如果我们可以跑到黑洞附近,会发现它周围竟然是彩色的

作者: 张帆

来源: 格致论道讲坛

发布日期: 2022-08-24 19:41:14

文章探讨了黑洞的观测意义、引力的本质、事件视界的概念、黑洞的形成与观测技术、人工制造黑洞的可能性、掉入黑洞的体验以及量子力学对黑洞的解释。

黑洞除了在观测上非常有意思,能带给我们很奇妙的照片外,它其实也非常适合做思维试验,是凭空就能推动科学发展的东西。

引力不是力,而是时空弯曲的表现。广义相对论的诞生最早可追溯到比萨斜塔的实验,伽利略将一个重球和一个轻球同时从斜塔上扔下来,它们最后居然同时落地,结果出乎人们的意料。后来爱因斯坦细想这个实验结果,想到一个很有意思的事情,他意识到引力和其他的力完全不一样。

黑洞的边际——事件视界。其实,你可以这样想象,空间就像一条瀑布,水不断地往下流,越往下流速越快。即便我往上跳,但还是被瀑布给冲下来了。换而言之,在宇宙里,如果一个很小的范围里有着一个质量很大的物体,这个物体周围瀑布的流速会很猛,那么以最快速度游动的鱼也没有办法游出去。

用干涉阵列来看遥远的黑洞。我们通过干涉阵列的方法来获得高的角度分辨率。黑洞的信号在某一时刻齐头并进向外传播,而它们到达地球上各个射电望远镜的时间是有差别的。时间差明显与图片中红色虚线和红色实线之间的夹角相关。所以利用时间差,科学家们就能用干涉的方法将这些信号的来源方向提取出来。

我们能造出黑洞吗?这位老先生叫Kip Thorne(基普·索恩),是电影《星际穿越》的科学顾问。他提出来一个猜想:如果给定一个物体,根据它的质量做一个特别小的呼拉圈,然后让呼拉圈各种转,转的过程中始终能把这物体包含在内。换句话说,物体在各个维度、各个方向都要能够包含这个物体。那么,这个物体必定会形成一个黑洞。

如果你掉进黑洞,会有什么体验?虽然我们没在地球上“作死”,但经常能够看到电影里面的黑洞。例如《星际穿越》中的男主角Cooper后来跳到了黑洞里。影片中的他在经过事件视界的时候,没有任何感觉,然后就进去了。这是因为,除非有潮汐力的存在,否则根据等效原理,物体在自由落体时是没有任何感觉的。

不同领域科学家眼中的多种黑洞。量子力学对真空的定义是根据观测者而定的。《星际穿越》中的Cooper看到的是真空,周围什么都没有。但在宇宙飞船里的布兰德看到的是黑洞周围有很多粒子。这些粒子组成的体系有温度,黑洞就会产生热辐射,这就叫霍金辐射。

总而言之,黑洞除了在观测上非常有意思,能带给我们很奇妙的照片外,它其实非常适合做思维试验,是凭空就能推动科学发展的东西。

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