到达,仅仅只是进入引力场就被一波带走了。

但是咱们这个是一种假想,咱们还是继续,如果人类的飞行器和太空服都能抗住这样庞大的引力,但是当人类穿过黑洞的外缘,来到黑洞的表面,还是会被瞬间停止移动,这里并不是引力不存在了,而是黑洞表面的时空产生了扭曲现象,时间在这里处于静止状态,但是队长所谓的静止只是一种表面现象,其实早就被吞噬了,但是当你都穿过这一切,最终达到奇点的时候,你会发现这个奇点可能也没有你猜想得那么美好,什么时空穿梭,平行宇宙等等,都不会在这里发生,你会被无限大的引力瞬间扯碎,或者被无限大的热力瞬间烤得灰都不剩。

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掉入黑洞

所以很多人都问,黑洞吞噬的数量都是按秒算的,每天那么大的吞噬量,被它吞噬的东西都去哪里了,现在队长给你答案了,那就是奇点,这个体积无限小,密度无限大的,几何学上即存在也不存在的点,在黑洞中这就是万物的终点。

结语

所以虽然很多好莱坞大片看着很爽,但是科幻毕竟是科幻,不是科学,大家不能用科幻的理论去当做真实的概念,就像《复仇者联盟4》中一直在谈的时空穿梭的概念,罗德建议回到过去解决婴儿时期的灭霸,他和蚁人就拿着电影里的理论开始套,幸亏还有钢铁侠和班纳,否则按照他们这么来,复联最后估计就团灭了。

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