被黑洞吸走的东西去哪了?科学家:不是“东西”了

原标题:被黑洞吸走的东西去哪了?科学家:不是“东西”了

黑洞是宇宙中最可怕的存在,宇宙最高速的光都无法从漩涡中逃离,那么被吞噬的物质去哪里了,总不能凭空消失吧?

实际上,这些物质的确凭空消失了,它们经历了由“东西”到“不是东西”的过程,最后集中在黑洞的中心——奇点。

被黑洞吸走的东西去哪了?科学家:不是“东西”了

光无法带着黑洞内的信息逃离出来,因此视界内漆黑一片,一无所知。内部到底是自成一界,还是宇宙跳跃的入口,或者是诺兰科幻大片《星际穿越》中无视时间的高纬空间,这都是毫无根据的天马行空

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黑洞在尚未拍摄到之前,人类的理论早已“预言”。基于人类对宇宙万物客观规律的理解,内部情况尚能猜测一二。主要源于两点,黑洞的特性与物质的本质。

黑洞的特点:引力超级大,光都能拐跑,这么说并不准确。实际上,光是“自愿的”,并非是被吸引,因为引力不是“力”,而是质量造成的时空效果。

广义相对论的苹果落地

引力最早的版本(牛顿),物与物相互吸引,与质量和距离有关,所以地球能把苹果拽到地上。

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引力如今的版本(广义相对论),引力不是力,是时空扭曲,质量越大,体积越小曲率越大。而黑洞质量超级大,体积无限小。

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正确的顺序是这样的:时空中有了质量物体,使时空发生扭曲。另一个物体不受任何力的作用,匀速直线运动,进入扭曲时空之中,继续沿着时空中的最短路径前进。

平直时空,两点之间直线最短。而在曲率不为零的时空之中,物体同样会自发地走最短路线,这个路线称之为测地线,可以理解为扭曲时空中的直线。

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(测地线是三维物体表面两个点间最短路线)

飞机或轮船从上海到纽约,我们感觉走的是直线,实际上地球是圆的。一般船只、飞机走的都是测地线(最短路径),即在地球上,过上海、纽约两点,以地心为圆心画圆,在这个大圆上找最短的距离。

物体(不受任何力)沿着扭曲时空中的“直线”运动,在外面的人看来,物体就像是被吸引了。苹果在地球弯曲的时空中匀速直线运动,在外人看来是自由落地运动。

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图:黎曼几何与欧式几何中的直线

苹果落地的过程,在独立的时间与空间中是具备加速度的(g),但在广义相对论中,时间与空间为一体,称为时空,在四维时空之中(黎曼几何),苹果的速度其实是一个常矢量(也就是匀速直线运动)。

物质进入黑洞的原因

因此引力其实是物质跑进黑洞的结果,而非物体跑进黑洞的原因,原因是黑洞的质量,这点非常重要。光和一切物质,只是自发的在黑洞质量造成的极度扭曲的时空中走最短路径,而这一切路径的终点都指向奇点。

很多人这里就有疑问了,如果是这样的话,是否意味着我们都可以安然无恙进入黑洞走向奇点,而不会被撕碎或拉伸呢?其实,黑洞要比这“残暴”得多,因此黑洞内的曲率大到你难以想象。体验过车开180km/h,然后急转弯吗?而且是那种地下停车库中的连续转弯,每一层的圈会越来越小,而黑洞比这要夸张得多。

进入黑洞的会发生什么

较小的黑洞,一个人进去之后头岛脚每一处的时空曲率差别都极大,人体会瞬间“散架”。较大的黑洞中,刚进入,单位空间内时空曲率差异相对较小,只会把你拉得长长的,随着你不断深入,曲率差异会逐渐增大,结果和上面一样。

很多人肯定又有疑问了,既然物体不受任何力,那么“散架”的原因是什么?仅仅因为不断地时空的“急转弯”?实际上尺度问题,高速公路上只要弯道足够长,哪怕掉个头都行,就像是环形立交桥。但你没办法直接横跨6车道调头,因为转弯距离不够,有惯性限制着车,同样物质微观世界也有组成物体所需的“惯性”。

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人体是由原子、分子构成,它们又是由电子、原子核构成,原子核由夸克、胶子等基本粒子构成,基本粒子是零维的粒子,通过有序的相互作用构成了三维结构的原子核、原子结构,这些相互作用是宇宙运转的“四大作用力”。

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基础粒子中,光子与电子发挥着电磁力作用,作用范围远。强力与弱力的作用仅限于原子之内。电磁力是我们日常生活中一切力的统称(引力之外),比如我打你一下,磁铁相互吸引,你体内细胞与细胞的“粘合”。电磁力的作用远,因此可以在大黑洞中维持“面条”形状,不会直接碎成一个个原子。

当曲率的差异足以影响到强力与弱力的尺度,例如夸克与胶子无法的有序运动时(连基础粒子都都要参与急转弯),原子、原子核的结构将分崩离析。光在黑洞中都会被扭曲,胶子也是零静质量的粒子,速度与光速一样,其他有静质量的粒子速度更慢。这意味维持三维结构的基础粒子都无法有序运动,即无法维持三维结构。

黑洞中的没有“东西”

进入黑洞的物质最终的结果就是散架成零维粒子,流向黑洞的中心,最终在与奇点中原本的零维粒子集合在一起。或许它们集合成一个点,或许它们集合成一个一维的环状结构,不断旋转,但是它们绝对不会是三维结构,即它们不再是物质。

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