待在黑洞附近會怎樣?愛因斯坦:那裡一日相當于地球上一年

网瘾少女 2022/03/12 檢舉 我要評論
 

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說起黑洞,相信大家都不陌生,它應該是宇宙中最神秘的天體,科學家知道它就在那兒,可卻只聽其聲,不見其形。

起初,科學家們也不知道宇宙中還存在著黑洞這種極端的天體。關于這種天體存在的預言,還是從愛因斯坦的廣義相對論中推導出來的。

當大量的質量聚集在極小范圍的空間中,在強大的引力作用下,時空會被高度彎曲,會以一定的半徑形成一個曲率無限大的閉合時空,這便會形成黑洞。

眾多天文觀測資料表明,幾乎每一個星系中心都存在著一個質量超大的黑洞,比如銀河系中心就存在著一個超大質量黑洞——人馬座A,它的質量大約是太陽的400萬倍 。

黑洞可怕嗎?能夠靠近黑洞嗎?

在很多人的理解中,黑洞就是一個可以吞噬萬物的無底洞,連光線也能吞噬。有人甚至認為,穿過黑洞可以瞬間到達另一個平行宇宙,或者宇宙中另一個遙遠的地方。

確實,黑洞周圍的引力十分強大,任何物體一旦被黑洞的引力捕獲,掉進去就再也出不來了。因為黑洞事件視界內的逃逸速度已經超過了光速,而任何有質量的物體的速度都不可能達到或者超過光速。

不過,黑洞也並沒有大家想象中的那麼危險,只要合理運用物理規律,就不會掉進黑洞裡。地球沒有掉到太陽上去,就是因為地球在以30公里每秒的速度繞著太陽公轉。如果未來的人類想駕駛著太空船近距離觀察黑洞,而不掉到黑洞裡去,那麼就必須以幾萬公里每秒的速度在合適的距離上繞著黑洞以非常精確的軌道運轉。

只有離黑洞太近時,才會被黑洞撕碎甚至吞噬。也就是說,儘管每個星系中心都存在著一個很大的黑洞,但最終也並不會把整個星系都吞噬掉。

雖然可以避免掉進黑洞,但黑洞強大引力所產生的潮汐力仍然不容小覷,弄不好就會讓太空船解體。

如果我們待在黑洞附近會怎樣?

2019年的時候,科學家們通過事件視界望遠鏡(EHT)為距離地球5000多萬光年的M87星系中心的那個超大質量黑洞拍了一張照片,這是人類拍攝的第1張黑洞照片。

實際上,這張照片也並未拍到黑洞本體。因為理論上來說,通過電磁探測手段是無法拍到黑洞本體的,因為黑洞本體並不像外界輻射電磁波。

根據物理學家的推測,黑洞本體由奇點及包裹奇點的視界構成。奇點是一個體積無限小、密度無限大的點。而視界則是黑洞的最外層,是黑洞內部時空與外界的分介面。一旦穿過這個視介面,就算是光也出不來。

第1張黑洞照片中那明亮的光環,實際上是黑洞周圍的吸積盤。吸積盤由大量被黑洞撕碎的物質構成,這些物質向黑洞中墜落前,會繞著黑洞本體高速旋轉,在摩擦的過程中釋放出大量的光和熱。部分物質在此過程中還會以輻射形式從黑洞兩極噴射出去。

可見,待在黑洞附近,最要命的不僅有引力,還有輻射,這些高能輻射不僅對生物有害,還會損壞太空船。

不過相對于這些風險來說,還有一些令人驚喜的地方。

根據愛因斯坦的廣義相對論,在強引力場中,相對于弱引力場而言,時間的流逝速度會變慢。這一結論早已被實驗證實,並且有實際應用。比如,高度差會帶來微小的引力場強度變化,全球定位系統(GPS) 在設計時就必須考慮到由此導致的地面設備與衛星時間不同步的問題,而解決這一問題的辦法就是每隔一段時間校準一下衛星上的原子鐘,讓它與地面原子鐘的時間同步。

黑洞附近擁有宇宙中已知最強的引力場。當我們身處黑洞的強引力場中,由于地球的引力場強度比黑洞弱很多,那麼我們所經歷的時間就要比地球上的人所經歷的時間慢。

這不僅體現在鐘錶測量的結果中,我們自身也能親自體驗到這種奇妙的感覺。如果我們能瞬間返回地球,就會發現,自己在黑洞周圍僅待了幾天,而地球上的人或許已經過了幾十上百年。

理論上來說,只要離黑洞足夠近,待的時間足夠長,我們就能夠通過這種方式穿越到遙遠的未來。正所謂「天上一日,地下一年」,看來宇宙中還真有這種神奇的地方存在。

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