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假如你跳进黑洞

科普小知识2022-10-29 14:21:37
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如果有两个宇宙飞船一前一后地向太空中旋转的黑洞前进,第一个宇宙飞船准备勇敢地牺牲自己,而你在第二个宇宙飞船中观看它的“表演”,你会看到什么?想象一下,在第一艘宇宙飞船上有一个“智能”机器人。当接近地平线时,也就是说,到达有或没有返回点的黑洞边界时,机器人宇航员走出宇宙飞船迎接死亡。他将被黑洞最近部分的强大引力所吸引,并被挤压成两半。当他接近时空突然消失的奇点(黑洞的中心)时,他会不知不觉地被吞没。宇宙飞船在被吞没之前也会被强大的重力撕成碎片。这种吸引力有多强?对于一个质量相当于太阳的黑洞来说,一个2米高的人在穿过地平线时必须承受相当于地球表面10亿倍的重力加速度。为了不掉入黑洞,你必须在一个安全的距离停止宇宙飞船或者在足够大的引擎的推力下绕着黑洞飞行。从你的角度来看,似乎要牺牲的宇宙飞船花了无数时间才接近黑洞,而宇宙飞船的速度变得越来越慢,同时颜色也在变化,但是在你看到静止的宇宙飞船之前,宇宙飞船就从眼睛里消失了。这种现象的原因是,根据相对论,时间的流逝取决于观察者的速度。在这次黑洞之旅中,我们可以看到一个旋转的黑洞就像一个中间有一个洞的旋转圆盘。它有两个界面,内层是地平线,外层被称为“静止边界”或无限红移平面。在这两个界面之间是一个叫做“能量层”的特殊区域。在静止的边界上,时间被“冻结”,辐射被无限期地红移,宇宙飞船停留在一个固定的点上,宇宙飞船上的机器人宇航员看到的星空不再改变,而黑洞在他脚下快速旋转。如果你越过静止的边界,进入能量层,宇宙飞船将被拖入旋转运动。能量层有一个惊人的特性。正如英国数学家罗杰·彭罗斯指出的那样,进入物体的能量会变成负值。我们不妨把这个物体想象成一个负债累累的人。当黑洞捕获这个物体时,黑洞的能量不是增加而是减少,因为黑洞必须“偿还”它的猎物所欠的能量债。