如果要想明白为什么黑洞看起来像甜甜圈,我们要先知道广义相对论。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。
引力不是力,而是时空弯曲的表现。物体走直线,在任意的形状上面,意味着物体会走这个形状上最短的线。我们现在就可以理解为什么在一个电梯里面,我们没有办法测出来引力是否存在。但是在一个大的尺度上,在引力场有变化的时候,引力的效果就体现出来了。
黑洞的边际叫作事件视界。在事件视界之外,光虽然不会被吸进去,但也会受到影响。就像图片中的这条船,即便人们再努力地沿直线划,因为横向水流很快,还是会受到影响而被拖着拐弯。所以,黑洞周围的光不只会弯曲,还会绕着黑洞转圈。
如果我们真的用粒子对撞机造出了黑洞,它会吞噬地球吗?这是不可能发生的。首先,形成黑洞是很难的。即便黑洞产生之后,也会面临霍金蒸发,而且越小的黑洞蒸发越快,黑洞很快就没了。虽然黑洞的引力强,但只有在距离黑洞特别近的地方才能体会到。离黑洞比较远的时候,黑洞的引力实际上和一个同等质量的基本粒子没什么区别,不会把远处的物体吸过去吞掉。
如果你掉进黑洞,会有什么体验?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。超大黑洞的潮汐力其实很弱,引力虽然很强,但是人的尺寸比黑洞的尺寸小得多。在人的尺寸上,黑洞的引力场虽然强,但黑洞引力没什么变化,也没有什么潮汐力,所以Cooper并没有感到什么不适。
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。在宇宙真空环境里,不断会有一对粒子产生出来,它们互相抵消然后消失。之所以能这样,是因为测不准原理。测不准原理认为,在一个很小的时间范围内,能量是测不准的。你可以造出两个粒子,只要它们能在短时间内抵消再消失,把能量还回去,那一切都没事儿。