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你有沒有偶爾出現過這樣的念頭:如果你掉進一個黑洞會發生什麼?   你可能會認為自己大概會被壓碎,或者撕成碎片。但現實可能比你設想的更加詭異。在你落入黑洞的一瞬間,現實將會被一分為二。在其中一種場景中,你將瞬間化為灰燼,而在另一種場景下,你幾乎毫髮無損,並且這兩種情形可能都是真實的。   黑洞是一類詭異之地,在這裡我們所熟知的物理定律不再有效。愛因斯坦指出,黑洞的引力會彎曲時空,造成時空本身發生扭曲。因此如果有一個密度足夠高的物體。時空將發生嚴重扭曲,以至於在這個物體周圍的現實時空之中形成一個類似凹陷的區域,這就是黑洞。   隨著你逐漸深入黑洞,時空變得更加扭曲,直到抵達黑洞的核心——在這裡,時空的扭曲達到無限程度,這就是“奇點”。在這裡空間和時間不再有意義,我們所熟知的,基於時間與空間概念的物理學定律也將全部失效。   那麼在這裡究竟將發生什麼?另一個宇宙?混沌?或是通往小時候書架的後面?沒有人知道答案!
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  • 1 # 葉落灬彼岸

    必死無疑啊……應該說你還沒進入黑洞視界就已經被黑洞的潮汐引力撕成碎片了,所以不存在進入黑洞是死是活的問題了-----你早就死透了!

  • 2 # 太空生物學

    當一掉進黑洞,主要分兩種情況,也就是要從觀察者和跌入這兩個角度能點來看。

    觀察者

    假如我們是觀察者,看到某人正在跌入黑洞,如果從我們的視角來看,隨著他慢慢靠近黑洞,他感受到的引力越來越強,同時引力增加的幅度也會越來越大,也就是說假如他是頭朝上腳朝下這個姿勢掉入黑洞,那麼他腳步受到的引力會大於頭部,因此他會被拉長,就像麵條一樣,那我們先不考慮這個,假設他能安全地進去,由於他所帶出的引力越來越大了,所以從我們來看由於時間膨脹效應,首先這個人的動作會變得越來越慢,同時它的樣子會變得越來越紅,越來越暗,因為光線的波長被拉長了,也就是出現了紅移,隨著波長進一步被拉長,光線逐漸超出了可見光波段,於是我們會發現這個人慢慢消失了,這裡消失只是說我們看不到了,但是他人還在,所以從時間線上來說,在我們的角度來看,這個人最終會靜止在黑洞事件面上,也就是他的時間在此處靜止了,這是從我們外部觀察者的角度來看。

    從跌入者的視角來看

    他對於自身不會感到任何異常,當然除了被拉成麵條以外,首先整個跌入過程對他來說其實並沒有變慢,反而是他看外界的我們動作變得越來越快,到最後別說我們,恆星甚至是星系的一生,對他來說都是曇花一現,他甚至能見證宇宙的最終命運。他看到黑洞外的那些場景,其實只是在理論上,實際上外界的光線只是不可能以普通的可見光波段射入他的眼睛,因為我們看他是紅移,相反他看我們都成了藍移,也就是他看我們會慢慢變藍變亮,但緊接著外部的光線將會以極高的頻率甚至比伽馬射線還要高的能量射向他。

    為什麼同一件事情存在兩種完全不同的結果呢?

    但是如果從時間線上來說,在跌入者的角度來看,他最終還是會穿過時間點直到起點,不過理論上真正穿過事件面的是他的質量,你也可以理解成他的本體,而構成物質本體的各種資訊,比如原子分子是如何排列的,這些資訊都將全部被保留在事件面上並不會進入黑洞。

    這就是事件面這個名字的由來,它的完整名字叫——事件世界,也就是事件的邊界。邊界以內發生的事對於邊界以外的人來說,可能根本就不會發生。

  • 3 # 焚琴煮酒

    如果掉進黑洞,會發生什麼掉進黑洞,將會是一個可怕的經歷。黑洞,是宇中的一種天體,中心是一個質量無限大、體積無限小的奇點,周圍是一部分什麼都不存在的天區。

    黑洞是由恆星死亡後產生的,它的引力無限大,連速度最快的光也無法逃出它的“手掌心”。因此,當一個人掉入黑洞後(假設此人是頭朝下向下跌落),他就會黑洞巨大的引力作用下飛快地向黑洞的中心飛去。

    在這一過程中,人體所受的引力越來越大,且分佈不均—頭部受到的引力更大,人的身體會被拉扯得越來越長,直至被撕成碎片。

    之後,碎片會在引力的作用下繼續分解,直至變成一個個排列呈直線型的、相互之間沒有聯絡的、仍在向前運動的原子。

    小知識:第一個被發現的黑洞

    由於黑洞自身不會發光,也不會反射光線,因此無法對其進行直接觀測。科學家根據黑洞“吞噬”物體的特點,透過測定物體被吞噬前發出的紫外線或X射P線,發現了第一個黑洞—牽引著天鵝座X-1上一個巨大藍色星球的天體

  • 4 # 木木西里

    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里斯坦(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。

    你可以參考宇航員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)宇航員布魯斯·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。如果你能夠將空間視覺化,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程序,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週期運動。

    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佈。

    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視覺化效果。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。科學家們早就瞭解了這一現象,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,你墜落的資訊會在視界內被編碼。沒有人知道當黑洞消失,那些資訊究竟會發生什麼。(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。

    以上視覺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。下面的影片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)

    在計算機模型中,研究人員分析了5倍太陽質量的黑洞與200倍太陽質量的蟲洞之間的互動作用,蟲洞入口直徑是黑洞直徑60倍,黑洞可穩定穿越蟲洞。最終模擬結果表明,在黑洞進入和離開蟲洞的過程中,會出現迄今未探測過的引力訊號。

    黑洞要是落入蟲洞會發生什麼?

    最新研究推測稱,如果蟲洞真實存在,那麼完全可以吞下黑洞。天文學家認為利用被稱為引力波的時空漣漪可以探測到黑洞落入蟲洞,但前提是蟲洞確實存在,並且蟲洞吞下黑洞的事件可能發生過。

    愛因斯坦於1916年首次預測引力波的存在,依據他的觀點,引力是質量扭曲時空時產生的,當兩個或者兩個以上天體在一個引力波內運動時,會產生以光速傳播的引力波,在運動過程中拉伸和擠壓時空。

    黑洞vs蟲洞

    目前引力波天文臺已探測到20多次大型碰撞事件,例如:黑洞和中子星等超密集、大質量天體之間發生碰撞,然而,在理論上可能存在更奇異的天體,例如:蟲洞,蟲洞碰撞也會產生科學家可以探測到的引力訊號。

    蟲洞是時空中的隧道,理論上它可以在時空任何區域旅行,甚至進入另一個宇宙,愛因斯坦廣義相對論允許蟲洞存在,儘管它們是否存在是另一回事。

    原則上講,所有蟲洞都是不穩定的,一旦開啟就會立即關閉。讓蟲洞保持開啟和可穿行的唯一方法就是採取所謂的“負質量”物質的奇異形式,這些物質具有獨特性質,包括從一個標準引力場飛離,而不是像普通物質那樣朝著它墜落,事實上沒有人真實知道這些奇特物質是否存在。

    在許多方面,蟲洞類似於黑洞,這兩種型別的天體密度都非常大,它們具有強大引力。兩者主要區別是,理論上沒有任何物質可以在進入黑洞後再次返回蟲洞,黑洞引力超過光速的臨界速度,而任何進入蟲洞的物體理論上可以反向運動。

    假設蟲洞可能存在,科學家研究了黑洞環繞蟲洞執行時產生的引力訊號,並發表了一篇論文報告,探究分析了當黑洞進入蟲洞會發生什麼?是否從蟲洞另一端離開進入時空的另一端?假設黑洞和蟲洞彼此引力結合在一起,黑洞落入蟲洞,之後將在蟲洞另一端出現。

    無法逃脫

    在計算機模型中,研究人員分析了5倍太陽質量的黑洞與200倍太陽質量的蟲洞之間的互動作用,蟲洞入口直徑是黑洞直徑60倍,黑洞可穩定穿越蟲洞。最終模擬結果表明,在黑洞進入和離開蟲洞的過程中,會出現迄今未探測過的引力訊號。

    當兩個黑洞彼此螺旋接近時,它們的軌道速度就會增大,就像花樣滑冰運動員在冰面上旋轉身體時將手臂朝身體內側收緊一樣,相反,引力波頻率將升高。引力波產生的聲音類似於鳥叫聲,就像某人快速吹口哨一樣,因為任何頻率的升高都與該音高增大相對應。

    如果你觀察到一個黑洞螺旋進入蟲洞,你會聽到一種鳥鳴的唧唧聲,就像兩個黑洞碰撞在一起,但來自黑洞的引力波會迅速衰減,因為它將大部分引力波輻射到蟲洞的另一端。相反,當兩個黑洞發生碰撞時,其結果是引力波產生巨大爆發。

    如果你看到一個黑洞從蟲洞中出現,會發現一個“反唧唧聲”,具體而言,當黑洞遠離蟲洞時,引力波頻率會降低,隨著黑洞不斷地進出蟲洞的每個埠,會產生一個唧唧聲和反唧唧聲的迴圈。每次唧唧聲和反唧唧聲之間的時間長度會隨著時間推移而縮小,直到黑洞卡在蟲洞某處。如果能探測到這種引力訊號,就可以證明蟲洞的存在。

    研究報告合著作者、美國範德比爾特大學物理學家威廉·蓋貝拉(William Gabella)說:“儘管蟲洞概念具有極高的推測性,但我們有能力證明或至少對它們的存在提供一定的可信度。”

    在這種情況下,最終黑洞將停止落入和離開蟲洞,並在黑洞中“喉嚨”附近停留。這樣的最終結局取決於蟲洞“喉嚨”發現奇異物質的推測屬性。一種可能性是,黑洞有效地增加蟲洞的質量,而蟲洞可能沒有足夠的外來物質保持穩定,也許由此造成的時空混亂會導致黑洞以大量引力波的形式將質量轉化為能量。

    只要蟲洞的質量大於它遇到的任何黑洞,就會保持穩定狀態,如果蟲洞遇到一個更大的黑洞,黑洞可能破壞蟲洞的外來物質,完全可使蟲洞變得不穩定,甚至導致蟲洞崩潰,並可能形成一個新的黑洞。

    如果一個黑洞僅切斷了蟲洞的邊緣,部分黑洞進入蟲洞埠,其餘的則留在蟲洞外面,此時會發生什麼仍具有不確定性。在黑洞視界坑你存在一些瘋狂的現象,導致更多的引力波和能量損耗,這樣的碰撞可能破壞蟲洞的外來物質,導致蟲洞不穩定。

    未來研究可以探索蟲洞的外來物質和正常物質之間的相互作用,以及更復雜的情況,例如:蟲洞旋轉時會發生什麼。其他的研究方向可以分析引力波如何在這些情況下與正常和外來物質的相互作用,以及蟲洞與可能存在的各種天體軌道之間可能發生的變化

    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資訊,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。

  • 5 # 腦洞大開的評論猿

    直接的說,你可能會認為自己大概會被壓碎,或者撕成碎片。但現實可能比你設想的更加詭異。在你落入黑洞的一瞬間,現實將會被一分為二。在其中一種場景中,你將瞬間化為灰燼,而在另一種場景下,你幾乎毫髮無損,並且這兩種情形可能都是真實的。

    下面詳細的說一下。

      1、黑洞是什麼?

      黑洞是一類詭異之地,在這裡我們所熟知的物理定律不再有效。愛因斯坦指出,黑洞的引力會彎曲時空,造成時空本身發生扭曲。因此如果有一個密度足夠高的物體, 時空將發生嚴重扭曲,以至於在這個物體周圍的現實時空之中形成一個類似凹陷的區域,這就是黑洞。當一顆大質量恆星耗盡其燃料之後發生爆炸塌縮,這一過程將 足以產生這樣奇異的超級緻密天體。當超大質量恆星的死亡核心在自身質量作用下不斷收縮,它周圍的時空隨之扭曲。它的引力開始變得如此之強,以至於光線也無法逃離它的掌控:在這顆恆星原先所在的位置上,一個新的黑洞出現了。

      黑洞最外層的是它的事件邊界,也就是光線恰好開始無法逃離的引力範圍邊界。在這一區域之外,光線還可以逃離,而一旦越過這一邊界,任何逃離的努力都將是徒勞的。事件邊界蘊含著巨大的能量。此處的量子效應會產生強大的高溫粒子流並向外輻射,這就是所謂的“霍金輻射”。這是以英國著名天體物理學家霍金教授的名字命名的,因為是他最先預言了這種輻射效應的存在。只要給予足夠的時間,這種霍金輻射將最終耗盡黑洞的所有質量並導致黑洞的最終消亡。

      重點來了

    重點來了

    重點來了

    隨著你逐漸深入黑洞,時空變得更加扭曲,直到抵達黑洞的核心——在這裡,時空的扭曲達到無限程度,這就是“奇點”。在這裡空間和時間不再有意義,我們所熟知的,基於時間與空間概念的物理學定律也將全部失效。

      那麼在這裡究竟將發生什麼?另一個宇宙?混沌?或是通往小時候書架的後面?沒有人知道答案。

      落入黑洞時會發生什麼——你死了,但同時你活著

      那麼如果有一天你真的不幸落入其中一個黑洞之中,將會發生什麼?首先我們假想你擁有一個名叫“安妮”(Anne)的同伴。你正朝著黑洞落去,而她仍然處於安全的距離外驚恐萬分地觀察著眼前的景象。從此刻開始,她將目睹一系列奇異現象。

      隨著你朝著黑洞的事件邊界不斷加速下落。安妮將會看到你的身體逐漸被拉長並扭曲,就像透過一個放大鏡觀察你的感覺。並且隨著你越來越接近事件邊界,安妮會發現你的移動速度似乎變得越來越慢,就像在看慢動作鏡頭。

      你沒有辦法向她呼喊,因為空間裡沒有空氣,但你想到用自己的iphone手機,利用閃光的方式向安妮傳送一段摩爾斯電碼(真的有一個這樣的app)。然而你發出的訊號向外傳遞的速度同樣非常緩慢,光線的波長已經在強大的引力場中被嚴重拉伸,頻率變得很低,如果,我是說如果,如果你能發出資訊:我很好,將變成:我。。。。。。。。。。。。。。。。。。。很。。。。。。。。。好。  當你最終抵達事件邊界,安妮會發生你靜止了,彷彿某人按下了暫停按鈕。她會看到你還在那裡,一動不動,拉伸的身體開始被烈焰吞噬。

      在安妮看來,你已經因為空間的拉伸,時間的靜止和霍金輻射產生的高熱,在甚至還未跨越事件邊界的時候變已經化為灰燼了。

      然而,在我們為你準備葬禮之前,先讓我們忘掉安妮的報告,轉而從你自己的視角來看一看這段時間裡你究竟經歷了什麼?好吧,現在更加詭異的事情出現了:你覺得什麼事都沒有發生。

      在你的下落過程中,你將感受不到拉伸,減速或是可怕的輻射。這是因為你正處於自由落體狀態下,因此你感受不到重力的存在——愛因斯坦將這稱之為自己“最令人愉悅的想法”。

      畢竟,事件邊界並不是一堵磚牆,而只是一種空間上的無形邊界。一名位於外部的觀測者無法目睹這一邊界內部的事件,但這對於你而言不是問題——對你而言,這裡並不存在什麼邊界。

      當然,如果你正落入的是一個較小型的黑洞,那麼你的確會有大問題。你將感受到強大的引力作用:你的腿部感受到的引力要比頭部強大的多,你將會像一根義大利麵條那樣被拉長。但幸運的是你現在落入的是一個大型黑洞,其質量是太陽的數百萬倍,在這種情況下,那種會將人撕碎的引力差將變得非常小,幾乎可以忽略。

      理論上說,在一個足夠大的黑洞中你可以正常的度過餘生,直到最終落到黑洞中央的奇點上迎來死亡。

      “正常”——有多正常?你可能會有這樣的疑問,因為此時的你正墜入時空連續體中的裂隙,完全不以自己的意志為轉移,沒有辦法回頭——一定沒有人能夠體會你的感受。

      但奇怪的是,實際上從某種角度來看,我們是能夠體會你的感受的——你是從空間上,我們是從時間上——時間之河永恆地向前流淌,不以我們的意志為轉移,我們只能隨著時間向前走,沒有辦法回頭。

      這並不僅僅是一個比方。黑洞將空間和時間扭曲到了一個極端的程度,以至於在黑洞內部,時間和空間已經互換了角色。從某種意義上說,是時間將你推向最後的奇點。你無法回頭逃離黑洞,一如我們無法回頭,回到過去。

    量子物理學指出,黑洞的邊界可能存在一堵“火牆”。黑洞的事件邊界並不是一堵現實存在的牆。

      “黑洞資訊悖論”

      到了這一步,你大概會想:等一下,那個安妮到底是怎麼回事?明明我什麼都沒發生,周圍什麼都沒有,只有空曠的空間,為什麼她一口咬定親眼看到我在事件邊界外就已經被燒成灰了?難道她產生幻覺了嗎?

      事實是,安妮並沒有產生幻覺。從她的視角看,你的確是在事件邊界附近就被燒成灰燼了。這不是幻覺。如果可以的話,她甚至還可以收集你的骨灰並帶回地球給你的家人安葬。

      實際上,自然界的定律要求從安妮的視角觀察,你必須永遠都無法進入到黑洞的內部。這是因為量子物理學原理要求資訊不可丟失——任何描述你的存在的資訊必須留在黑洞外部,否則安妮所在空間的物理學定律將會崩潰。

      而在另一方面,物理學定律也要求你必須能夠穿越事件邊界,而不會遭遇到超熱粒子流或其他任何異常的東西。否則你將違背愛因斯坦的那個“最令人愉悅的想法”和廣義相對論原理。

      因此,簡單來說,物理學定律要求你同時存在兩種狀態——在黑洞外成為一堆灰燼,以及在黑洞內,完好地活著。然而還有第三項物理學定律,它指出資訊是不允許被克隆的——你必須同時存在於兩個地點,但同時你只能有一個。

      不知怎的,物理學定律將我們帶向了一個似乎違背常識的結論。物理學家們將這一矛盾性結論稱為“黑洞資訊悖論”(Black Hole Information Paradox)。幸運的是,在1990年代,他們終於找到了一種調和這對矛盾的方法。

      物理學家萊納德·蘇斯坎德(Leonard Susskind) 意識到這一悖論實際上並不存在,因為並沒有人能夠看到另一個你。安妮只能看到已經化為灰燼的你,而你只能看到活著的你自己。你和安妮之間永遠無法將這兩個 “你”進行對比,並且也不存在第三名觀察者能夠同時看到黑洞內部和外部的情況。因此在這樣的情況下,物理定律將不會被突破。

      除非你非要深究,這兩個你究竟哪一個才是真的你。你想知道:我究竟是活著還是死了?

      黑洞的研究所揭示的一項重要事實便是:根本就沒有現實。所謂現實僅僅取決於你所詢問的物件是誰。在這個故事中有對於安妮而言的現實,也有對於你而言的現實。大概就是這樣。

    從事件邊界噴湧而出的“霍金輻射”。黑洞——一旦你落入其中,永遠不可能再出來

      “鬼魅般的遠距作用”

      在2012年的夏天,一個物理學家小組(包括4名成員:Ahmed Almheiri,Donald Marolf,Joe Polchinski 以及James Sully,簡稱AMPS)設計出一項思想實驗,它可能將會徹底顛覆我們對黑洞的認識。

      AMPS小組意識到,蘇斯坎德的解決方案完全基於一個前提,那就是黑洞的事件邊界將可以調和你和安妮所見的不同事實。你安全的漂浮在空間裡,而安妮看到你化為了一團灰燼,這不要緊,因為安妮看不到位於事件邊界另一側的那個你。但是,假如安妮找到了一種方法,可以在並不需要親自穿越事件邊界而得知這一邊界另一側情況的方法,那將會怎樣?

      簡單的應用相對論,那麼這個問題將不能成立,但量子物理學原理讓這個問題變得比我們設想的更加複雜。安妮或許可以窺見事件邊界後的一絲隱情,她採用的方法就是被愛因斯坦稱作“鬼魅般的遠距作用”("spookyaction-at-a-distance")的一種現象。

      這就是量子糾纏效應——兩個粒子儘管在空間上分離,但卻詭異地相互聯絡(“糾纏”)。它們同屬於一個單一而不可分的整體,因此對其進行描述的資訊無法在它們其中的任何一個粒子身上找到,而在於如鬼魅般將它們兩者聯絡在一起的那種“糾纏”之中。

      AMPS小組的思想實驗正是基於此——設想安妮掌握有靠近事件邊界的一組資訊,稱之為A。如果她的故事是正確的,你已經在黑洞邊界附近化為灰燼,那麼資訊A必定與另外一組資訊B之間存在糾纏,資訊B應當與那團高溫粒子流有關。

      而在另一方面,如果你的故事是正確的,你在事件邊界的另一側安全地存活著。那麼資訊A則必須與另一個不同的資訊C相互糾纏,這個資訊C應當與黑洞內部的某種東西有關。

      這裡就出現了矛盾:每一組資訊都只能被關聯一次。也就是說資訊A只能在B和C之間關聯一次——要麼與B糾纏,要麼與C糾纏,不能兩者同時。

      因此安妮手裡握有資訊A,並將它放入她的手持式糾纏解譯機,此時這臺機器將會顯示答案:要麼B,要麼C,而不會是兩者同時顯示。

      如果顯示的答案是C,那麼你的故事勝出,但量子物理學原理將會崩潰。如果資訊A與深入黑洞內部的資訊C相互糾纏,那麼對於安妮而言,她所掌握的資訊A從此將永遠消失,這就違背了量子物理學所規定的資訊不可丟失的原則。

      那麼如果顯示的結果是B呢?如果解譯機器顯示的答案是B,那麼安妮的故事勝出,但愛因斯坦的廣義相對論將會崩潰。如果資訊A與資訊B相互糾纏,那麼安妮的故事就是真實的版本,也就是說你真的已經化為灰燼,而不是安然無恙地透過事件邊界,就像廣義相對論所要求的那樣——你遭遇到一堵真實存在的“火牆”。

      這樣一來,我們就被迫回到我們最初開始的地方:當你墜向一個黑洞時究竟會發生什麼?你會安然無恙地透過事件邊界?還是會在下落過程中一頭撞上“火牆”而化為灰燼?沒有人知道答案,這已經成為基礎物理學領域最持久的難題之一。

      事實上,物理學家們已經花費超過100年時間試圖調和廣義相對論與量子原理之間的矛盾,他們知道最終這兩者之間必定將會有一個做出讓步。黑洞帶給我們的這一悖論或許將幫助我們判斷究竟哪一種理論將做出讓步,並指引我們找出掌管宇宙執行的更深層次上的基本理論。

      黑洞內部究竟是什麼樣的?沒有人知道答案。“鬼魅般的遠距作用”——量子糾纏效應——兩個粒子儘管在空間上分離,但卻詭異地相互聯絡(“糾纏”)。黑洞能從周圍天體上吸取物質

      回到起點

      其中的線索之一或許就在安妮的解譯機器上。要想解譯出與資訊A糾纏的另一個資訊是極其困難而複雜的。因此紐澤西州普林斯頓大學的物理學家丹尼爾·哈羅(Daniel Harlow)以及加州斯坦福大學的物理學家帕特里克·海登(Patrick Hayden)想要知道這樣的解譯過程將需要花費多長時間才能完成。

      在2013年,他們計算的結果發現,即便藉助物理學原理極限所允許的最強大的計算機,安妮要想解譯出所需的資訊也將耗費極其漫長的時間。到她最終解譯出結果時,那個黑洞早就已經完全蒸發,從宇宙中消失了。

      如 果這一結果是正確的,那麼解譯過程本身的極端複雜性將阻止安妮找出兩個版本故事之間哪個是真實的努力。這樣就只能假設這兩個故事都是真實的,何為現實僅僅 取決於不同的觀測者,所有的物理學定律都將不會被違背——你已經死亡,化為了灰燼,但同時也安全地通過了事件邊界,沒有遭遇到可怕的“火牆”,安然無恙地 活著。

      這一結果也啟發物理學家們去思考一些新的問題:那就是極端複雜的計算(如安妮所遭遇的那樣)與時空之間的聯絡。這其中似乎隱藏著某種更加深層的秘密。

      這就是有關黑洞的故事,並不僅僅關乎空間旅行者們的命運,它們也是理論物理學的天然實驗室,將物理系定律中的一些極細微缺陷無限放大,到我們完全不能忽略它們的地步。

      如果現實的真正本質仍然隱藏在某處,那麼找出它們最好的地方就是黑洞。當然,在物理學家們真正有把握地搞清楚黑洞“火牆”的問題之前,我們最好還是站在事件邊界的外部觀察會比較好一點。或者我們就把安妮送進去,這次該輪到她上了。

  • 6 # 交電話費好

    八戒回答:學習是為了長知識,閱歷是為了長認知,人類沒有這兩樣東西就等於沒有故事,人類的誕生和故事有關,物理學離不開計算,with mates學,推翻物理學,計算學,生物學,推理學,理論學,思考學,想象學,所有的學都是人類大腦想象產生。

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