全球首張黑洞照片看了嗎?黑洞「內部」比照片更神秘!

2020-12-04 飛魚科普

北京時間2019年4月10日21時,全球同步發布了「事件視界望遠鏡」拍攝的首張黑洞照片。黑洞的「視界」神秘莫測,黑洞的內部結構更加匪夷所思。

提到黑洞,就繞不開「史瓦西半徑」,在黑洞的「史瓦西半徑」之內,光也無法逃逸,它是「可見區域」和「不可見區域」的分解,所以也叫「視界」。試想,會不會有一個黑洞的直徑是8km,史瓦西半徑是15km。從15km處,我們開始看不到它,15km和8km之間是什麼?8km以內又會是什麼?

黑洞是一種特殊的時空結構,是相對論中所預言的「時空收縮於一點」的地方。羅傑·彭羅斯在1965年和1970年之間的研究指出,根據廣義相對論,在黑洞中必然存在無限大密度和空間——時間曲率的奇點。這和時間開端時的大爆炸相當類似,只不過它是時間的終點。在此奇點,科學定律都不適用。所以,如果一個黑洞的史瓦西半徑是15km,這個半徑只是從外部來測量的。如果從黑洞內部來測量,因為時空已經收縮,黑洞的史瓦西半徑會很小,甚至是零。

這是什麼意思呢?假如我們把宇宙當作一張紙,從紙上裁剪一個1㎡的圓片當做黑洞,因為黑洞的時空收縮效應,我們要把圓片揉成一團才行。此時從這張紙上看,中間「窟窿」有1㎡,但揉成一團的圓片,實際面積遠遠小於1㎡。

1965年,紐曼求出一般黑洞的時空結構,稱為克爾-紐曼黑洞。這種結構的黑洞內部有一個「奇環」,也就是時間終止的地方。物體可以在內視界內自由運動,由於奇環產生斥力,物體不會撞上奇環,不過,奇環附近有一個極為有趣的時空區,在那裡存在「閉合類時線」,沿這種時空曲線運動的物體可以不斷地回到自己的過去。

「閉合類時線」,就是時光倒流,我們科幻了無數遍的事情,據說就在黑洞內部一遍又一遍的重演。

黑洞的神秘遠不止「視界」,比「視界」更神秘的是黑洞本身。宇宙漫漫其修遠兮,吾將上下而求索!

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