深度長文:黑洞真的吞噬物體了嗎?被吞噬的物體到哪裡了?
黑洞,堪稱宇宙中最詭異的天體,能夠吞噬一切靠近的物體。但是,黑洞真的吞噬物體了嗎?它到底是如何吞噬物體的?
按照牛頓力學體系來解釋,黑洞吞噬物體的過程其實就是黑洞強大的引力在起作用。從這點上來講,黑洞吞噬物體,與我們每個人被地球“吞噬”到底是一樣的,我們每個人都被地球的引力牢牢地束縛在地球表面。
不過,愛因斯坦的廣義相對論表明,所謂的引力其實表象,它的本質是時空彎曲。也就是說,引力其實是不存在的,引力只是時空彎曲的外在表現罷了。
那麼時空到底是如何彎曲的呢?
想象一個二維平面,比如說一張彈性薄膜,上面有很多玻璃球在薄膜上來回滾動。這時候在薄膜上放置一個質量更大的鐵球,鐵球就會把薄膜壓出一個明顯的凹陷,而薄膜上的玻璃球感受到凹陷的存在,就會很自然地向着凹陷的中心運動。
其實這個過程就是引力的表現形式,可以看出引力只是平面彎曲(時空彎曲)的一種描述,本身並不是一種力。當然這只是廣義相對論的詮釋,粒子標準模型還有其他詮釋,這裡就不再詳述了。
對於時空彎曲造成引力的這種說法,有人會不認同:並不是“時空彎曲造成了引力”,而恰恰是“引力造成了時空彎曲”,因爲鐵球之所以會造成薄膜凹陷,恰恰是引力造成的。
當然,這與廣義相對論對引力的詮釋是背道而馳的。實際上網絡上對“時空彎曲”的示意圖描述是不嚴謹的。大部分示意圖都會把時空彎曲描述爲“向下彎曲”,很容易讓人產生錯覺:爲什麼會向下彎曲?不還是因爲引力作用嗎?
實際上,時空彎曲並不是“向下彎曲”,網絡上對時空彎曲的示意圖描述只是方便我們更通俗理解“何爲彎曲”,但很多時候通俗往往意味着不嚴謹。
實際上,太空中由於並不存在“上下”的概念,時空當然不會“向下彎曲”了。那麼,時空到底是如何彎曲的呢?
答案是:朝向物體的質心彎曲。任何有質量的物體都會影響周圍時空,同時物體的運動也會拉拽着周圍的時空一起運動。
而黑洞也是一種物體,一種質量超大的物體。黑洞的質量如此之大,理論上密度可以達到無限大,因此可以造成時空無限彎曲,周圍的時空都指向一點,也就是黑洞的奇點。
我們的時空結構是非常堅硬的,但由於黑洞能無限拉伸時空結構,以至於連時空本身都無法承受密度無限大的黑洞,最終完全被撕裂穿透,就像有一根針在時空結構上扎出一個洞那樣,黑洞奇點可以在撕裂時空結構,在時空結構中“打一個洞”,這個洞最終會通向哪裡?
我們並不清楚,可能是其他宇宙,也可能是更高維度時空,比如說五維度時空。著名的科幻電影《星際穿越》就有這樣的故事情節描述,男主人公穿越黑洞最終到達五維度時空,在那裡可以通過引力與我們所在的四維時空互動。
實際上這種故事情節並不是純粹的科幻,也有一定的科學道理。細心的你肯定發現了,引力雖然在我們身邊無處不在,但引力其實是很微弱的,是自然界四種基本作用力中最弱的力。引力到底有多微弱?
舉個例子就明白了。我們可以輕鬆舉起一個嬰兒,你可能還不知道,你“舉起嬰兒”這個動作是在對抗整個地球對嬰兒的引力作用!可見引力真的太微弱了。
引力爲什麼如此微弱呢?
科學家們猜測,很有可能就是因爲大部分引力都泄漏到高維度時空了,這也是爲什麼電影中的男主人公能夠通過引力與我們的四維世界互動。
理論上,只要速度足夠快,就可以逃離黑洞的強大引力。但由於我們所在的四維時空存在速度極限,也就是光速,所以當我們靠近黑洞到一定程度時,即便是光速飛行也無法逃脫,最終只能被黑洞吞噬,有去無回。
而被黑洞吞噬的臨界點就是“事件視界”,它是以奇點爲中心,以史瓦西半徑爲半徑的球體。可以這麼通俗理解事件視界,這個邊界恰好是以光速飛行而不被黑洞吞噬的臨界值。一旦越過事件視界,理論上只有以超光速飛行才能逃離黑洞,但超光速又是不被允許的。
實際上,由於引力的本質是時空彎曲,任何物體對時空的彎曲就相當於在時空中創造出“引力井”,有的井深,有的井淺,這與物體的質量有關。
就像我們在地球上,實際上就是生活在地球彎曲時空形成的“引力井”內,要想逃離地球的引力,就需要逃出地球創造的“引力井”。
而黑洞在時空結構中創造出來的“引力井”能達到無限深,所以任何被黑洞吞噬的物體只能不斷掉落,不可能有回頭路。
那麼,跌落到“引力井”裡面的物體最終會去往哪裡呢?
剛纔說了,由於黑洞密度無限大,完全可以撕裂時空,在時空結構中“打一個洞”,通向另一個世界,其他宇宙或者高維度時空。
如果被黑洞吞噬的物體最終真的到了另一個高維度時空,是否意味着我們所在的宇宙將不再是一個封閉的系統,甚至我們堅信不疑的“質量和能量守恆”將不再是必然的呢?
黑洞影響時空,就像是一個盆破了一個洞,盆裡的水不斷外流,當然水的總量是不可能守恆的。
由於我們的宇宙存在光速限制,在光線被黑洞吞噬之後,以光的速度,是不可能從無限深的“引力井”中逃離出來的。就算光線能逃出黑洞,理論上也需要無限長的時間,而“無限長的時間”對於現實世界的我們來講,是沒有意義的,在我們眼裡,還是等同於光線被徹底吞噬了。
以上對黑洞以及黑洞吞噬物體的分析是以“二維世界的黑洞”爲基礎來分析的。實際上在我們的三維世界裡,黑洞也是一種天體,是我們無法看到的“黑色球體”。黑洞距離地球通常都很遙遠,也就是說,我們如今看到的黑洞,其實是千萬年前的黑洞了。
而被黑洞吞噬掉的物體,或許就會從我們的四維時空到達了另一個維度,比如說高維度時空。這意味着我們的宇宙其實一直在流失能量和物質,黑洞就像四維時空中的“破洞”一樣,靠近它的物體都會跌落進去,到達另一個時空維度。
最終,當所有的能量和物質都流失完畢之後,恆星徹底熄滅,整個宇宙一片死寂,只剩下千瘡百孔的黑洞。
由於黑洞密度足夠大,不斷吞噬物體的過程,會讓黑洞質量不斷增大,最後宇宙再也承受不了,就會發生坍縮,所有的黑洞奇點撞擊到了一起,而黑洞吞噬的物體會一下子噴射到另一個維度裡。
或許,在另一個維度,會有智慧生命探測到這一盛景,有一個體積無限小的奇點突然開始膨脹,同時噴射出近乎無限的物質,從而形成他們所在的宇宙。這也是他們眼裡的“宇宙大爆炸”。
而這樣的故事並不罕見,並不僅僅上演一次,而是無數次,無數個平行宇宙就是通過這樣的方式,不斷在新生和消亡之間來回循環,在循環的過程中相互傳遞能量和物質。
總結
以上對黑洞以及黑洞吞噬物體的描述有一部分是我個人的腦洞,因爲至今爲止也沒有誰知道被黑洞吞噬的物體到底去向了哪裡,所以我們只能去猜測。
廣義相對論早就預測了黑洞這種詭異天體的存在,而在2019年,天文學家也終於拍攝到了人類歷史上首張黑洞照片,證實了黑洞真的存在。
當然,由於黑洞距離地球通常都很遙遠,人類要想近距離“探測”黑洞,短時間內是不現實的。即便真的在地球附近發現了一顆黑洞,以目前人類科技,也很難探測到更多的黑洞奧秘。
原因很簡單,我們不可能發射探測器去獲取黑洞內部信息,因爲連信息都會被黑洞吞噬。我們必須用更高級的科技才能獲取黑洞內部信息,這也就意味着,黑洞本身一定蘊藏着更深層的奧秘,我們必須用更高級的物理定律才能揭開黑洞的神秘面紗。
完!