宇航员落入黑洞会发生什么？

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落入黑洞的宇航员会怎样

著名的科幻小说《三体》中黑洞项目首席科学家高Way在观测被捕获的黑洞时坠入其中。但是保险公司拒绝赔付。为什么呢？原因是对于宇航员本人。他发现自己会“顺利”通过黑洞视界。然而。对于外界的观测者。他们会发现宇航员在接近黑洞视界时停留在了视界上。像是被冻结了——因此黑洞又叫“冻结星”。这是因为。根据广义相对论。时间的流逝依赖于观测者的环境。对于不同引力场中的观测者时间的流逝是不同的。对于离黑洞不同距离处的观测者时间的流逝也是不同的。在电影星际穿越中。Cooper和Amelia在Miller星球的三小时等于轨道上母舰的23年。时间被拉伸六万倍。当然这需要Miller星球极度接近视界面！

电影《星际穿越》剧照

在宇航员从环绕黑洞的飞船下坠的过程中。他首先会看到由黑洞收集在视界面外环绕又逃逸出来的来自整个宇宙的光。当他接近视界面时。面向黑洞的半边天全黑了。但是后面的半边天含有整个宇宙的光。包括黑洞另一侧的宇宙。当他“顺利”通过视界面后并快速下坠时。整个宇宙变为一个越来越小的亮盘。当他进入奇点时。他原来的宇宙变成了一个点。而他同时从四面八方接收到来自其它时空的光子。和离开黑洞要红移相反。这些光子都是高度蓝移的。都会像能量极高的炮弹打在他身上。如果他还活着的话。

那么宇航员进入黑洞后还能活着么？讨论这个话题我们要了解一个概念：潮汐力——引力对物体不同部分由于距离差造成的撕扯力。对。就是由月球对地球表面引力不同而引起潮起潮落的那个潮汐力。由于黑洞半径可以很小。在其视界面上所产生的潮汐力是非常巨大的。比如一个太阳质量的黑洞其半径只有3公里。一个2米的宇航员在视界面感受到的潮汐力的径向撕扯和十亿倍的地球重力加速度相当。而同时也会受到巨大的环向挤压！这个宇航员要悲催了。因为如此大的潮汐力简直可以撕裂一切。包括分子。霍金认为这种潮汐力可以如此巨大。甚至能把真空中的虚拟粒子对拉开。其中更多的负粒子会掉入视界面而导致黑洞质量减小。相应的正粒子则逃离视界面形成所谓的霍金辐射。

潮汐力

当然不是所有的黑洞视界面处都有巨大的潮汐力。例如。在《星际穿越》中的巨型的黑洞具有一亿个太阳质量。在它的视界面上。潮汐力对2米的Cooper造成的拉伸仅相当于在地球所受重力的千万分之一。所以他可以顺利进入巨型黑洞的视界面。

需要指出的是。如果继续下坠接近奇点。那么无论黑洞质量大小。宇航员都应该会感受到无限的拉伸与无限的挤压。并在随机地不可捉摸地改变方向。因此。Cooper即使顺利地通过视界面。最终还是要悲催。当然。他外界的朋友们已经无从得知。因为由于视界面的存在。他的任何信息已经不能传回原来的世界。而他到底发生了什么我们只能猜想。

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