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如果地球掉进黑洞会怎样?

很长时间以来,黑洞一直令人们倍感兴奋和好奇。如今我们发现了引力波的存在,人们对黑洞的兴趣肯定也会水涨船高。而人们一定不会放过这样一个问题:从理论上来说,黑洞最可能以哪种恐怖的方式影响人类和地球呢?如果附近有一个黑洞,它最著名的效应之一便是“意大利面条化”效应(Spaghettification),这是一个极具想象力的词儿。

如今我们发现了引力波的存在,人们对黑洞的兴趣肯定也会水涨船高。人们经常问的问题有,科幻片中黑洞的样子究竟是不是真的,虫洞到底存不存在,等等。

黑洞的准确定义是,全部质量集中在一个在极小的空间范围内(即奇点)。黑洞的巨大质量产生了极大的引力,从而“摧毁”了所有附近的物体。

简单来说,如果你和黑洞靠的太近,你就会被拉长,就像意大利面一样。之所以会产生这种效应,是因为你的身体各处存在引力梯度,即受到的引力大小有差别。

请想象你两脚朝下飞向黑洞的情景。由于你的脚离黑洞更近,它受到的引力将比头部受到的引力要大。更糟糕的是,由于你的胳膊并非位于身体中心,它们被拉长的方向会与头部的朝向稍有不同。因此,你身体的边缘部位会被拉进身体里。最后的结果是,你的身体不仅被拉长了,而且中间还会变细。因此,还没等你的身体(或其它物体,如地球)抵达黑洞中心,它们就早早地变成了一根“意大利面条”。

那么,假设突然有一个黑洞凭空出现在地球边上,会发生什么事情呢?产生“意大利面条化”的引力效应在这种情况下也会生效。地球离黑洞更近的那边受到的引力会比另一边大得多。这样一来,我们的星球自然也就难逃被撕裂的厄运了。

不过,如果吞噬我们的是一个超大质量黑洞,那我们甚至都可能注意不到自己被黑洞吞进来了,因为在黑洞的事件边界下面,一切事物都能保持原来的模样,至少能维持一小段时间。在这种情况下,我们要等上一会儿,才会遭遇灭顶之灾。

不过用不着为此忧心忡忡。首先,我们不大可能如此倒霉、真的撞上一个黑洞;其次,即使我们真遇上了这样的倒霉事儿,说不定还能够以“全息化”的方式继续活下去。

有趣的是,黑洞并不一定真的是黑色的。在一些遥远星系的中心,存在着一种名为“类星体”的天体。它们的能量由黑洞供给,极其明亮,释放出的辐射量轻轻松松就能超过寄主星系其它部分所释放的总和。当黑洞吞噬新物质的时候,就会放出这样的辐射。

这里要申明的是,这些物质此时仍然处于事件边界之外,所以我们能看到它们。等落入事件边界之后,它们就消失得无影无踪了,即使是光线也无法从中逃脱。

当物质在黑洞周围堆积起来之后,它们就会发光。我们在观察类星体时,看到的就是它们发出的光线。但对于任何围绕黑洞旋转、或位于黑洞附近的东西来说,这都是一个棘手的问题,因为这些堆积物的温度非常高。也许我们还没等到被拉成意大利面的形状,就早被这些高能量辐射给烤焦了。

在克里斯托弗·诺兰(Christopher Nolan)的《星际穿越》中,有一颗行星围绕着黑洞旋转,这是一种十分诱人的设想。生命要想存活下来,必须存在能量源或者温度差。而黑洞正可以扮演能量源的角色。

不过有一点值得注意:黑洞必须不再吞噬任何周围的物质,否则它将释放过多的辐射,周围的任何星球上生命都无法存活。而在这样的星球上,生命将会是什么样子(假设它没有靠得过近、不至于被拉成面条),那就是另一回事儿了。

与地球从太阳那里获得的能量相比,这样的星球接受到的能量可能会很少。并且,这些星球上的环境一定也十分怪异。为此,《星际穿越》在拍摄过程中,还专门咨询了专业人士,确保影片中黑洞外观的准确度。

这些因素并不会彻底排除生命存在的可能性,但生命要想在这样的环境中生存下来实属不易,存活的形式更是叫人难以预料。

“毛毛球”理论

一篇近期发表的论文中指出,如果你站在黑洞的表面,就会创造出一个近乎完美的、你自己的复制品。这一理论是美国俄亥俄州立大学的萨米尔·玛瑟博士(Samir Mathur)提出的。

这个奇怪的理论名叫“毛毛球”理论。该理论认为,黑洞的边界并不会摧毁它接触到的一切东西,而是远比我们想象的要温和的多。并且,如果地球被黑洞吞噬的话,我们甚至都不会注意到这一点。

该假说与当下的主流理论背道而驰。主流理论认为,黑洞边上有一道“火墙”,会摧毁自己碰到的任何东西。但玛瑟博士认为,碰到黑洞边缘的物质并不会被摧毁,而是会变成自身略有瑕疵的复制品,和以前一样继续存在下去。

“他们认为黑洞并不是杀人凶手,而是一种类似复印机的东西。”帕姆·戈德(Pam Gorder)指出。玛瑟于2003年首次提出“毛毛球理论”,认为黑洞的表面虽然清晰,但同时也“毛茸茸的”。他当时表示,物质并不会真的掉入黑洞内部,而是会落在黑洞表面。

这一说法为宇宙全息论提供了支持。全息宇宙理论认为,就像信用卡上镶嵌的安全芯片一样,在另一个我们看不见的维度中,也许还存在另一个二维平面。这个平面上包含了所有用来描述这个三维物体的信息——在宇宙全息论中,该物体指的也就是宇宙。

从根本上来说,该理论认为,在宇宙的“平面版本”的某个区域中,可能藏有用来描述这个三维物体信息的一切数据。

超大质量黑洞

超大质量黑洞是指星系中央密度极高的区域,质量可以高达太阳的数十亿倍。它们的引力极大,能够将周围的一切尘埃和气体扫除一空。科学家认为,星系中的恒星正是在它们巨大的引力作用下旋转的。

但这些超大质量黑洞究竟是如何形成的,我们目前尚不清楚。

天文学家认为,它们也许是由一团巨大的气体云形成的。这些气体云的体积比太阳大10万倍,坍缩之后便形成了黑洞。这些黑洞“种子”随后逐渐合并在一起,形成更大的超大质量黑洞。

除此之外,超大质量黑洞也可能是由巨大的恒星演变过来的。这些恒星的质量约为太阳的100倍,在燃料耗尽、坍缩之后,最终形成了黑洞。


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