黑洞的誕生與消亡,如果有生命進入到黑洞之中,將會發生什麼?

2019-11-21     科學信仰

黑洞是宇宙中客觀存在的一種天體,黑洞概念最早源於愛因斯坦的廣義相對論,是廣義相對論所預言的一種天體。

隨後,黑洞的客觀存在被天文觀測所證實,在2019年4月,人類拍攝的首張黑洞照片的曝光讓人們切實領略了黑洞之美。那麼,黑洞這種具有神秘感的宇宙天體是從何而來的呢?我們可以從宇宙誕生開始說起。

隨著大爆炸的發生,物質、時間、空間迸發而出,原始星雲開始逐漸凝聚成型,這些原始星雲物質最終凝聚成為宇宙間的明燈「恆星」。宇宙間的恆星有大有小,質量越大的恆星,氫核聚變就越為劇烈,於是壽命也就越短。那麼當恆星的主序星階段結束之後會迎來怎樣的變化呢?大質量的恆星和小質量的恆星將走上兩條不太一樣的道路。

較小質量的恆星在主序星階段結束之後會開始膨脹,成為一顆紅巨星,體積會增加數百倍。

以太陽為例,在太陽的主序星階段結束之後,它會膨脹為一顆體積是原來200多倍的紅巨星,屆時連地球軌道都會被吞噬。在膨脹為紅巨星之後,恆星上的元素會以行星狀星雲的形式被拋出到太空之中,最後坍縮為一顆白矮星,白矮星在經過數百億年的冷卻之後則會最終變為一顆黑矮星,這就是小質量恆星的最終歸宿了。

較大質量恆星的生命歷程與此有些不同。大質量的恆星在主序星階段結束之後同樣會發生膨脹,在膨脹為紅超巨星的過程中,較重的元素開始合成,接下來就是宇宙中最絢爛的一幕,超新星爆發。在超新星爆發的過程中,大量重元素隨之形成並被拋撒到太空之中。

經歷了超新星爆發後的大質量恆星最終會坍縮為中子星或者黑洞。

通過相對論求解可知,當一顆恆星的質量超過太陽質量的1.44倍,那麼它便具備了坍縮為黑洞的條件。黑洞作為一種天體,卻有著與其它宇宙天體不太一樣的特點,它擁有無限的密度以及極高的質量,這就決定了沒有任何已知的物質可以逃脫黑洞的吸引。

要從一個引力場逃逸就必須要滿足逃逸速度,以地球為例,如果要徹底脫離地球的引力束縛,就必須要達到第二宇宙速度,也就是每秒11.2千米,這就是地球的逃逸速度。而要脫離整個太陽系的引力束縛,那麼就必須要達到第三宇宙速度,也就是每秒16.7千米,只要實現了這個速度,就可以在不需要後續加速的情況下去往更為遙遠的宇宙空間。

任何引力場都有一個逃逸速度,而黑洞的逃逸速度遠超光速。

光速是宇宙中最快的速度,黑洞的逃逸速度遠超光速就等於說包括光在內的任何物質都無法從黑洞中逃逸而出,黑洞不發光、又不反射光,進入黑洞的光也無法再次逃逸而出,所以黑洞是真的「黑」,因為它完全不可見。

黑洞雖然不可見,但並不代表我們無法觀測它。當黑洞周圍的天體物質被黑洞的引力拉扯撕碎之後,便會在黑洞的周圍形成吸積盤,並向外釋放高能X射線,被黑洞吸引的物質越多,黑洞的吸積盤也就越明亮,從人類拍攝的首張黑洞照片就可以看出,我們實際上看到的是一圈明亮的吸積盤所圍起來的一個不可見的黑洞。如果一個黑洞周圍並沒有其它天體物質,沒有什麼東西在被它吸引吞噬,那麼它就是完全隱身的。

黑洞是恆存的嗎?

在霍金輻射理論誕生之前,黑洞的確曾被認為是恆存的。但是根據霍金輻射理論,黑洞同樣需要向外輻射能量,儘管這個輻射的速度非常非常緩慢,以人類的時間尺度來看幾乎可以忽略不計,但在漫長的宇宙歲月中,黑洞也會最終蒸發殆盡,被黑洞所吸引的所有物質也會重歸宇宙這個大家庭。那麼,黑洞裡面什麼樣?如果有生命進入到黑洞之中又會如何呢?

理論上生命體是無法進入到黑洞之中的,因為在進入黑洞之前生命體就會被強大的引力所撕碎,那麼如果假設生命體能夠活著進入黑洞,那又會怎樣呢?那麼這個生命體可能會在黑洞中實現永生。因為引力越大,時間流逝速度就越慢,在黑洞內部強大的引力作用下,時間是完全停止的。在生命體進入到黑洞視界的一瞬間,時間就停止了,所以以黑洞外的視角來看,進入黑洞的物質將會一直停留在黑洞視界邊緣,恆久不動。

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