刀剑神域游戏掉进了黑洞怎么出来

人掉进黑洞里面 会怎么样啊是会死 还是会到另一个世界里去_百度作业帮
人掉进黑洞里面 会怎么样啊是会死 还是会到另一个世界里去
人掉进黑洞里面 会怎么样啊是会死 还是会到另一个世界里去
死是肯定的.在黑洞如此巨大的引力下,人的头部与足部所受的力相差很大,足以把人撕碎.所以在掉进黑洞的过程中,人必死无疑.至于是否会到另外一个世界,目前人类对黑洞的了解甚少,还不能妄加论断.但根据爱因斯坦的理论,黑洞与白洞是相对的,两洞由虫洞相连.物体从黑洞被吸入,从虫洞被喷出,的确有可能到达另一个世界.但此时你已不是原先的你了.
会到另一个世界。天堂。其实。你还未掉进,你就瓦解了。。
你讲会被压成一小团粒子。如果存在白洞的话,你出来的时候就会像你挤牙膏一样的被挤出来。
因为巨大的引力差(比如你眼睛和嘴之间)人会瞬间被撕的粉碎然后也是因为巨大的压力把你压缩的无限小最后会朝黑洞的那个点永远的坠落当然你不会感觉到疼痛因为这都是在一瞬间完成的
不是掉进去,而是黑洞本身就具有吸引一切可以发出红外线的物体,包括各种发光天体和有机生物!人自然也在其中!
这两种可能都有,第一你掉进去时的轨道不错的话,不撞击奇点就不会死,身体五官被拉长,那是随着时空的拉长而拉长的,所以人不会死的,不碰到奇点,就会从白洞里出来到达另外一个宇宙,或者另一个世界,再或者还在这个宇宙内但已经不在银河系了,如果不幸撞到奇点,瞬间粉碎,看一个人的运气了。...
被压缩成一个点或者说掉进黑洞是怎么样的一种体验?请结合科学理论描述一下~~~感谢@赵鸿斌
的假设 :假如人是刚体的,不会被黑洞撕成粒子流。
相对论的视觉效应是一项非常有趣、却在科研中常常被忽略的内容。 科研中出现的图画大都是效果图,正式叫法是“艺术家眼中的印象图”,是为了表现体系的某个或某些特色而作。除非另有声明,所引的图都是效果图。 很多时候, 尤其在广义相对论中, 印象图甚至可能是所谓“上帝视角”,即从高维空间(通常是三维)观察嵌入低维空间(通常是两维)的时空弯曲。先说狭义相对论,即高速运动物体的视觉效应狭义相对论认为高速(v ~ c)运动的物体其尺度会沿运动方向收缩(尺缩效应),所以在伽莫夫著名的《物理世界奇遇记》里面,高速动体的视觉效应被描述成扁扁的 (图一)。图一:《物理世界奇遇记》中的动体的尺缩效应效果图图一:《物理世界奇遇记》中的动体的尺缩效应效果图直到1924年,奥地利物理学家安东兰帕才意识到这不是动体的视觉效应,因为眼睛(和照相机)看到的像是由同时到达眼睛(和相机)的光形成的。直到1959年,这个现象被泰瑞和彭罗斯再次发现以后才引起人们关注。一般来说,由于相对论效应,高速运动的物体的像会产生畸变和转动(图二)。在最简单的情况下,球形物体仅有转动,这种效应称为彭罗斯-泰瑞转动。图二:低速(下)运动与高速运动(上)的骰子的畸变效应效果图。 图片来源:图二:低速(下)运动与高速运动(上)的骰子的畸变效应效果图。 图片来源:另外一种效应是多普勒频移。也就是说,物体的颜色会产生变化(图三)。图三:多普勒效应示意图图三:多普勒效应示意图现在,这些狭义相对论的视觉效应已经很常见,譬如下面这个相对论视觉引擎截图:图三又二分之一:游戏 Slower Speed of Light 的截图(MIT GameLab)你可能会觉得,人们既然几十年前终于弄懂了动体的视觉效应,在画图时应该会考虑到吧。完全不是。几乎所有涉及到高速运动的图中,人们都忽视了这些效应 —— 这不仅包括闪电侠、超人等漫画和科研电影还包括了严肃的科研报告。比如相对论性重离子对撞的讲座中,大家还是画两个“盘子”代表洛伦兹收缩以后的相对论性重离子 —— 即高速运动的原子核(图四)。 在重离子领域,几乎所有的示意图都画成图四这样 —— 气人的是,你说他们不精细吧,重离子里面的核子他们还给你画成3D的,还上了色(显然这个颜色不是为了展示多普勒效应)。图四:相对论性重离子碰撞过程的效果图图四:相对论性重离子碰撞过程的效果图广义相对论和引力场中动体的视觉效应引力场中动体的视觉效应其实比较复杂。首先,光在引力场中会产生偏折,这会带来物体图像的畸变、放大或缩小,该现象叫做引力透镜效应(回忆透镜成像的原理就是偏折光线)。引力透镜效应一般是很复杂的,但可以通过光线追踪法来加以计算。黑洞的引力透镜效应尤其强。如果仅考虑黑洞的引力透镜效应,且假设观察者和成像的天体都在远处(即黑洞附近没有特别明亮的光源),效果大致如图五所示,这也是常见的(史瓦兹谢尔德)黑洞的形象。图五(甲):远处观察者眼中黑洞对远处星系的引力透镜效应效果图甲。图五(甲):远处观察者眼中黑洞对远处星系的引力透镜效应效果图甲。图五(乙):黑洞引力透镜效应效果图乙。图五(乙):黑洞引力透镜效应效果图乙。图五(丙):基于Thorne公式的黑洞引力透镜效应效果图。图五(丙):基于Thorne公式的黑洞引力透镜效应效果图。这当然不是全部。另外,引力,尤其是强引力会对附近射入光产生蓝移、射出的光产生红移。因此周围物体的颜色也会相应改变。这些还都不是困难的地方。麻烦的是黑洞附近有什么。首先黑洞会有霍金辐射,而且会有落入黑洞的天体因释放引力势能被加热到甚高温,在天文观测上表现为,黑洞是很好的X光射线源,这表明黑洞四周是非常明亮的,这引发了类似图六的示意图。图六:黑洞霍金辐射效果图,未考虑黑洞的引力透镜效应图六:黑洞霍金辐射效果图,未考虑黑洞的引力透镜效应并且像大多数大质量天体一样,黑洞会大量捕获附近的物质在它周围产生较大的吸积盘和相对论性喷流,因而会引发了类似图七的示意图,而由于这些物质和霍金辐射的存在,黑洞附近必定进行着非常复杂、非常强大的电磁学过程,而弯曲时空的电动力学是很复杂的现象,这些都需要加以考虑。注意,图六、图七都没有考虑前面所说的引力透镜效应和引力频移。图七:黑洞四周的吸积盘和喷流效果图,未考虑黑洞的引力透镜效应。图七:黑洞四周的吸积盘和喷流效果图,未考虑黑洞的引力透镜效应。Interstellar的一大贡献是它们考虑到了引力透镜效应和引力频移对吸积盘的成像的影响(图八)。他们的说法是,引力透镜效应使得背后的盘能够被看到,而高能量的X射线使得所有频率的光的亮度都很高,因此吸积盘显得非常明亮 —— 这些都是非常合理的假设。 当然宇宙飞船必须能防护这些高能射线。另外,在遥远的地方看,吸积盘的颜色可能有些颜色,而不一定非要是白色。图八:星际中的黑洞效果图 (该值越大表示黑洞自旋越快,其值应当小于1)。这是真正的艺术家们的印象图。Credit: Oliver James et al 2015, Gravitational lensing by spinning black holes in astrophysics, and in the movie Interstellar, Class. Quantum Grav. 32 065001 doi:10.81/32/6/065001。不过,根据James等人的说法,这张图片也不是真正的黑洞视觉效应图。为了满足电影效果,他们根据导演的要求,去掉了多普勒频移、引力频移等效应,并添加了光晕效果。更加真实的黑洞效果图,可以参看James-Tunzelmann-Franklin-Thorne 文章的图15c.有吸积盘的黑洞很可能自己带有较大的角动量,这种黑洞叫做克尔黑洞。原本在若黑洞附近物体轨道半径大于黑洞视界时,可以绕黑洞打转,但是在史瓦兹歇尔德黑洞附近半径小于两倍视界的轨道是不稳定的,转圈的物体很快就会落入黑洞之中。 而克尔黑洞附近小于两倍视界时则存在稳定轨道,因此图九中吸积盘延伸到接近克尔黑洞视界的地方。 如果黑洞带电荷,那就更复杂些,其电磁现象也会更重要些。黑洞还可能会产生引力波,这个会不会产生视觉效应,我就更不知道了。有吸积盘的黑洞很可能自己带有较大的角动量,这种黑洞叫做克尔黑洞。原本在若黑洞附近物体轨道半径大于黑洞视界时,可以绕黑洞打转,但是在史瓦兹歇尔德黑洞附近半径小于两倍视界的轨道是不稳定的,转圈的物体很快就会落入黑洞之中。 而克尔黑洞附近小于两倍视界时则存在稳定轨道,因此图九中吸积盘延伸到接近克尔黑洞视界的地方。 如果黑洞带电荷,那就更复杂些,其电磁现象也会更重要些。黑洞还可能会产生引力波,这个会不会产生视觉效应,我就更不知道了。图九:没自旋的黑洞与有自旋的黑洞的效果图图九:没自旋的黑洞与有自旋的黑洞的效果图还有一些其他的问题。涉及到黑洞的基本性质。这里仅仅举一个例子,就是黑洞信息佯谬。人们认为信息是守恒的,但黑洞视界以内既然无法探知,落入黑洞的物质携带的信息也就永远失去了,更要命的是,加入两个粒子处于纠缠态,一个粒子落入黑洞,纠缠态必然会消失否则我们可以以此来探测黑洞内部信息,但纠缠态凭空消失又是量子力学所无法理解的。为了解决这个矛盾,有人认为纠缠态会被破坏,但是代价是放出巨大的能量——大到可以打破广义相对论或量子力学,因此结论是,黑洞视界周围是一圈“火墙”(图十),代表巨大的能量释放过程。图十:黑洞信息悖论与火墙模型示意图图十:黑洞信息悖论与火墙模型示意图这还仅仅是黑洞未解之谜的一个例子。事实上,黑洞,尤其是奇点附近的物理可能需要量子引力来理解,广义相对论已经不再适用。因此我们对黑洞实际上非常的不了解。更不用谈黑洞到底看起来是什么样。上面所引用的图大多数没有完全考虑所有的引力效应,特别是引力透镜和引力红移。 而且这些图都是远处观察者所看到的。 至于进入黑洞能看到什么,所需要考虑的物理是相同的,只不过所选用的参考系不太一样罢了。网上有一些视频介绍这些,注意这些视频也并非将这里提到的所有效应都考虑全了。第一个和第三、四个来自科罗拉多大学天体物理学家安德哈密顿(显然这个家伙开发了一个黑洞飞行模拟器,但目前是闭源的,URL:),大致认为落入黑洞的人仍然一直能看到黑洞外的世界,只不过黑洞黑外被一个伪视界分开。第二个视频来自VSause的分钟物理,大致认为,落入黑洞的人看到的外面的视界会越来越小直到消失,眼前的黑洞洞越来越大直到什么都看不见。 其中第四个视频号称是真实场景的模拟,不仅仅是艺术家眼中的印象。1. 2. 3.
进入雷斯勒-诺德斯特洛姆黑洞,该黑洞视界内有个虫洞,将旅人送到宇宙的其他地方。4. 落入一个真实的黑洞。5. PBS 2006: 星河中的怪兽 6. 关于引潮力(tidal force)引潮力(显然是一个三维张量)与曲率张量有关,,这里是黎曼张量,是速度。黎曼张量大致正比于黑洞的密度。黑洞的半径(视界),正比于质量,而密度,因此黑洞的密度反比与黑洞质量的两次方。就是说,黑洞越大,其密度越小,其引潮力也会越小(除非在奇点附近,这些关系不再成立)。恒星级别的黑洞(质量为几个到几十个太阳质量)是相当致密的,人在其附近很容易被撕成面条——如果不被其他高能辐射杀灭的话。一般认为在星系的中心,存在着巨大质量的超级黑洞(质量在几百万到几百亿太阳质量),其密度是很小的,甚至可能远小于气体密度。其引潮力也是比较弱的。如果要跳黑洞,应该选择这样的黑洞跳。当然,即使这种黑洞,在靠近奇点的地方引潮力也会变得十分巨大,人会被拉成面条。 不过假如黑洞不存在奇点,而是一个可以允许时空穿梭的虫洞,那就爽了。。。不过这些还都是科幻,总起来说跳黑洞生还的可能性极低。全息原理、额外维度、量子引力超对称弦和 AdS/CFT不了解。THORNE “The thing I most wanted was that the film have real science embedded in it—a range of science, from well-established truths to speculative science.” —Kip Thorne译:“我最希望的事情是这个电影能够嵌入真正的科学 —— 从牢固建立的事实到科学假说”图: Thorne 和 洁西卡姐姐(饰墨菲·库珀)图: Thorne 和 洁西卡姐姐(饰墨菲·库珀)Throne组发了不少文章,题目都是关于弯曲空间的可视化,感兴趣的同学可以读读。Robert Owen, Jeandrew Brink, Yanbei Chen, Jeffrey D. Kaplan, Geoffrey Lovelace, Keith D. Matthews, David A. Nichols, Mark A. Scheel, Fan Zhang, Aaron Zimmerman, and Kip S. ThornePhys. Rev. Lett. 106, 151101 – Published 10 April 2011David A. Nichols, Robert Owen, Fan Zhang, Aaron Zimmerman, Jeandrew Brink, Yanbei Chen, Jeffrey D. Kaplan, Geoffrey Lovelace, Keith D. Matthews, Mark A. Scheel, and Kip S. ThornePhys. Rev. D 84, 124014 – Published 5 December 2011Fan Zhang, Aaron Zimmerman, David A. Nichols, Yanbei Chen, Geoffrey Lovelace, Keith D. Matthews, Robert Owen, and Kip S. ThornePhys. Rev. D 86, 084049 – Published 25 October 2012David A. Nichols, Aaron Zimmerman, Yanbei Chen, Geoffrey Lovelace, Keith D. Matthews, Robert Owen, Fan Zhang, and Kip S. ThornePhys. Rev. D 86, 104028 – Published 11 November 2012 (WIRED 采访THORNE 和 NOLAN)总结,首先取决与模型和设定,因为我们对黑洞及黑洞附近的物理尚不完全清楚;在比较简单的模型和假设下,落入黑洞的所见大致是可以计算的,诺兰他们的工作大致是这一类。具体感兴趣的话可以读读Thorne组的文章。番外篇:图十一:Futurama 中的黑洞图十一:Futurama 中的黑洞什么叫“艺术家印象” 呢? 参看如下示例图:艺术家眼中的耶稣与其门徒艺术家眼中的耶稣与其门徒--瓜子和蜜饯 (持续更新中):光迹:光在引力场(弯曲时空)中的运动方程
满足: 和,其中, 为某一参数,可以最后在坐标中将其消掉得到; 叫做度规张量,这是描述引力场的基本量。电影中所遇到的黑洞是所谓的Kerr黑洞,带有自旋,其度规为:,,, ,,其余分量为零。对于更现实的引力场度规,可以在其附近做近似得到。;希腊字母 等为时空坐标,在笛卡尔坐标下取;在球坐标下取;重复的上下指标表示求和。 这是个关于的二阶非线性偏微方程、关于的一阶非线性微分方程。第二个条件进一步限制了解的形状。可以通过数值积分解出来。不过,用它做光线追踪(Ray-Tracing)显然比起经典光线追踪来要添了极大的计算量。目前Kerr黑洞最好的并行光线追踪代码可能是GeoKerr()、 Ray()、和其GPU加速代码 GRay(
)。Intersteller 使用的代码叫做 Double Negative Gravitational Renderer,跟以上代码比使用了光束而非光线追踪,这样可以产生平滑的效果。成像:像的形状是由同时到达的光线的光强的二维角分布决定的。由两部分信息决定:光源和光线的传播。为了联系光源和像,我们可以逆向追踪光线,然后根据光源的信息来决定光强。首先来看牛顿引力下的引力透镜成像。如果光源与观察者的距离比其尺度远大,光源的纵向分布可以忽略,光源上不同点之间的发光时间差也可以忽略,从而可以用一个二维角矢量来描述:。那么,忽略光在传播过程中的改变, 只要光从传播到。这正是光线追踪可以提供的信息。在弱引力情况下,光迹实际上可以通过一阶近似直接给出解析表达式。为了方便,定义两个偏折角, 和。引力透镜成像成立的条件是透镜天体的纵向分布尺度远小于纵向距离(薄透镜极限)。在这种情况下,光的偏折角可以用经典偏折公式:,注意,不同的像可能对应相同的点源,也就是说,引力透镜效应有可能会产生多个像。参看:doi:10.-64-8 在此基础上,可以考虑一般成像。对于一般成像,首先要选择一个二维像平面
和一个2+1维平面 作为光源的世界管。上面提到过,只有同时进入观察者眼的光才会成像,用GR的语言说,仅需要考虑观察者过去光锥(past light-cone)上的光迹(参看下图,盗自:Frittellia 等,PRD 63, 023007, (2000))。因此像平面上的每一个点对应观察者过去光锥上的一条光迹或类光测地线,因此上每一个点表示一个立体视角。
《星际穿越》的的制片人之一是Kip Thorne,此人是史蒂芬·霍金的朋友和同事, 天体物理和相对论领域领军人物之一,研究黑洞几十年,《星际穿越》的导演诺兰花了很长时间跟他讨教。另外探索频道最近播了一部纪录片《The Science of Interstellar》,里面阐述了很多关于《星际穿越》涉及的科学问题,采访了不少科学家,可以找来看看。----------------------------------------------------11/15 update:该纪录片在线观看(暂无字幕):
PS:该纪录片由《星际穿越》男主角Matthew McConaughey献声解说。下图为该片截图,左边是《星际穿越》的特效总监,右边是 Kip Thorne
请看视频。
Bite My Shiny Metal Ass!霍金发布新理论:人类掉进黑洞可逃至另一宇宙|事件视界|宇宙_凤凰文化
霍金发布新理论:人类掉进黑洞可逃至另一宇宙
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众所周知,引力场强大是黑洞最重要的特质,一旦遇上黑洞,任何物质和辐射都无法逃逸,就连传播速度最快的光(电磁波)也逃不出来。
众所周知,引力场强大是黑洞最重要的特质,一旦遇上黑洞,任何物质和辐射都无法逃逸,就连传播速度最快的光(电磁波)也逃不出来。不过8月25日,著名物理学家史蒂芬&霍金在瑞典首都斯德哥尔摩发布有关黑洞的新理论&&信息可以通过黑洞放出的辐射粒子进行逃逸,甚至人类也能逃脱。 当天,霍金在斯德哥尔摩皇家理工学院出席一场学术会议,并围绕&黑洞信息悖论&发表演说。根据黑洞信息悖论,黑洞形成后开始向外辐射能量,但这种辐射并不包含黑洞内部物质的信息,最终黑洞将因为质量丧失殆尽而消失,而那些黑洞内部的信息也就不知去向。但量子物理学认为,类似黑洞这样质量巨大物体的信息是不可能完全丧失的。这成为科学家们数十年来潜心研究、希望破解的一个难题。 在演说中,霍金解释了他的新理论:&我认为信息并不像人们预想的一样储存在黑洞内部,而是在事件视界。&所谓事件视界,也就是黑洞最外层的边界,经过事件视界的所有物质都会被吸入黑洞。 按照霍金的设想,进入黑洞的粒子将其信息痕迹遗留在事件视界上,当粒子从黑洞辐射出来时,它们带走了事件视界上的部分信息并将其保存。&但这些信息以一种混乱无用的形式回到宇宙,没有了任何实用价值。&为了让听众听得更明白,他还打了一个比方:&这就好比是烧掉一本百科全书后,如果把纸灰完整地留存下来,严格来说没有失去任何信息,但是想要查询具体的条目就会变得非常困难。& 霍金还由此进行大胆假设,宣称如若人类掉入黑洞可能也不会消失。他说,不幸的太空旅行者不会被困在黑洞里,而是可以逃逸,但他们将无法回到原来的宇宙,而是会逃往另一个宇宙。&这是有可能的,不过黑洞必须足够大。如果黑洞在旋转,可能会生成通往另一个宇宙的通道。所以,如果你感觉你掉进了黑洞,不要放弃,还是有办法出去的。&据《中国日报》
[责任编辑:杜鑫茂]
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掉进黑洞会发生什么?你死了但同时还活着!【转载】
掉进黑洞会发生什么?你死了但同时还活着
你有没有偶尔出现过这样的念头:如果你掉进一个黑洞会发生什么?
你可能会认为自己大概会被压碎,或者撕成碎片。但现实可能比你设想的更加诡异。在你落入黑洞的一瞬间,现实将会被一分为二。在其中一种场景中,你将瞬间化为灰烬,而在另一种场景下,你几乎毫发无损,并且这两种情形可能都是真实的。
黑洞是什么?
黑洞是一类诡异之地,在这里我们所熟知的物理定律不再有效。爱因斯坦指出,黑洞的引力会弯曲时空,造成时空本身发生扭曲。因此如果有一个密度足够高的物体,时空将发生严重扭曲,以至于在这个物体周围的现实时空之中形成一个类似凹陷的区域,这就是黑洞。当一颗大质量恒星耗尽其燃料之后发生爆炸塌缩,这一过程将足以产生这样奇异的超级致密天体。当超大质量恒星的死亡核心在自身质量作用下不断收缩,它周围的时空随之扭曲。它的引力开始变得如此之强,以至于光线也无法逃离它的掌控:在这颗恒星原先所在的位置上,一个新的黑洞出现了。
黑洞最外层的是它的事件边界,也就是光线恰好开始无法逃离的引力范围边界。在这一区域之外,光线还可以逃离,而一旦越过这一边界,任何逃离的努力都将是徒劳的。事件边界蕴含着巨大的能量。此处的量子效应会产生强大的高温粒子流并向外辐射,这就是所谓的“霍金辐射”。这是以英国著名天体物理学家霍金教授的名字命名的,因为是他最先预言了这种辐射效应的存在。只要给予足够的时间,这种霍金辐射将最终耗尽黑洞的所有质量并导致黑洞的最终消亡。
随着你逐渐深入黑洞,时空变得更加扭曲,直到抵达黑洞的核心——在这里,时空的扭曲达到无限程度,这就是“奇点”。在这里空间和时间不再有意义,我们所熟知的,基于时间与空间概念的物理学定律也将全部失效。
大质量天体会导致时空的扭曲
在黑洞中,时空的扭曲程度到达极点
黑洞导致光线传播路径的极大扭曲,形成类似“透镜”的效果
半人马射电源A(Centaurus
A)可能是一个位于我们银河系中央的大型黑洞
那么在这里究竟将发生什么?另一个宇宙?混沌?或是通往小时候书架的后面?没有人知道答案。
落入黑洞时会发生什么——你死了,但同时你活着
那么如果有一天你真的不幸落入其中一个黑洞之中,将会发生什么?首先我们假想你拥有一个名叫“安妮”(Anne)的同伴。你正朝着黑洞落去,而她仍然处于安全的距离外惊恐万分地观察着眼前的景象。从此刻开始,她将目睹一系列奇异现象。
随着你朝着黑洞的事件边界不断加速下落。安妮将会看到你的身体逐渐被拉长并扭曲,就像透过一个放大镜观察你的感觉。并且随着你越来越接近事件边界,安妮会发现你的移动速度似乎变得越来越慢,就像在看慢动作镜头。
你没有办法向她呼喊,因为空间里没有空气,但你想到用自己的iphone手机,利用闪光的方式向安妮发送一段摩尔斯电码(真的有一个这样的app)。然而你发出的信号向外传递的速度同样非常缓慢,光线的波长已经在强大的引力场中被严重拉伸,频率变得很低:“我很好。。。我
& 很 & 好。。。
&我。。。。。。。很。。。。。。。好。。。”
当你最终抵达事件边界,安妮会发现你静止了,仿佛某人按下了暂停按钮。她会看到你还在那里,一动不动,拉伸的身体开始被烈焰吞噬。
在安妮看来,你已经因为空间的拉伸,时间的静止和霍金辐射产生的高热,在甚至还未跨越事件边界的时候已经化为灰烬了。
然而,在我们为你准备葬礼之前,先让我们忘掉安妮的报告,转而从你自己的视角来看一看这段时间里你究竟经历了什么?好吧,现在更加诡异的事情出现了:你觉得什么事都没有发生。
在你的下落过程中,你将感受不到拉伸,减速或是可怕的辐射。这是因为你正处于自由落体状态下,因此你感受不到重力的存在——爱因斯坦将这称之为自己“最令人愉悦的想法”。
毕竟,事件边界并不是一堵砖墙,而只是一种空间上的无形边界。一名位于外部的观测者无法目睹这一边界内部的事件,但这对于你而言不是问题——对你而言,这里并不存在什么边界。
当然,如果你正落入的是一个较小型的黑洞,那么你的确会有大问题。你将感受到强大的引力作用:你的腿部感受到的引力要比头部强大的多,你将会像一根意大利面条那样被拉长。但幸运的是你现在落入的是一个大型黑洞,其质量是太阳的数百万倍,在这种情况下,那种会将人撕碎的引力差将变得非常小,几乎可以忽略。
理论上说,在一个足够大的黑洞中你可以“正常”地度过余生,直到最终落到黑洞中央的奇点上迎来死亡。
“正常”——有多正常?你可能会有这样的疑问,因为此时的你正坠入时空连续体中的裂隙,完全不以自己的意志为转移,没有办法回头——一定没有人能够体会你的感受。
但奇怪的是,实际上从某种角度来看,我们是能够体会你的感受的——不是从空间上,而是从时间上——时间之河永恒地向前流淌,不以我们的意志为转移,我们只能随着时间向前走,没有办法回头。
这并不仅仅是一个比方。黑洞将空间和时间扭曲到了一个极端的程度,以至于在黑洞内部,时间和空间已经互换了角色。从某种意义上说,是时间将你推向最后的奇点。你无法回头逃离黑洞,一如我们无法回头,回到过去。
量子物理学指出,黑洞的边界可能存在一堵“火墙”
黑洞的事件边界并不是一堵现实存在的墙
“黑洞信息悖论”
到了这一步,你大概会想:等一下,那个安妮到底是怎么回事?明明我什么都没发生,周围什么都没有,只有空旷的空间,为什么她一口咬定亲眼看到我在事件边界外就已经被烧成灰了?难道她产生幻觉了吗?
事实是,安妮并没有产生幻觉。从她的视角看,你的确是在事件边界附近就被烧成灰烬了。这不是幻觉。如果可以的话,她甚至还可以收集你的骨灰并带回地球给你的家人安葬。
实际上,自然界的定律要求从安妮的视角观察,你必须永远都无法进入到黑洞的内部。这是因为量子物理学原理要求信息不可丢失——任何描述你的存在的信息必须留在黑洞外部,否则安妮所在空间的物理学定律将会崩溃。
而在另一方面,物理学定律也要求你必须能够穿越事件边界,而不会遭遇到超热粒子流或其他任何异常的东西。否则你将违背爱因斯坦的那个“最令人愉悦的想法”和广义相对论原理。
因此,简单来说,物理学定律要求你同时存在两种状态——在黑洞外成为一堆灰烬,以及在黑洞内,完好地活着。然而还有第三项物理学定律,它指出信息是不允许被克隆的——你必须同时存在于两个地点,但同时你只能有一个。
不知怎的,物理学定律将我们带向了一个似乎违背常识的结论。物理学家们将这一矛盾性结论称为“黑洞信息悖论”(Black Hole
Information Paradox)。幸运的是,在1990年代,他们终于找到了一种调和这对矛盾的方法。
&& 物理学家莱纳德·苏斯坎德(Leonard
Susskind)意识到这一悖论实际上并不存在,因为并没有人能够看到另一个你。安妮只能看到已经化为灰烬的你,而你只能看到活着的你自己。你和安妮之间永远无法将这两个
“你”进行对比,并且也不存在第三名观察者能够同时看到黑洞内部和外部的情况。因此在这样的情况下,物理定律将不会被突破。
除非你非要深究,这两个你究竟哪一个才是真的你。你想知道:我究竟是活着还是死了?
&&&黑洞的研究所揭示的一项重要事实便是:根本就没有现实。所谓现实仅仅取决于你所询问的对象是谁。在这个故事中有对于安妮而言的现实,也有对于你而言的现实。大概就是这样。
从事件边界喷涌而出的“霍金辐射”
黑洞——一旦你落入其中,永远不可能再出来
“鬼魅般的远距作用”
在2012年的夏天,一个物理学家小组(包括4名成员:Ahmed Almheiri,Donald Marolf,Joe
Polchinski 以及James
Sully,简称AMPS)设计出一项思想实验,它可能将会彻底颠覆我们对黑洞的认识。
AMPS小组意识到,苏斯坎德的解决方案完全基于一个前提,那就是黑洞的事件边界将可以调和你和安妮所见的不同事实。你安全的漂浮在空间里,而安妮看到你化为了一团灰烬,这不要紧,因为安妮看不到位于事件边界另一侧的那个你。但是,假如安妮找到了一种方法,可以在并不需要亲自穿越事件边界而得知这一边界另一侧情况的方法,那将会怎样?
简单的应用相对论,那么这个问题将不能成立,但量子物理学原理让这个问题变得比我们设想的更加复杂。安妮或许可以窥见事件边界后的一丝隐情,她采用的方法就是被爱因斯坦称作“鬼魅般的远距作用”("spooky
action-at-a-distance")的一种现象。
这就是量子纠缠效应——两个粒子尽管在空间上分离,但却诡异地相互联系(“纠缠”)。它们同属于一个单一而不可分的整体,因此对其进行描述的信息无法在它们其中的任何一个粒子身上找到,而在于如鬼魅般将它们两者联系在一起的那种“纠缠”之中。
AMPS小组的思想实验正是基于此——设想安妮掌握有靠近事件边界的一组信息,称之为A。如果她的故事是正确的,你已经在黑洞边界附近化为灰烬,那么信息A必定与另外一组信息B之间存在纠缠,信息B应当与那团高温粒子流有关。
而在另一方面,如果你的故事是正确的,你在事件边界的另一侧安全地存活着。那么信息A则必须与另一个不同的信息C相互纠缠,这个信息C应当与黑洞内部的某种东西有关。
这里就出现了矛盾:每一组信息都只能被关联一次。也就是说信息A只能在B和C之间关联一次——要么与B纠缠,要么与C纠缠,不能两者同时。
因此安妮手里握有信息A,并将它放入她的手持式纠缠解译机,此时这台机器将会显示答案:要么B,要么C,而不会是两者同时显示。
如果显示的答案是C,那么你的故事胜出,但量子物理学原理将会崩溃。如果信息A与深入黑洞内部的信息C相互纠缠,那么对于安妮而言,她所掌握的信息A从此将永远消失,这就违背了量子物理学所规定的信息不可丢失的原则。
那么如果显示的结果是B呢?如果解译机器显示的答案是B,那么安妮的故事胜出,但爱因斯坦的广义相对论将会崩溃。如果信息A与信息B相互纠缠,那么安妮的故事就是真实的版本,也就是说你真的已经化为灰烬,而不是安然无恙地通过事件边界,就像广义相对论所要求的那样——你遭遇到一堵真实存在的“火墙”。
这样一来,我们就被迫回到我们最初开始的地方:当你坠向一个黑洞时究竟会发生什么?你会安然无恙地通过事件边界?还是会在下落过程中一头撞上“火墙”而化为灰烬?没有人知道答案,这已经成为基础物理学领域最持久的难题之一。
事实上,物理学家们已经花费超过100年时间试图调和广义相对论与量子原理之间的矛盾,他们知道最终这两者之间必定将会有一个做出让步。黑洞带给我们的这一悖论或许将帮助我们判断究竟哪一种理论将做出让步,并指引我们找出掌管宇宙运行的更深层次上的基本理论。
黑洞内部究竟是什么样的?没有人知道答案
“鬼魅般的远距作用”——量子纠缠效应——两个粒子尽管在空间上分离,但却诡异地相互联系(“纠缠”)
黑洞能从周围天体上吸取物质
其中的线索之一或许就在安妮的解译机器上。要想解译出与信息A纠缠的另一个信息是极其困难而复杂的。因此新泽西州普林斯顿大学的物理学家丹尼尔·哈罗(Daniel
Harlow)以及加州斯坦福大学的物理学家帕特里克·海登(Patrick
Hayden)想要知道这样的解译过程将需要花费多长时间才能完成。
在2013年,他们计算的结果发现,即便借助物理学原理极限所允许的最强大的计算机,安妮要想解译出所需的信息也将耗费极其漫长的时间。到她最终解译出结果时,那个黑洞早就已经完全蒸发,从宇宙中消失了。
如果这一结果是正确的,那么解译过程本身的极端复杂性将阻止安妮找出两个版本故事之间哪个是真实的努力。这样就只能假设这两个故事都是真实的,何为现实仅仅取决于不同的观测者,所有的物理学定律都将不会被违背——你已经死亡,化为了灰烬,但同时也安全地通过了事件边界,没有遭遇到可怕的“火墙”,安然无恙地活着。
这一结果也启发物理学家们去思考一些新的问题:那就是极端复杂的计算(如安妮所遭遇的那样)与时空之间的联系。这其中似乎隐藏着某种更加深层的秘密。
这就是有关黑洞的故事,并不仅仅关乎空间旅行者们的命运,它们也是理论物理学的天然实验室,将物理系定律中的一些极细微缺陷无限放大,到我们完全不能忽略它们的地步。
如果现实的真正本质仍然隐藏在某处,那么找出它们最好的地方就是黑洞。当然,在物理学家们真正有把握地搞清楚黑洞“火墙”的问题之前,我们最好还是站在事件边界的外部观察会比较好一点。或者我们就把安妮送进去,这次该轮到她上了。
(编译:晨风;via
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