成為意大利麪條人就能研究黑洞嗎_風聞
观察者网用户_244575-2021-02-08 09:19
作者：Leo Rodriguez
翻譯：張硯斌
校對：王婧彧 王茸 楊伯順 張宇辰
審閲：牧夫校對組
美編：崔鬱
後台：庫特莉亞夫卡 李子琦 徐⑨坤 胡永葳
原文鏈接：https://astronomy.com/news/2021/02/could-a-human-enter-a-black-hole-to-study-it
black hole
成為意大利麪條人就能研究黑洞嗎
2021.02.08
一個掉落進黑洞的人，當靠近黑洞邊界的時候，將會被拉長
Leo Rodriguez and Shanshan Rodriguez, CC BY-ND
“人類能進入黑洞去研究它嗎？”
Pulkeet, age 12, Bahadurgarh, Haryana, India
要解開黑洞的謎團，人類應該冒險進去研究。然而， 這裏存在一個相當複雜的問題，只有當這個黑洞是超大質量且孤立的，並且進入黑洞的人不指望向整個宇宙的任何人報告這些發現時，人類才能做到這一點。
我們都是研究黑洞的物理學家，儘管是從一個很安全的距離去研究它。黑洞是我們宇宙中最多的天體物理研究對象。從宇宙大爆炸直到今天，這些有趣的天體是宇宙進化發展的一種必要成分。它們可能對我們銀河系中人類生命的形成產生了影響。
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01
兩種類型的黑洞
整個宇宙就是由不同類型的黑洞組成的一個巨大的“黑洞”動物園。
就像電子或質子在原子中的存在一樣，這些黑洞的大小和帶電性各不相同。實際上有一些黑洞還是在旋轉的。與我們的討論相關的黑洞有兩種類型。第一個不旋轉，是電中性的-即不帶正電或負電-並且具有一個太陽的質量。第二種是超大質量黑洞，其質量是太陽質量的數百萬至數十億倍。
除了這兩種類型的黑洞之間的質量差異外，它們之間的區別還在於從中心到“事件視界（一種稱為徑向距離的度量）”的距離。黑洞的事件視界是事物無法返回的界限。任何超過這一點的東西都會被黑洞吞噬，並從我們已知的宇宙中永遠消失。
從黑洞的質量中心到無法克服黑洞引力的地方的距離叫做事件視界
Credit: Leo and Shanshan, CC BY-ND
在事件視界中，黑洞的引力是如此強大，以至於沒有任何機械力可以克服或抵消它。即使是光，我們宇宙中運動最快的東西，也無法逃逸，因此被稱為“黑洞”。
事件視界的徑向大小取決於各個黑洞的質量，這也是一個人跌入黑洞能否生存的關鍵。對於一個太陽質量的黑洞，事件視界的半徑將小於2英里。相比之下，我們銀河系中心的超大質量黑洞的質量約為400萬太陽質量，它的事件視界半徑為730萬英里或17個太陽半徑。
因此，落入恆星大小的黑洞的人會比通過超大質量的黑洞時更靠近黑洞中心，然後才越過事件視界。這意味着，由於距離黑洞中心十分近，黑洞作用在人的頭和腳趾上的引力的的差異將達到1萬億倍，並且這取決於人體的哪一端先和事件視界接觸。換句話説，如果此人先落下腳，則當他們接近恆星質量黑洞的事件視界時，與頭上受到的黑洞引力相比，其腳上的引力將成倍增大，該人將經歷意大利麪條化，並且很可能在被拉伸成細長的麪條狀後無法生存。
當人接近太陽大小的黑洞的事件視界時，人的頭和腳趾受到的拉力存在着巨大差異，這會使人伸展到很長的麪條，因此稱為“意大利麪條化”
Credit: Leo and Shanshan Rodriguez, CC BY-ND
現在，落入超大質量黑洞中的人到達事件視界的距離將遠離引力中心，這意味着頭部和腳趾之間的引力差幾乎為零。因此，這個人會安然無恙地穿過視界，不會被拉長成一條又長又細的麪條，會倖存下來，並無痛地漂浮在黑洞的視線之外。
一個落入超大質量黑洞的人將會倖存下來
Credit: Leo and Shanshan Rodriguez, CC BY-ND
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02
其他考慮
我們在宇宙中觀察到的大多數黑洞都被非常熱的物質盤所圍繞，這些物質主要由氣體和塵埃或其他因太靠近事件邊界而落入黑洞的物體（例如恆星和行星）組成。這些盤被稱為吸積盤，非常炙熱和不穩定。身處這樣的環境肯定不舒服，並且會使進入黑洞極為危險。為了安全進入一個黑洞，你需要找到一個完全隔離且不以周圍的物質，氣體甚至恆星為食的超大質量黑洞。現在，如果一個人發現了一個適合科學研究的孤立的超大質量黑洞並決定冒險，那麼黑洞內部觀察到或測量到的所有東西都將被限制在黑洞的事件範圍內。
請記住，任何事物都無法逃脱超出事件視界內的引力，墜落者將無法將其發現的任何信息發送到此範圍之外。他們的旅程和發現將永遠消失在外面的宇宙中。但是隻要他們能倖存下來，也許會享受這趟旅程。
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球狀星團M53中的藍離散星
影像來源及版權：ESA/Hubble，NASA