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黑洞真的是吞噬了物体吗?

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online_member 发表于 2018-6-13 19:01:29 | 显示全部楼层
①要想了解这个问题的答案,首先要知道黑洞分四种,除了不可能存在的裸奇点之外,所有的黑洞都有视界,当然,有些黑洞有不止一个视界。

②了解了基本的常识之后,还要知道:外界物体被黑洞吸引,从而落入视界,或者被捕获成为行星,这些都是黑洞的引力所造成的。而且题主说得不错,越靠近黑洞,黑洞引力引起的时空畸变就越强烈,时间就越慢,我们从远方观测到靠近黑洞的物体静止在视界表面(也叫做无限红移面)。题主认为“黑洞看上去吞噬了物体,是因为时间过得太慢了,导致我们没有无限的时间去等待物体从黑洞里出来”。但是题主你要知道,时间在不同参考系里是可以互相转换的,“越靠近黑洞,时间过得越慢”这个现象只是对于我们而言的。假如是一个人正飞近黑洞,外面人觉得他开始静止了,但这个人所感觉到的时间流速根本就不会有异常,他甚至可能都不知道自己进入了视界。所以在进入视界之前,如果他转头以光速离开的话,外界就可以观测到这个人从静止状态逐渐加速,然后很快就出来了,题主所认为的时间无限是不会发生的。

③既然不是因为时间的缘故,那么黑洞到底为什么会吞噬物体呢?

进入视界之后,黑洞就不是主动吞噬物体了,而是物体主动向黑洞的几何中心靠近。这是为什么呢?

原因在于黑洞内部的数学结构和外界不同了。简而言之,在广义相对论中我们的外部世界,也就是宇宙的绝大部分时空,都可以用一系列的场方程描述。解方程的过程题主估计也不想看,我就不写了,感兴趣可以百度“弯曲时空中的场方程”。总之,重要的一点就是,在黑洞内部时空的这个解中(这个解通常写成线元的形式),有几个微分量前面的符号和外界时空刚好相反。而这些微分量正好是用来描述时间和空间的,这就是说,在视界之内,时间与空间在时空坐标上的位置被倒!置!了!

这个倒置可不得了,虽然这只是数学公式上计算的结果,但是数学是不会骗人的,也就是说,视界内部不再是空间向着奇点收缩了,而是时间的箭头向奇点收缩。一个物体一旦进入视界内部,它就永远也无法控制自己了。无论它多么的努力,就算它觉得自己是在向着视界外远离,实际上它在时间上正无可阻挡,无可扭转地靠近奇点。我擦什么概念!时间的箭头是向内的啊!!你见过有人能逆着时间的流向生活吗??

因此,进入黑洞之后,就不是黑洞在吞东西了,而是命运的不可逆转(雾)。当然,万物终有尽时,从方程的解来看,奇点是时间的尽头(指黑洞内部时空结构中的时间尽头),当被吸入的物体终于撞在奇点上时,实际上也就是来到尽头了,它的一切形态,物质,质量,信息都会瞬间消湮于无形,从宇宙中彻底消失。

④以上就是对题主题目的回答,这个答案算是浅显易懂了,如果题主想了解具体的,可以到书店买大学的教科书,那里面描述的更详细也更晦涩。

然而!last but not the least ,第三点的最后留下了一个问题,那就是既然一切物质撞上奇点之后就彻底消失了——

能量守恒定律:“能量既不会凭空产生,也不会凭空消灭”,

信息守恒定律:“总的流进系统的信息必等于总的流出的信息”,

质量守恒定律:“在任何与外界隔绝的体系中,不论发生何种变化或过程,其总质量始终保持不变”

这三位大神表示不服,宇宙是个封闭的系统,怎么可能黑洞内部的物质信息质量可以凭空消失呢?那岂不是宇宙在不停地损失物质吗???

这个问题被称为黑洞悖论。霍金对这个问题的解释是,在宇宙的真空中,会不断地涨落出正反虚粒子对,正反虚粒子对会在产生的瞬间湮灭消失以符合能量守恒规则。而黑洞的引力是如此之强,在无限接近其视界表面附近的真空中产生的虚粒子对中,会不停地有单个虚粒子被吸进黑洞里,这样一来,另一个虚粒子就会得到能量向无限远逸出,带走辐射和信息。而这些辐射和信息的总量和消失物质的信息总量是互相抵消的,这从某种程度上解释了这悖论。
online_member 发表于 2018-6-13 19:01:29 | 显示全部楼层
很简单,如果以我们的时间系看黑洞的话,所有的物体都静止在了黑洞的视界,然后物体会因为红移现象而原地消失,但我们仍然会认为物体没有进入黑洞,因为时间在黑洞视界会变得越来越慢,然后会发生时间停止,至于会不会倒退我就不太清楚了;如果我们是那个物体的话,时间对于我们个人来说是没有任何变化的,物体就是在被吸入黑洞,这是不可争辩的事实。所以我个人的回答就是,黑洞的确是在不停的吞噬物体,只是不能用我们现有的准确的方式去证明出来而已。
我不是专业的物理爱好者,只是看过一些关于黑洞的纪录片,回答会有很多不专业的地方,希望能够理解!
online_member 发表于 2018-6-13 19:01:29 | 显示全部楼层
先看看二维情况,设想一个柔软的平面(膜),有很多小珠子在上面滚来滚去,小珠子越重,平面被向下压的幅度就越大,周围的质量不如它的物体就越容易向它滚动过来。

“假设这些质量比较小的珠子本身有一个方向的均速运动(真空没有阻力),它们会围着大质量的物体作圆周(椭圆)运动,这个运动形式由引力造成。”接下来是 @归辰 的补充解释,在没有引力的情况下,惯性会使这个珠子一直做匀速直线运动。引力改变了珠子的速度大小和方向,从而使珠子围着大质量物体做圆周运动。在极端情况下,如果珠子与物体的连线方向正好与珠子速度方向垂直,且引力刚好与在此距离此速率下保持匀速圆周运动所需的向心力相等,珠子才会做匀速圆周运动。

他们的组成系统产生了星系。

黑洞真的是吞噬了物体吗?538 / 作者:booohr / 帖子ID:31264

引力其实是这个平面(也就是空间)的扭曲程度的一种描述,它本身并不是一种力。

那么假设有一个质量超大的物体(一个体积巨大的坍缩的星体),因为密度无限大,因此造成的引力集中于一点,超过了这个柔软平面的支撑力,把它无限向下压并且穿透了它(是不是真的穿透了没有人知道,因为没人到达过那里也不可观测,所以我只是假设),变成了一个破洞,这就是所谓的奇点。它的体积无限小,所以质量超大的情况下对空间的撕扯力又无限大,就像一根针在我们的空间上扎了一个洞,开启了向更高的维度前进的通道。

这个洞造成了我们的空间所有靠近它的物质都不可避免的向它跌落,除非你速度足够大并且离开它足够远。由于光速有上限,所以我们可以很容易的算出来我们必须离它多远以什么角度运动才不会掉到这个洞里去。

这个洞开启的时间越久,掉进去的东西就越多,由于每一个掉进去的东西都无限接近奇点,所以他们的体积都变得无限小,密度都变得无限大,会不会对这个柔软的平面施加更大的撕扯力而使黑洞的体积变大呢?很有可能。就像你没事老扯裤子上的破洞,它是会变大的。

黑洞真的是吞噬了物体吗?720 / 作者:booohr / 帖子ID:31264

但既然跌落进去的物体都落到了另一个更高的纬度去,那么我们在我们这个纬度计算出来的黑洞质量和能量就不再是一个封闭系统的数值,那么质量和能量不守恒也成为必然。这个时候去计算密度或引力反正都是无穷大,是没有区别的,我们所有的物理学公式都废了。上面有一个回答说到盆子里破了个洞,里面的水都流走了,很形象。

黑洞真的是吞噬了物体吗?179 / 作者:booohr / 帖子ID:31264

由于我们的所有观察设备观测东西的形态,不论是光线还是电磁波,其返回速度都不可超越光速,而光速在我们的世界是有上限的,当有限速度的光线想从一个黑洞里射出来的时候,它做不到,因为所有的东西在落向奇点的时候,都是从有限体积向无限体积发生变化,所以这个过程中的空间被奇点无限的拉长了,以光线的速度,它就算能射出黑洞,也需要我们的这个空间的无限长的时间,所以我们在观测的时候什么都看不到。

黑洞真的是吞噬了物体吗?410 / 作者:booohr / 帖子ID:31264

所谓的视界,就是以观测设备能看到光线逃逸的黑洞最大范围的边界,当物体到达这一区域的时候,它开始不可避免的向奇点跌落,不再可能回头。由于它的跌落时间无限长,所以我们看到的其实是它在无限长的跌落过程中最开始的那个无限长的一段时间给我们发回来的影像(无限长的一部分也是无限长)。实际的情况,它要么因为空间扭曲幅度太大而被无限拉长变形,要么就以自己能运动的最大速度一头向着奇点飞过去了(具体是多少不可考,据说黑洞内的物体运动是可以超光速的,那么假设是无限速度,对于它本身而言,也许就是一瞬间它就到达了奇点)。

下面我们回到三维世界,二维世界的黑洞看起来是个黑洞,那么三维世界的黑洞其实是个黑球。为了让大家有直观的印象我把图像简化了。

黑洞真的是吞噬了物体吗?962 / 作者:booohr / 帖子ID:31264

黑洞或者其它星系离我们如此遥远,以至于我们能看到的东西,其实可能是亿万年以前已经在发生的东西。当光速有上限的情况下,时间这个维度不取决于我们能观测到的东西的情况。

所以黑洞其实就是我们这个维度空间的破洞,它会不断的“吞噬”我们这个空间的物质到达另一个维度的坐标系,这不是它自己想干的,而是自然而然的发生的。

黑洞真的是吞噬了物体吗?252 / 作者:booohr / 帖子ID:31264

我们的宇宙会不断的因此流失能量,所有的恒星终将熄灭,整个宇宙的最后是一片死寂,象一张千疮百孔的破网,到处都是黑洞,黑洞的密度足够大时,宇宙这张膜发生坍塌而崩溃,无数个质量无限大的奇点撞击到一起,向另一个维度喷射所有他们吸入的物质。

黑洞真的是吞噬了物体吗?783 / 作者:booohr / 帖子ID:31264

在另一个宇宙,人们观测到亿万年前有一个奇点开始向周围喷射宇宙物质形成了他们的宇宙,他们为了纪念这一天,史称宇宙大爆炸。

黑洞真的是吞噬了物体吗?329 / 作者:booohr / 帖子ID:31264

补充一句,并不是一个世界新生,另一个消亡,而是无数个平行宇宙不断的新生或者消亡。他们通过更高维度来互相传递能量和信息。如霍金所说,就像一个开水壶里的无数个水泡。

以上大部分是我开的脑洞,部分来自于一些科学假设。谢谢大牛们指正我的错误。

参考阅读:
《时间简史》膜的新世界_百度百科
霍金新理论:人类可逃出黑洞 进入另外一个宇宙
怎么用很简单的语言解释弦理论? - 物理学
热寂_百度百科
online_member 发表于 2018-6-13 19:01:29 | 显示全部楼层
发现似乎没人真的直接回答题主的问题。。
关于这个问题我有一个简单的解释。先说主要问题在哪里。

原先的想法是,如果我们考虑一个无穷小质量的质点,的确是像题主和其他答案那样说明的,在视界外部的观察者看来,质点需要无穷长的时间才能到达视界,因此黑洞是不能够通过“吞噬”质量不断“长大”的。

问题就在于这个无穷小质量上。之前的所有讨论,黑洞外部的观察着看来物体在有限时间不会掉进黑洞里,这个结论是建立在物体具有无穷小质量上的。在这问题中,我们必须要考虑质点的有限质量。

一个简单的解释是这样的,考虑有限质量的质点,黑洞在“吞噬”前后的视界大小是不一样的。也就是说,“吞噬”过程实际上是在质点距离原来的视界一小段的位置上发生的,而质点到达那个位置并不需要无穷长的时间,也就是说,是在有限时间范围内发生的。

粗糙地描述一下,就是物体在不断像黑洞跌落的过程中,在某个时候,物体距离黑洞足够近了,黑洞的视界“啵”地一下发生了变动,恰好就把物体“吞噬”进去了。于是在有限时间内黑洞通过“吞噬”物体长大了。。

PS:
没学过广相,只是觉着这个粗糙地argument应该是足够解决矛盾的。
期待有大神更细致地说明一下。
如果我的argument有问题,请直接指出来一起讨论一下让我也学习一下啊。。
online_member 发表于 2018-6-13 19:01:29 | 显示全部楼层
黑洞不是洞,是密度极大的物体,打个比方,把一万个太阳压缩成一个月亮大小就变成了黑洞,根据万有引力定律物体和物体之间会相互吸引F=[kMm/(r^2)] k是万有引力常数,M和m分别是两个物体质量,r是物体间距离,F是物体间引力的大小.所以物体质量越大,吸引力越大,就像太阳可以吸住地球让地球随太阳旋转.黑洞质量的物质集中在极小的空间,产生强大的引力,连光在从他身边经过时也会被他的引力吸去,所以人们看不到黑洞(光跑不出来)看不到就是一片黑色,所以叫黑洞.物体被黑洞吞噬后就成了黑洞的一部分.,黑洞没有另一端,就是一个高密度球体,他不是洞,不能填.如果觉得好或者无其他答案就采纳,手打字打的酸死了.追问:那就是说被黑洞吸引过去物质被压缩后就变成了它的一部分,那吞噬了那么多物资它的体积怎么没有多大变化,难道是一直不停的压缩下去?它总有一个极限吧?回答:黑洞本身是超级巨大的恒星在暮年塌陷压缩形成的,他本身密度越来越大,自身对自身的吸引力越来越大,所以最终黑洞会压缩为一个点,这个点是密度无限大,体积无限小,不管他吸了多少物质进去,都会朝着体积无限小,密度无限大的方向发展,而我们知道,数学中无限大和无限小是没有尽头的,所以黑洞的压缩也是没有极限的(一立方毫米很小,但是一立方微米更小,还有一立方纳米;小和大都是没有尽头的).其实我们现实生活中也存在许多这样的无限的事物,比如你看镜子里的您的眼睛里的镜子里的眼睛里的你的镜子里的眼睛里的……无限下去).
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