黑洞

根据广义相对论,一个星体的质量愈大、自身的尺寸愈小,它对周围空间弯曲的程度就愈厉害。所谓「黑洞」,就是它把周围空间弯曲得实在是太厉害了,以致连光线都无法从里面出来。

从外面看,黑洞本身是一个黑黑的洞。但是如果黑洞附近有其他物质,比如星际间的气体或者带电的粒子,你会看到它周围有一个光圈。那些光来自带电粒子加速度运动产生的辐射。

而普通恒星、质量大体积小的中子星,以及黑洞对时空的弯曲程度都不相同。

与黑洞有关的知识,像史蒂芬.霍金(Stephen Hawking)的《时间简史》(A Brief History of Time)这类书已讲了很多,而你需要知道的只是一个概念:「事件视界」(Event Horizon)。

所谓事件视界,就是分隔黑洞内外的一条界线。事件视界以外,光至少还可以离开黑洞;而不管什麽东西一旦进入事件视界,就再也不能逃脱黑洞了。

现在,我们来思考一件特别有诗意的事情——掉入黑洞,会是一种什麽样的体验?

其他地方可不会带给你这样的感受。假设你前往黑洞,我坐在远处的太空船里看着你,因为强烈的时间膨胀效应,当你接近黑洞的时候,我会看到你的动作变得愈来愈慢。你会比我老得慢!

接近黑洞不一定就会掉进黑洞里,事实上,因为黑洞的尺寸往往比较小,想掉进去也不容易。你完全可以把黑洞当作一颗普通的行星,绕着黑洞转几圈,你完全是自由落体运动,不会感到任何不适。但是因为黑洞本身的重力场太强,把时空弯曲得太厉害,所以你转的这几圈,在我眼中可就太漫长了。如果你转两圈再回来找我,可能我已经老死,而你归来仍是少年。

但是,如果你觉得在周边转两圈不过瘾,想进入事件视界看看黑洞里面是什麽情况,那可就麻烦了。

在事件视界上,你的时间膨胀将会达到无穷大。

也就是说,当你跌入黑洞的时候,我看到的是你愈走愈慢、愈走愈慢,最後你的身影将永远停留在事件视界上。

我感觉到你再也不动了,你那一刻的形象永远都保留在我的世界中。你那一瞬间,是我的永恒。

但是时间膨胀是相对於我而言的,你自己不会感觉到这一点,你只会自然地跌入黑洞中。经过事件视界的那一刻,你不会有任何异样的感觉。黑洞并没有在边界线上为你举行欢迎仪式,你看到的黑洞内部也可以有光线,你眼中的事件视界内外没有什麽差别。

然而这是一条有去无回的路,你将会被黑洞杀死,但你不是撞到什麽地方摔死的,而是黑洞把空间弯曲得太厉害,可能你身体下半部分的重力会比身体上半部分的重力强很多,这个差异会把你撕裂⋯⋯。

我们无法直接观测到黑洞,但是我们可以从黑洞附近的星体运动方式判断它的存在。天文学家已经有充分的证据,在宇宙中找到了很多个黑洞。

有关黑洞的知识都是其他物理学家研究出来的,爱因斯坦没有回头看相对论带来的这场爆炸。他只想做最重要的研究,我们下一章再讲。


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