掉進黑洞一定會死嗎,為啥《星際穿越》裡的人能在黑洞中存活?

2021-01-09 時空通訊

如果一個人掉進了黑洞是死是活?這是在網上經常看到的問題。一方面科學描述的黑洞狀態極端,不可能存活生物;另一方面一些科幻電影,如《星際穿越》中的人們掉進黑洞,不但能存活,還能做出許多奇異的事情。

到底哪個是真哪個是假?時空通訊的觀點是:

不是掉進黑洞才會死亡,而是還沒掉進黑洞早就碎為齏粉了,不管是人是鬼,都成為基本粒子了。

《星際穿越》是科幻故事,不是科學研究,它可以找出一萬個可以存活的理由,但缺乏嚴謹的科學論證,不可當真,這裡就不作評說。

我們現在是來討論一下為啥還沒有掉進黑洞人早就會死翹翹了。

黑洞是一個極端天體,黑洞的史瓦西半徑是一個空空如也的天區,所有的物質進入黑洞都只是一個過客,會無可爭議的掉到中心那個體積無限小的奇點上,也就是說再大質量的物質,都會化為烏有。

我們一定要理解什麼是無限小,就是任何可以形容的體積都不是無限小,一個電子的直徑為10^-15m,這不是無限小,比電子小1億倍還是有體積的,也不是無限小,無限小實際上就是在我們世界不存在,而在超時空,如零維時空存在著。

只有這樣才能夠解釋巨大的質量怎麼能夠坍縮到一個無限小的奇點裡,如果有可衡量的體積,就是我們世界的東西,就無法解釋這是一個什麼樣的東西。

我們只知道掉到奇點的質量、角動量、電荷還存在,這一點事件視界以外(史瓦西半徑以外)就可以探測到。

所以,掉到奇點的物質不是真的沒有了,只是到了另一個我們無法了解的世界。這時的物質已經連基本粒子也不是了,是什麼,科學界也無法解釋。

愛因斯坦廣義相對論預言奇點會發生,引力場極端條件下的必然結果,當由於理論在此處失敗,因此無法描述奇點處會發生什麼。

我們只能認為,奇點不是我們世界的東西,我們是四維時空三維世界,而奇點很可能是一個零維時空的事物,是超時空的,所以我們世界無法窺視,也無法解釋。

在這個奇點上,是空間和時間的完美結合,形成一個無限曲率。

這個曲率的無限影響力範圍就是質量的史瓦西半徑。

史瓦西半徑是任何物體質量都存在的一個最小半徑,只有在極端條件下,物質無限坍縮才會縮小到自己質量的史瓦西半徑以內,到了這個臨界點,物質的塌縮之勢就無可阻擋,無止境的掉落到中心那個無限小的奇點上。

人類拍到的第一張黑洞照片

史瓦西半徑是愛因斯坦引力場論的一個精確解,是廣義相對論剛剛問世,科學家卡爾·史瓦西在1916年得出的。

物質質量的史瓦西半徑計算公式為R=2GM/c^2。

其中R為史瓦西半徑,G為引力常數(G=6.67×10^-11N·m^2/kg^2),M為天體質量,c為光速。

根據計算,太陽質量的史瓦西半徑約3000米,地球的史瓦西半徑約9毫米。根據觀測到的黑洞史瓦西半徑,可以反推出黑洞的質量。

史瓦西半徑臨界處為事件視界,就是能夠看見和不能看見的臨界點。

史瓦西半徑並不是物質縮到那麼小,而是物質縮成奇點後,在周邊形成的無限引力場範圍,這個範圍是一個球體,在這個球體內一切都看不見,引力曲率無限大,任何東西都無法逃脫,光也不例外。

因此我們可以理解為在黑洞的史瓦西半徑以內,逃逸速度大於光速。

那麼在黑洞視界邊緣呢?任何物質都會被強大的引力撕得粉碎,碎為基本粒子。

這些物質為了逃避黑洞的吞噬,就只有加快速度逃逸,速度達可以達到一半光速甚至接近光速,物質在極高速度運行和碰撞下會激發出強大的射線和可見光,並且由於離心作用在黑洞周邊形成一個熾熱的吸積盤,這個吸積盤的溫度可以高達10億K。

人類就是通過觀測黑洞的這些方面來研究和認識黑洞的。

在這樣一種狀態下,還有誰認為人類可以在那裡存活呢?

黑洞是我們所認知的宇宙最極端的天體,一旦進入了它的勢力範圍,一切都將被摧毀,沒有任何可僥倖的,不信誰有本事就去試試看,如果誰能回來,時空通訊為他擺宴接風洗塵,哈哈。

就是這樣。時空通訊專注於老百姓通俗的科學話題,歡迎討論。

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