2019年北京時間4月10日21時許,全球六地(比利時布魯塞爾、智利聖地牙哥、中國上海和臺北、日本東京和美國華盛頓)同時召開全球新聞發布會,數百名科研人員參與合作的「事件視界望遠鏡(EHT)」項目發布人類史上首張黑洞照片,它長這樣!
黑洞本身的質量都集中在中心那個奇點上,本來是沒有體積的。但任何質量本身都有一個史瓦西半徑,所以黑洞大小實際上就是根據黑洞質量所形成的史瓦西半徑,又叫事件視界。人眼只能夠看到這個黑洞史瓦西半徑(事件視界半徑)外面的狀態,在事件視界內我們什麼也看不到。這是由於黑洞巨大的引力場對周邊時空導致的影響,一些物質會集結在事件視界邊緣,事件視界就是一個臨界點。
上圖是一個最簡單的靜態黑洞結構。黑洞中心是一個體積無窮小的奇點,但是這個點攜帶著黑洞所有的質量,所以它的密度無窮大。奇點周圍是被它的引力扭曲的時空。在距離奇點一定範圍內,物體只能有一個運動方向——向內,向奇點墜落。甚至連光也無法逃逸。這個範圍的半徑就是黑洞的史瓦西半徑,而這個範圍的邊界就是黑洞的視界。
一般談到黑洞大小的時候,指的就是它的史瓦西半徑。
知道了黑洞的結構,現在該考慮從哪裡下嘴了。奇點以外,視界以內的區域雖然也是黑洞的範圍,但那只是扭曲的虛無。顯然,只有把奇點吃到嘴裡才算是真正吃到了黑洞。
問題是,自然產生的黑洞體積都不小,半徑起碼在幾公裡以上。所以,要吃到奇點,你必須鑽到視界裡面去。然而,黑洞畢竟不是肉包子,能夠讓你從容不迫的鑽到裡面去吃餡兒。由於黑洞的強大引力場扭曲了時間,距離奇點越近,時間流速越慢。當你進入視界之後,會發現黑洞外的宇宙的時間如閃電般迅速流逝。你還沒來得及碰到奇點,整個宇宙已經成為了歷史(黑洞真的是吞噬了物體嗎? - Mandelbrot 的回答)。當你最終出來時(當然,能不能出來是另一個問題),已經「再回頭是百年身」了。你不但會錯過即將到來的新年,就連喜歡的女孩子也不會再見到了。
正當你猶豫不決的時候,一個好心的外星人決定助你一臂之力。它把一顆和地球一般大小的行星壓縮成了一個你可以一口吃掉的小型黑洞,並送到你面前。
這顆黑洞賣相十分不錯,只見那是半徑約9毫米,滴溜溜的一個小球,四周圍繞著霞光萬道,瑞彩千條,其實那是被吸引過來的空氣分子在黑洞外圍激烈碰撞摩擦產生的各種電磁輻射。黑洞邊緣還帶有一圈光怪陸離的光暈,這是黑洞引力場扭曲光線導致的引力透鏡效果。這樣的寶貝,看一眼就讓人食慾大增。你迫不及待的想把它一口吞掉。不巧的是,黑洞的想法和你一樣。對這個小型黑洞來說,你的個頭大了點,所以它決定把你改造成一個比較容易吃的形狀。
當你靠近這個超微型黑洞,在距離5米的時候,受到的黑洞引力是1/37地球引力。當距離縮短到3米的時候,受到的黑洞引力大概是1/13地球引力。當距離縮短到1米的時候,受到的黑洞引力大概是2/3地球引力。
你還能撐得住,你開始伸出勺子,假設你的勺子能舀的起1億噸的黑洞,你的手和胳膊也無視黑洞引力吧。當它開始靠近你的嘴,在只有20釐米距離的時候。這個黑洞可以近似的看做一個質點,而你是一個宏觀物體,是不可以被看做質點的。所以你的不同部位和黑洞之間的距離必然有差距。就像現在,你的臉和黑洞只有20釐米距離,可是你的腳和黑洞之間還有大概1.5米的距離。這就會造成巨大的引力差距,距離黑洞20釐米的部位受到的壓力是17倍地球引力,你的腳受到的引力則只有0.5倍地球引力,你的頸椎首先會骨折,頭部向前移動,然後導致引力劇增。假設你頭骨變形也不死吧。
當你的嘴距離黑洞只有四釐米的時候……你的頭部在高達400多倍地球引力的拉扯之下,早已成為一堆粉末。像是一個細條從身上延伸出來伸向了那顆看不見的黑洞,在這些「頭部物質」距離黑洞只有1釐米距離的時候,引力已經上升到了地球引力的6800倍,這個時候你本來可以張嘴吃下去的,可是你已經沒有嘴了。當距離縮短到只有1毫米的時候,引力是地球引力的68萬倍,當距離縮短到只有1/10毫米的時候,這個數字是6800萬倍……而這個數字,已經超過了中子星的引力強度。
由於你身體的各個部分和黑洞奇點的距離不一樣,所以受到的引力大小也不一樣。這個引力差在你的身體上形成了一個張力。對於一個普通人(身高1.8米,體重70公斤)來說,如果你距離黑洞2米,在你身體中心處的張力大小是約1.6 x 10^15牛頓(Spaghettification),接近珠穆朗瑪峰重量的一半。你身體內的分子間作用力雖然試圖把你拉在一起,但是在這個巨大張力的作用下無異於螳臂當車。
於是你被撕碎了。被黑洞拉扯成了長條,開始圍繞著黑洞瘋狂的旋轉,在旋轉的過程之中被黑洞逐漸的吞噬到自己體內去。在旋轉的過程之中這些「身體物質」還有碰撞,於是極其明亮的可見光就發射了出來,異常耀眼。這僅僅是能看到的,在看不到的波段,還有大量的伽馬射線以及其它波段的輻射被釋放出來。
就這樣,你被黑洞吞噬掉了,完完全全,徹徹底底的從可見宇宙之中消失了。其實也不能說是消失,而是將你的身體無限壓縮,給1億噸的黑洞增加了100多斤。
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