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  • 1 # 小宇堂

    如我們所知,事件視界處的逃逸速度就是光的真空速度。這表明從無限遠處墜落的物體到達事件視界時將達到光速。從某種意義上說,這是正確的。所以有任何物質從黑洞外遠處到達事件視界時,其構成粒子相對於事件視界的速度應該是非常接近於光速的。就算粒子到達事件視界時已經達到了光速,那麼目前也沒有任何實證可以說明這些物質粒子進入黑洞內部之後的情況。我們只能靠揣測了:

    總之在黑洞的事件視界附近,情況會變得很奇怪。

    但正如相對論探討問題的前提,要探討粒子的速度,我們必須先選擇參照系。

    從不隨粒子運動的參照系觀察

    如果你用望遠鏡遠距離觀看此事件,你會在眨眼之間看到物體達到光速並消失嗎?如果黑洞沒有引力,那麼答案應該是肯定的。但是,由於黑洞的質量過於巨大,導致了極端的引力時間膨脹,因此你會看到物體墜落到黑洞視界過程的慢動作。實際上,由於黑洞的引力如此巨大使得前述“慢動作”慢得似乎使得朝視界墜落的物體完全停止了運動!但這已經並非該物體的真實狀況,因為從該物體發出的光會按指數方式紅移,因此它會迅速地變得越來越紅(就好像離我們越來越遠,但其尺寸卻不變),最後從可見光光譜的視線中淡出(你還可以繼續追蹤微波光譜到短波、長波到最後探測不到……)。但是,如果排除上述“看不到”的技術問題,允許你以繼續追蹤此物體,那你會發現,根據觀測,這個物體永遠不會到達事件視界。它只是徘徊在那裡,像是凍結在那個無限接近事件視界的位置。

    上圖:黑洞造成的引力紅移。

    在隨粒子一同運動的參照系中觀察

    那麼,如果你與那個物體(及其構成粒子)一起下落,或者說你就是那顆粒子,情況就不一樣了。在這種情況下,你將在自己測定的有限時間內穿過事件世界,似乎並沒有什麼異常(假設你不被引力撕碎的話)。事件視界在這種情況下沒有什麼詭異之處。但是,一旦越過事件視界,視界將不再是球形的殼,而將成為過去的一個時刻。但黑洞中心的奇點不再是空間中的位置,而是未來的時刻。也就是說,穿過事件視界之後,你不會覺得是在向一顆球形天體下落,而是在某個廣闊的空間中飛行,飛向永遠也達到不了的“未來”。

    上圖:物體掉入黑洞也是蠻複雜的

    上圖:黑洞的旋轉也會造成時空的拖拽現象這使得落入黑洞從外部看變成一個很複雜的事件。(從自己看就沒那麼複雜——自由落體而已)。

    但是您永遠不會真正達到相對於任何其它物體的光速。就算你可以接近奇點,那時你的動能會發散,但就算是在那種情況下,你的實際速度也會始終小於光的真空速度,這一點可以由任何可以看到你的觀察者(當然事件視界外的觀察者沒法看到你了)證實。

    上圖:落入黑洞的第一視角模擬。

    一個常見的誤解是黑洞奇點具有無窮大的引力,因此會讓物體超光速

    黑洞或其奇點並不具有“無限質量”,在許多情況下,黑洞的質量並不比任何正常的恆星都大,因為黑洞是恆星在恆星燃燒殆盡後塌縮而成的剩餘質量構成的,恆星為此還噴發了一部分質量。

    在奇點處,密度會根據廣義相對論該漸近地趨向於無窮大。是密度而非質量。視界後面的另一種現實

    很可能,落入黑洞的物體不一定會自己動,它很可能只會自由落體。這跟在地球上自由落體是類似的。無論是在地球上還是在黑洞內,都是時空本身被拖向了天體的質量中心,因此時空攜帶著不受外力的物體做“自由落體”運動。 但自由落體是永遠不可能超光速的。雖然在地球上你可以慶幸地砸到地面,這僅僅是因為地球上的物質太蓬鬆,不能匯聚到一點形成無窮密度,因此把你的自由落體運動擋住了而已。在黑洞內就沒有這種慶幸了,因為你會一直往下自由落體,沒誰擋住你或者接住你——實際上你會永久地落入空間的一個無窮小的點,在這種情況下你沒辦法保持原有的形狀,而是會被粉碎擠進這個點,就像黑洞的成因一樣,據我們目前所知,沒有任何力量可以阻止這個過程,因此就不要僥倖想象你可以保持人肉的原樣掉進去了。

    上圖:掉進黑洞的情形,猜測有兩種:左:掉進去被拉長;右,被黑洞的輻射擋在外邊,推出去。

    想想:一顆恆星和同質量的黑洞,對於遠處的天體來說,其引力效應幾乎是一樣的。用一個生動的比喻來描述掉入黑洞的情形

    想想你正在河上駕船。河流向下游流動,如果你不開動力,那麼船將會以與水相同的速度沿被水流沖走,因此船不會相對於水運動。這裡,水就代表著時空本身,而船就是前述那個“準備撞黑洞”的物體,時空的流將其牽引向黑洞的中心。只是“河道”越來越陡,“水流”越來越湍急,水速越來越快,最終“瀑布”赫然出現在眼前。而這個時候,你開始開啟船的引擎,開始嘗試逆流向上游航行。如果船的引擎足夠強大,則可以克服水流並向上遊行進,這意味著你有足夠的“逃逸速度”,可以飛離黑洞的吸引力。

    但在某個點上,發動機的推動力可能會剛好補償水流的速度,這時你的船從岸上看起來就像是停滯不前的。如果船的引擎可以光速為船提供動力,那麼你相當於嘗試以光速離開黑洞,但即便如此也只能使你徘徊在“瀑布”邊的緣(將大概相當於黑洞的“光子球”區域)。但對於站在“河岸”上的外部觀察者,卻憂心忡忡,因為你必須要一直保持光的速度,才能夠呆在那裡,但因為光速是船引擎能夠提供的最大速度,這使得你永遠無法逃離到安全地帶,任何微小的波動都可能使你的船落下“瀑布”——即越過了“事件視界”。

    當然,你也可以不啟動引擎,就這樣隨著水流落下瀑布,但由於瀑布處引力超強,你的光影會在那裡長久地輻射保持著即將落下那一刻的情景,並慢慢變紅淡去,但實際上你已經落下去了。而此時下落中的你落入的是一個無底的瀑布。雖然下落速度很快,但你仍然感覺跟之前飄在河流上一樣。實際上你就是隨著自由落體的時空以光速在下落(光速的自由落體將不再加速也不可能超越光速),因此你將永恆地以光速勻速地“自由落體”直到永遠。

    上圖:落入黑洞的光錐分析。一碰到事件世界,你的未來(腦袋)就會全部陷入黑洞,你的過去(屁股)就還全留在外邊。光錐真是個分析時空的好東西。

    總結

    黑洞視界邊緣物質進入黑洞內部,只會自由落體,其構成粒子的速度不會超過光速,頂多就是達到光速,以光速永遠向奇點勻速地自由落體。

  • 2 # 宇宙v空間

    首先感謝邀請。我們的宇宙誕生於138億年前的大爆炸,如果沒有那場大爆炸,今天世界將不復存在,你我也不會出現。黑洞是宇宙中最神秘最強的天體,它是宇宙中的終極殺手,任何物質只要靠近它都會被撕成碎片,因此沒有任何東西可以逃脫它的引力,就連光也不例外,那麼被黑洞吸引的物質是否達到光速甚至超越光速了呢?

    我們知道黑洞是一個體積小、質量極大的天體,它的質量足以將時空發生彎曲,因此如果你進入黑洞,你會發現進入了一個神秘的扭曲空間中,並且這個空間沒有出口。同時,我們知道時空是一體的,黑洞的質量足以將時間減速,這就造成了不平衡的時間態,如果有一顆恆星被黑洞吞噬了,我們會發現當它逐漸的靠近黑洞後,它變得越來越慢,最終它突然暫停了。

    實際上並非是它暫停了,而是黑洞周圍的時間流比宇宙其他地區的時間流速更慢,因此我們無法看到黑洞內部的物質的,我們知道黑洞的引力極強,以至於光都無法逃脫,當光子進入黑洞的內部後,如果在黑洞內部存在著物質,那麼光子就會和其他粒子發生作用,會形成所謂的反射效應,而這種反射會使光逃離黑洞,但是實際上黑洞的內部什麼都沒有,而且它的引力極強。

    在超強引力的作用下, 粒子會被加速至光速狀態,不過這也沒用,即使光子的速度再快,它仍然無法逃脫黑洞的吸引,最終被黑洞吞噬掉。目前來看,如果黑洞連光都無法逃脫它的吸引的話,那麼宇宙中沒有任何東西能夠和黑洞抗衡,超強的引力連最堅硬的中子星都會被撕成碎片。即便形成物質的粒子被加速至光速,仍然無法逃脫,因為黑洞的引力太強了,並且它的內部是一個摺疊扭曲的多維空間!

  • 3 # 甜膩膩的歌聲

    樓上的,現在觀測已經證實了黑洞的存在。黑洞本身雖然不能發出任何光線,但它對於周圍物體、天體的巨大引力依然存在。當週圍物質被它強大的引力所吸引而逐漸向黑洞墜落時,就會發射出強大的X射線,形成天空中的X射線源。透過對X射線源的搜尋觀測,人們就可找到黑洞的蹤跡。黑洞的確向外輻射X射線和某些粒子,這些射線和粒子之所以能出來,是因為它們的發射處在黑洞的視界以外,只有在視界以內的物質才不能逃出黑洞,在視界以外的物質可以隨便溜達。如果光在黑洞的視界以外傳播,黑洞也沒有辦法把它吸收。黑洞輻射的X射線是電磁波,以光速執行;其他粒子速度低於光速。這些物質都攜帶著能量,所以不可能超光速。 ------------- 如果我回答對你有幫助,請關注我一下。或有其他問題也可以關注我,給我發私信

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