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進入黑洞後會是什麼樣子?

都21世紀了, 這個現代社會不瞭解一下宇宙就很文盲啊, 現在瞭解一下宇宙中最神奇的東西吧:黑洞!

黑洞是現代廣義相對論中,

宇宙空間記憶體在的一種密度極大體積極小的天體。 黑洞是由品質足夠大的恒星在核聚變反應的燃料耗盡而死亡後, 發生引力坍縮產生的。 黑洞的引力很大, 連光都無法逃脫。 其實黑洞並不“黑”, 只是無法直接觀測, 但可以借由間接方式得知其存在與品質, 並且觀測到它對其他事物的影響。

理論詳解如下:

黑洞是一個任何物質都無法逃逸的空間區域。 光當然也不能逃逸出黑洞, 所以黑洞就成了全黑的物體。 當然, 霍金用量子理論證明, 黑洞其實還是可以蒸發的。

一、小球在一個巨大品質的天體表面上的運動

假設小球在巨大品質的天體表面上拋。 由牛頓萬有引力計算得到, 如果初速度 u 不大, 小球最終會下落到天體表面。 如果初速度達到 7.9 公里每秒(在地球表面), 小球就掉不下來了, 而成為繞著天體旋轉的衛星。 如果初速度超過 11.2 公里每秒(在地球表面, 數值有沒錯?), 小球就可以逃逸出天體, 而飛入太空。 這個逃逸條件用公式表示就是

其中 R 是天體的半徑。 這個公式的實質是小球的動能比引力勢能的絕對值還大,

所以小球的總機械能為正, 可以飛到無窮遠。

二、把這個小球換成光波

在一定半徑以內(視界), 光波也不能逃逸出來。 光波的逃逸跟上面講的小球的逃逸非常相似, 同樣受制於光速:

由於光速 c 是一定的,

這個式子等價於

所以, 只有在這個半徑 Rc 之外, 光波才能逃逸出來。 這個半徑就稱為視界半徑,視界之內就是黑洞。 這是拉普拉斯在牛頓力學基礎上所做的預言,它跟廣義相對論的結論驚人地一致。

三、黑洞內奇特的光錐

上圖中白色區域(Schwarzschild 度規), 邊界 2GM 就是上面講的 Rc(略去了 c2)。

其中, 黃色區域的光錐是橫向的。 意思是空間軸相當於時間軸, 而時間軸相當於空間軸。 這有什麼物理意義?這就看你如何理解時間和空間了。

設想一個粒子從外向黑洞入射, 從左圖可以看到, 光線都不可能跨越視界, 粒子更是不可能跨越視界。 但這是個假像, 因為這裡時間 t 是無窮遠處的時間。 進一步的分析可知, 從粒子自身所攜帶的固有時來看, 粒子是可以進入黑洞的。

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