关于黑洞“内部”的最佳假设是什么? 根据广义相对论(GR),参考系对假设是至关重要的。因为不同的参考系,答案也截然不同。
参考系
从我们的宇宙参考系观测黑洞,里面应该什么也没有。甚至连没有任何介质的“真空”也没有。
真正的空无一物。
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(图源:百度百科,4月10日,全球多地天文学家同步公布了黑洞“真容”。该黑洞位于室女座一个巨椭圆星系M87的中心,距离地球5500万光年,质量约为太阳的65亿倍。)
从我们的参考系来看,引力时间延缓导致物质达到黑洞的事件视界时会减速并从视野中消失(该物质发出的光会红移),最终它停止在事件视界。
这个答案在1939年被提出时被认为非常出乎意料。
你可以说所有的物体最终都会聚集于事件视界的表面(二维)。
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(事件视界概念图)
这也是许多物理学家称事件视界为全息图的原因——至少在我们的参考系来说是。参见本文。黑洞只不过是全息图的说法变得更加有力。
如果把参考系变为一个正在坠入黑洞的观察者,他看到的会大不相同。
在该种情况下,广义相对论预测事件视界是可以被跨越的,观察者会不断地被挤压成黑洞中心的一个物理的点——奇点。
为了帮助进一步理解,以下是一些思维实验。
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在事件视界,所有坠入的物体以光速运行。
当一个不断坠入的观察者在接近事件视界的时候,速度将达到99%光速,对我们意味7秒钟长的时间对他来说仅仅是1秒钟。
当速度加快达到99.999%,对他来说的一秒钟已经是我们的3′43″(223秒)了。
接下来,速度达到99.999999%光速,我们已经度过了1小时58分钟(7071秒),而他只是过去了一秒。
若他以99.999999999%光速坠入,在他的1秒钟里,我们将度过2.6天(223607秒)。
如果极度接近光速(99.999999999999%),我们过去的的82.6天(71133592秒)对他只是逝去了一秒钟。
引力时间延缓正是如此。
在他看来,所有以正常速度运动的我们在飞快运转,而我们看他却实际上静止了。
坠入黑洞的物体会逐渐达到完全光速,但那看起来会是在无穷远的未来。在这里,我们说“无穷远”其实指着那是一个失去了时间尺度的状态。
这就是基本相对论理论,不过这些推算后来也在LIGO(激光干涉引力波天文台)检测到黑洞融合产生的引力波时证实是精确的。
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(黑洞合并产生时空涟漪假想图)
在事件视界,数十亿年的时间也会被引力时间延缓压缩成一瞬间,数十亿光年的空间也会变成无比接近的距离。
然而从我们的参考框架看不到接近事件视界的物体,更看不到前面是什么。
如果暂时不去想是黑洞造成的奇点。仔细想想你会发现黑洞里的奇点和宇宙结尾的奇点是一样的。
能量守恒
关于黑洞存在争论的主要原因之一是黑洞摧毁了能量。物理学的能量守恒理论认为一个孤立系统的能量总值永恒不变。能量不被产生和摧毁,只可以改变形式。
不少物理学家认为伴随黑洞同时存在一个白洞—一个新的宇宙。新宇宙的提出解决了能量守恒的问题,但这并不意味着每一个黑洞都伴随一个白洞。因为所有黑洞都会被引向一个奇点——宇宙的终结,
如果我们的宇宙是一个自给自足到难以置信的闭环呢?如果宇宙以奇点为终结亦复生于一个奇点呢?想想大爆炸起源和宇宙尽头的黑洞。
探究黑洞的未来,你或许也会想到自白洞(大爆炸)再度诞生了宇宙。
我们需要承认这是一种可能性。宇宙并不是一个线性的系统,能囊括太阳系这样无数个三维空间的四维宇宙,也许会有自我循环。
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作者: quora
FY: 阿梦
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