落入黑洞後會發生什麼?

重力和時間的形式與你猜想的完全不同，在那裡，所有的物質都迎來終結。

當一顆足夠大的恆星走向盡頭，或者兩個足夠大的恆星殘骸合併時就會形成黑洞。黑洞的視界線的大小與恆星的質量大小成正比（視界線：黑洞的邊界，在此邊界內的光無法逃離），並且在其周圍存在有大量掉落物質所形成的吸積盤。(ESA/HUBBLE, ESO, M. KORNMESSER)。圖源：sina.cn

如果你只能提出一個關於宇宙的問題，你想要問什麼？你最想知道的是什麼？隨著慢慢變老，我們失去了孩童時期對事物的好奇心，這是收到埃裡克·厄布（Eric Erb）的還在上二年級的孩子特裡斯坦（Tristan）從學校帶回來十個問題時感到開心的原因，他最好奇的是關於時間和重力的謎題。冷靜下來，我將他的問題放在下面：

落入黑洞後會發生什麼？

萬有引力為什麼/怎樣吸引我們？

讓我們從第一個問題逐步解答。

通常來說：物質會被地球所阻擋，但是暗物質可以直接穿過，形成一個近乎完美的橢圓。如果在一個系統之中，如果僅有的力是萬有引力，並且其它一切都被忽略的話，這種結果一定會發生（Dave Goldberg從數學家/物理學家哪那裡得到的答案）

首先你需要知道，只要在宇宙中沒有任何事物接觸到你，那你就是自由的。這裡的自由並不是法律或者人權層面上的意義，而是說，你不會被任何外力推動或者拉扯。

你可以參考太空人在太空中自由漂動的場景：沒有地面支撐、沒有風吹向你、沒有椅子可坐以及沒有人觸碰到你，你在宇宙中是自由的。

這同樣也意味著，即使沒有經常這樣想，你也是被萬有引力自由地推動的。

美國國家航空航天局（NASA）太空人布魯斯·麥坎德利斯（Bruce McCandless）乘坐STS-41-B進行有史以來最長的無限制太空行走。沒有東西觸碰，也沒有外力作用，他自由落體，所承受的僅僅是萬有引力。

確實你感覺不到，但是萬有引力一直在拉扯你。你說你在地球表面感受到了那種力量？不，那不是萬有引力，那是由椅子、地面或者其他支撐物給你帶來的一種力的平衡感。撤除這些支撐力，像是你跳起來，那種瞬間失重的感覺就是自由落體，或者說只受萬有引力的作用。

在真實的宇宙中，充斥著大量的質量。地球是質量，太陽是質量，宇宙中的所有世界、恆星和星系都是質量。如果你能夠將空間可視化，會發現它不僅僅是一個平坦的網格，它會在各種質量的作用下變形。當你僅在萬有引力的作用下穿越宇宙的時候，扭曲的網格將會決定你怎樣移動。

一個物質的下降將會導致直線而非空白、漆黑、3D的網格彎曲一定的程度。在廣義相對論中，我們認為時間和空間是連續的，但是一切形式的能量（包括但不限於物質）都會導致一定的時空扭曲率（NETWORKOLOGIST和THE PRATT INSTITUTE的首席CHRISTOPHER VITALE）。

這就是萬有引力：能使空間在質量和能量的作用下扭曲，使其他物體（比如你）存在於空間之中。

不要被個靜態的圖片所迷惑，空間的結構會因為質量的移動而發生變化。隨著地球圍繞太陽旋轉，空間的扭曲變化著；隨著太陽圍繞銀河系旋轉，空間的曲率變化著；隨著恆星的形成、存在、爆炸和死亡，空間的結構變化著。

這是宇宙之舞的一部分，也是萬有引力故事的一部分；隨著質量的變化與移動，隨著宇宙的擴張，隨著宇宙中發生的一系列進程，宇宙的結構變化著。但講了那麼多，萬有引力依然是真實的，不斷地牽扯著我們並使我們感覺是在自由落體。

形象地觀察物質在時空中的運動有助於從本質直觀地展現出物質不僅僅是一塊組織，而是整個空間都因宇宙中的物質和能量的存在和性質扭曲。

只要你以正確的速度、位置和方向移動，就可以對宇宙中的任何天體做穩定的周期運動。

但是一旦有什麼差錯，你就會落入該天體中，舉個例子，如果沒有按照足夠的速度發射火箭，它就會落回地球。行星的速度過慢，它就會落入太陽；恆星的速度過慢，它就會落入宇宙的中心。

極端狀態下，如果你有一些差錯，甚至可能會落入黑洞中。黑洞是一個「超級質量」：它的密度之大、體積之巨、物質之緊湊，使得任何落入其中的物質都無法逃離。即時是宇宙中最快的速度——光速，也是如此。

這是一張時空嚴重彎曲的圖片，攝於黑洞之外。隨著越來越靠近黑洞，空間愈加扭曲，最終歸於一個連光都無法逃離之地——事件視界。

當你逐漸靠近黑洞的事件視界時，會有很多超乎常理的事情發生，而一旦越過黑洞，事情則會一發不可收拾。對於你一旦越過這一看不見的障礙，便無法脫身，有一個非常合理的解釋。

當你距離黑洞比較遠的時候，空間的扭曲程度很小。事實上，當你距離黑洞很遠時，黑洞的引力與其他星體的引力無法區分，無論是中子星、常規星還是彌散的氣體雲。你知道時空是扭曲的僅僅是因為你能在遠處看到質量的存在狀態，而不是由於質量的性質或者分布。

你會在力的作用下自由落體，可以把黑洞替換成其它的物質，只不過看起來施力點是個黑洞。

銀河背景下的黑洞輪廓的可視化效果。事件視界是黑暗的區域，沒有光可以逃離。(SXS TEAM; BOHN ET AL. 2015)

當你接近時會覺得有些不對勁：有什麼在拉扯你的身體。如果你的腳比你的頭更接近事件視界，你會感受到從頭到腳的拉扯，然而你的身體兩側卻在壓縮。這就是潮汐力，正是它導致了地球的潮起潮落。

只要黑洞足夠強大，它的潮汐力會在你距離比較近的時候極大地拉伸和壓縮你。它會把你拉得足夠細長，它會高效地把你變成一根麵條。科學家們早就了解了這一現象，實際上我們用「義大利麵化」來戲稱某個物體落入黑洞。

即使一開始是個完美的球形，也會在黑洞的方向上被拉伸，而在垂直於黑洞的方向上被壓縮。物體中心所受的力等同於平均淨力，但距中心不同的點會承受不同的淨力，於是便產生了「義大利麵化」的現象。(KRISHNAVEDALA / WIKIMEDIA COMMONS)

你所看到的是如此地令人著迷，在距離比較遠的時候，你看到的僅僅是空間的扭曲，就像這個物質成了一個巧妙的宇宙透鏡使它附近的所有光變得扭曲。但是當你裝備著精良的裝備和堅不可摧的宇宙飛船時進行宇宙航行時，隨著逐漸靠近黑洞，你會發現一些奇妙的事情。

當你的距離是之前的一半時，它的尺寸會比之前的兩倍還要大；當你的距離是之前的四分之一時，它的尺寸會比之前的四倍還要大。

與常識相違背的是由於誇張的空間曲率，看起來似乎與預期不同，黑洞的尺寸相對於距離成比例地增加。

按照廣義相對論，讓空間延伸與扭曲的力會使得來自黑洞背面的光線在其周圍彎曲，從而留下大量與事件視界相伴的黑暗圓盤。(UTE KRAUS, PHYSICS EDUCATION GROUP KRAUS, UNIVERSITAT HILDESHEIM)

道理很簡單，儘管質量會彎曲時空，但是放你越來越靠近一個非常密集的大質量，比如黑洞，空間的曲率會越來越大。這當然會增加你所受的潮汐力，同樣也會增加黑洞周圍的光線的彎曲數量。

與實際的物理尺寸相比，視界範圍看起來非常大。背景中遙遠的恆星的位置發生嚴重的移動，事件視界會佔據你的所有視線。

當你落入黑洞或者非常靠近事件視界時，其的大小和範圍會比實際大得多。對於一個旁觀者來說，你墜落的信息會在視界內被編碼。沒有人知道當黑洞消失，那些信息究竟會發生什麼。(ANDREW HAMILTON / JILA / UNIVERSITY OF COLORADO)

當你越來越靠近事件視界，它會覆蓋你的視覺範圍。一旦你穿過事件視界，命運即註定。除了中心的奇點，沒有別的能量可以將你帶走，它可以在幾秒鐘之內將你粉碎為亞原子粒子。

但是一切還不確定！

只要你沒有跨過事件視界，還是有機會出來的。如果在事件視界範圍以外給予足夠的加速度，就可以逃脫它的引力到一個空間比較安全的、遠離黑洞的平緩區域。你的重力感應器會提示你在黑洞那邊有向下的坡度，在遠一點的地方你依舊可以看到星光。

以上可視化的效果基本都是正確的，唯一的例外是當你落入黑洞時，會發生顏色的變化。隨著落入，由於時空引力彎曲的加速，進入眼睛的光線會看起來更藍。

如果繼續向事件視界墜落，你會看到星光在你的身後壓縮成一個小點，由於重力藍移而變化成藍色。如果你在即將進入事件視界時往宇宙外看一眼，會發現這個小點變成紅色，白色，然後又變成藍色，宇宙中的微波與無線電在那一瞬間成為可視光譜的一部分，這一假設基於沒有其他的東西隨著你一起墜入黑洞。

這是每個人都有可能看到的最奇特的宇宙微波背景的景象：在接觸黑洞中心奇點的最後一刻，藍移能量由你的身後而來。(E. SIEGEL)

隨後便是無邊黑暗，在事件視線的內部，沒有任何宇宙外部的光可以照射在你的飛船之上。不管你如何發動引擎，無論你做什麼，都沒有辦法逃出去。你所看到的並不是你前進的方向，無論你向何處行駛，奇點始終在你的前方。

但實際上你並沒有看到奇點，這便是空間嚴重彎曲的怪異之處。 宇宙外的光跟隨你一起進入黑洞，在你之前、之後或者一起穿過事件視界。下面的視頻顯示如果你與宇宙外的光按照常識一樣，一同進入事件視界之中會發生什麼。（你將會在0:37的標記處穿越事件視界）

自你穿過視界之後，僅需幾秒，便會粉碎。但是在最大的黑洞中，會通向其他的地方：白洞、另一個宇宙或是籠罩在事件視界之下我們無法看到的世界。我們無法在外部獲得事件視界範圍內的任何信息，所知的僅僅是我們假設的理論。

我建議你儘量避免落入黑洞之中，因為等待你的只會是被粉碎。但如果你真的進去了，那你就是唯一一個知道它是怎樣的人類，是第一個挖掘黑洞之謎的人。你可能選擇不這麼做，這無疑是明智的。但在宇宙中，只有冒險才能掌握真理，也許在這裡閱讀的某一個人，便是破迷的第一人。

作者: starts-with-a-bang

FY: 牧小晨

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