黑洞生存指南 详情请欣赏黑洞信息发生了什么?

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宇宙空间中有成千上万的黑洞，近期的黑洞间距大家约 1500 亿光年，而在太阳系的管理中心，位于着一个被称作人马座 A*（Sagittarius A*）的超大型质量黑洞，间距大家大概 25000 亿光年。一般状况下，外太空旅者很有可能会试着在宁静的 G 型主序星（光谱仪特性为 G，发光度为 V 的主序星，质量约为 0.8 至 1.2 太阳光质量，表层有效温度为 5300 至 6000K）周边寻找家园，但一些充足英勇的星际帝国住户也许会探险前去黑洞周边，找寻理想化的避难所。在黑洞周边居住毫无疑问不易，但这也代表着你基本上毫无疑问会比别人更掌握时光的实质。

有兴趣吗？假如你要在黑洞周边安居，下列手册也许能给你给予参照。祝你开心！

有关黑洞的基础知识

在第一次到达黑洞周边时，你很可能会被它的极其“无趣”所震撼人心。黑洞自身便是一个悬在漫长宇宙空间中的灰黑色球形物，高深莫测，难以理解。他们就在那里，哪些都不做，借助本身的质量充分发挥着引力功效。实际上，黑洞是众所周知的非常容易被忽视，除非是他们积极吞食化学物质，或是恰巧遮挡了情况中的行星光源，不然你压根看不见他们。一旦明确黑洞所属的部位，你也就能够逐渐行動了。

黑洞的尺寸由其质量决策的。1915 年，法国科学家梅帝・史瓦西最先对于广义相对论的关键方程组 —— 牛顿场方程组 —— 计算出了有关球形化学物质遍布的解 —— 史瓦西度规，又被称为史瓦西解。那样的解又可被称作史瓦西黑洞，该星体的半经也以他的名字取名，即史瓦西半径。最少的黑洞，其史瓦西半径不容易超出一做中小城市的长短，而较大黑洞的史瓦西半径则能够包括全部太阳系行星。

史瓦西度规在物理上能够相匹配一切球对称性星体外界的时光几何图形，因而常见于类似转动迟缓（远小于光的速度）的星体的引力场，如行星、大行星等。针对黑洞，圆球自身就意味着了其事件视界。在事件视界内，引力会越来越出现异常强劲，以致于任何东西，包含光，都挣不脱。黑洞的引力会不断将时光拉向自身，这类抗拉力是这般之大，以致于在事件视界上，时光自身会以比光的速度迅速的速率被拉进来。此时此地，假如你要逃走得话，就务必抵抗时光的极流。自然，你不太可能保证这一点，最后依然会受困在里面。

但是，在古怪的事件视界以外，黑洞就看起来“一切正常”许多，很多物件都是会紧紧围绕其运行。引力便是引力罢了，太阳光对大家的引力彻底在于太阳光的质量，黑洞也是这般。假如用一个质量与太阳光非常的黑洞来替代太阳光，那太阳系行星的大行星运作路轨将彻底不会受到影响（自然，地球上全部的动物与植物都是会死了，但那就是另一个难题了）。

只需离黑洞充足远，你也就不容易觉得有哪些出现异常。假如想要，你能始终维持在一个围绕黑洞的平稳路轨上。那麼，针对一切想定居在黑洞附近人而言，到底间距有多远才算“充足远”？我们可以测算出这一间距，即说白了的“最里层平稳圆路轨”（innermost stable circular orbit，通称 ISCO）。针对一个简易的、不转动的黑洞，其 ISCO 是史瓦西半径的三倍。在这个间距之内，紧紧围绕黑洞运作的平稳环形路轨是不太可能存有的，你要不被抛入外界室内空间，要不坠落事件视界以内。

针对更实际的转动黑洞，ISCO 就难以测算，由于这在于黑洞转动的速率，及其你所处的路轨是伴随着黑洞转动（顺行），或是置于死地而后生（逆向行驶）。但是，一般来说，只需间距黑洞超过 10 倍的史瓦西半径，就没有什么难题。

无上光荣归属于引力

虽然黑洞自身看上去很无聊，但他们周边的一切却并非这般，由于黑洞只做一件事：吸引住周边的化学物质。

不管黑洞的尺寸怎样，紧紧围绕其开展路轨健身运动的弥漫化学物质都趋向于产生吸积盘；实际上，基本上全部大质量高密度星体（如中子星）都涉及到吸积盘。当汽体和浮尘进到黑洞周边时，角动量守恒将这种化学物质挤压成型成一个又薄又平的园盘。这类化学物质能够来源于任何地方：任意的星际帝国气体云、周边星体的空气，乃至是别的行星被撕破后的遗骸。不管来源于哪里，这种化学物质都是会被黑洞的引力撕破，残片会顺着一条向内螺旋式的的途径，即“拉申线”（tendex line），进到事件视界伸开的张大嘴。

黑洞周边环境的主题活动强烈水平在于黑洞自身的质量。到迄今为止，最普遍的黑洞种类相对性较小，仅有好几倍的太阳光质量。假如一个这般经营规模的黑洞正好有一颗伴星紧紧围绕其运作，当这颗伴星离得太近时，黑洞便会抽走它的地球大气层。汽体在贴近相对性较小的黑洞时，务必缩小才可以进到，就仿佛有过多的人要与此同时挤入一部小电梯。当汽体被缩小时，其溫度持续上升，最后太热了充足传出 X 放射线。

天鹅座 X-1 黑洞造型艺术设计概念，已经吸入红星的化学物质

根据观察宇宙空间中 X 放射线源的观察，科学家发觉了天鹅座 X-1（Cygnus X-1），它是最开始被普遍认可为黑洞的备选星体，可能其质量为太阳光质量的 14.8 倍。因为其具备非常高的相对密度，促使黑洞变成 唯一有效的表述；若是如此，它的事件视界半经约为 26 千米。

质量较大的一类黑洞被称作超大型质量黑洞，称得上宇宙空间中的“妖怪”，其经营规模经常超出数千万乃至数十亿倍太阳光质量。吸积全过程的物理学功效也一样存有于超大型质量黑洞周边，只不过按占比适度地变大。在这种黑洞周边，吸积盘的溫度能够做到 100 万开尔文。在那样的溫度下，吸积盘所传出的辐射源足够让数百万个星球加起來都黯然无光。

针对一切潜在性的访问者来讲，这种吸积盘既是詛咒也是祝愿。假如你要在一个黑洞周边创建自身的基地，你也就务必采用吸积盘的动能；由于假如这一园盘不会有得话，黑洞自身并不会给予一切方式的光。自然，黑洞周边拥有 强劲到足够撕破行星的引力，吸积盘内的静电场和电磁场也类似是全部宇宙空间中最強的，因而如果你准备在这类炼狱一样的自然环境中存活时，会发觉可以用的电力能源出现异常充裕，足够供几辈人应用。

殊不知，即便是沒有吸积盘的黑洞也可以给你给予动能来源于。这一全过程被称作彭罗斯体制（Penrose mechanism），又被称为彭罗斯全过程，是由诺奖获得者、科学家萨波・彭罗斯逻辑推理出的一个全过程。虽然该全过程只适用转动的黑洞，但问题不大。黑洞一般是在大质量行星身亡时产生的，而行星一直在转动，抛体运动会迁移给黑洞。因而，宇宙空间中并不缺乏转动的黑洞。

彭罗斯体制运用了转动黑洞的一个独特地区：能层。转动物件拖动着周边的时光，全部物件都是会这般，由于它是引力的一切正常功效。能层坐落于黑洞的事件视界以外，样子呈扁圆球，是一个持续挪动的时光地区，被黑洞顺着本身旋转的方位拖动着。

彭罗斯发觉，假如把一个物件丢入能层，使其瓦解，就可以获取黑洞的动能。在物件瓦解以后，有的残片会掉进事件视界，此后消退看不到；另一些残片则依然能够肇事逃逸出来，摆脱能层。肇事逃逸出去的一部分会从转动的时上空得到 推动力，进而将转动黑洞的能量转移出去。在根据彭罗斯体制汲取动能的全过程中，黑洞的转动会越来越愈来愈慢。自然，你不能始终那么做（最后会使黑洞终止转动），但由于黑洞在彭罗斯全过程里能将化学物质喷涌到数十万亿光年远的地区，能够不必担心电力能源匮乏的难题。

假如来源于吸积盘或彭罗斯体制的动能不足，你要能够运用黑洞的另一个特点：极端化的引力。当光掉入黑洞时，其动能会在贴近事件视界时升高，如同一个球从山顶滚下来时逐渐加快一样。假如你能在事件视界上边停留得话，你也就将淋浴在较高能辐射源中。

一颗行星已经被超大型质量黑洞的强劲引力所毁坏（想像图）

日常生活在黑洞边沿

殊不知，事件视界上边不太可能有平稳的路轨供你停留，因而这类方式有优势，也是有缺陷。你很有可能会采用现代物理学中一些最神密难题的解，但也很有可能遭遇身亡。

和以往一样，难题的重点在于引力。黑洞周边的引力自然环境与行星或大行星周边的引力自然环境并沒有很大的不一样。质量便是质量，引力便是引力。黑洞往往这般古怪，缘故就取决于其质量的遍布；或是更准确地说，取决于其质量的“不遍布”。依据牛顿的广义相对论，大家最先明确了黑洞的存有，并且最开始产生黑洞的一切“原材料”，及其黑洞自问世以后消化吸收的一切化学物质，都集中化到黑洞管理中心的一个很小地区，一个 0 维的几何图形点，即奇异点（singularity）。

依据广义相对论，奇异点具备无尽的相对密度。这显而易见是不正确的，但大家临时放着。在极端化的浓缩质量下，引力效用会越来越超乎想象。以潮汐力为例子。月球对地球上的引力造成了潮汐力：离月球较近的深海遭受附加的抗拉力，将其往上拉，而离月球很远的深海遭受的抗拉力比平均小，最后造成地球上的深海会伴随着月球而波动。

黑洞也可以增加潮汐力，这也是他们可以撕破离得太近的行星的缘故。假如你掉进一个行星质量的黑洞，潮汐力乃至会在你抵达事件视界以前将你掰成残片。殊不知，针对超大型质量黑洞，你一直在贴近事件视界时事实上很有可能留意不上潮汐力：无穷相对密度的奇异点离事件视界充足远，其潮汐力能够忽略。

依据广义相对论，事件视界并没什么独到之处。沒有界限，沒有标示，都没有闪亮。假如你日常生活在那里，会发觉食材尝起来和平常没有什么两种；唯有你尝试选择离开时，你才会意识到自身掉进了一个黑洞，早已被始终困在那边。

殊不知，有关事件视界，除开从广义相对论初中到的物品之外，也有大量的难题必须 处理。而在我们用物理学的专用工具来科学研究事件视界的外部经济实质时，一切都无法控制了。

1979 年 10 月，史蒂芬・史蒂芬霍金在普林斯顿大学

史蒂芬・史蒂芬霍金在 20 新世纪 70 时代发觉，事件视界能够分离出来在宇宙空间的量子泡沫中自发性造成的颗粒对。这就造成黑洞并并不是“100% 的黑”，只是在迟缓地发送辐射源（每一年不上一个光量子），最后会彻底挥发掉。

这一了解激发了一个谬论。在史蒂芬霍金最开始的基础理论中，黑洞传出的辐射源是辐射热，只不过是任意的噪音。但另一方面，大家也从物理学中了解，信息不可以被拷贝或消毁 —— 大家总是能从信息的最后情况复建最初的状态，相反也是。因而，假如把一堆信息丢入一个黑洞，它所传出的辐射源将是彻底没有信息的，而黑洞会最后消退…… 这种信息发生什么事？

有关这一黑洞信息谬论，有学者明确提出了一个名叫“黑洞火雨”的理论。在这个高宽比推断性的理论中，事件视界远并不是另一个无趣的室内空间，只是一堵炙热的量子科技动能墙。这种动能能将掉进黑洞的任何东西撕破，并在烧制残片的与此同时将其信息內容维持在事件视界上。霍金辐射仍再次开展，只不过以一种改动后的方式，渐渐地带去全部这种信息。

大家不清楚黑洞火雨是不是存有。假如它的确存有于事件视界中，那外部的宇宙空间就没法观察到它。或许观查这道火雨的唯一方式便是探险穿越到事件视界的另一边。

超过事件视界

黑洞的事件视界是宇宙空间中一个很实际的事例，意味着了已经知道物理的无效之处 —— 大家仅仅沒有充足的多元性来了解事件视界内究竟 发生什么事。但是，假如你的人体能挺过这一关，黑洞內部将有大量的探险和疑团我在等待。

黑洞內部的室内空间与外界的室内空间沒有一切不一样。假如你进到黑洞以前在随意降落，这时会仍然随意降落；假如你掉入以前刚吃完一口三明治，那这时的你口中仍在咬合着。但因为极端化的吸引力，你的将来在进到黑洞的时候会遭受大量的限定。

简单点来说：条条大路通奇点。如今，黑洞的奇点就存有于你全部很有可能的将来。不管你怎样挪动或拐弯，奇点一直会发生在你眼前，并且一直在越来越更高。

自然，奇点自身依然是一个无限小的点，但因为极端化的潮汐力，你对周边全球的认知是明显歪曲的。落在你身边的光源会被转化成围在腹部的一条系带；在你眼前，奇点变长，变为一个灰黑色的全球，最后会变成 一个没什么特点的灰黑色平原区。

在遇到奇点以前，潮汐力会将你催毁，而且会在很短期内内进行这一全过程。你的确能够在一个极大的黑洞中存活，但只有保持一小一段时间。抵达奇点的時间在于黑洞的品质：针对行星品质的黑洞，这段时间仅有几分秒；针对超大型品质黑洞，你则有几秒的時间来解开宇宙空间深刻的秘密（并思索自身的运势）。

实际上，你没有一切挑选。不管你干什么，你都是会抵达奇点。在黑洞以外，你能彻底随意地探寻室内空间中的一切方位，但没法防止向自身的将来前行。在黑洞內部，每一个很有可能的健身运动都是会将你引到奇点。你终究会在所难免地进到事件视界，也将难以避免地到达奇点。

不管黑洞的尺寸怎样，在抵达奇点前大概十分之一秒，潮汐力将强劲到足够碾过别的一切已经知道的力。在抵达无穷小的点以前，你能被催毁，最后原子化。

对于奇点自身，这也是一个已经知道物理学无效的地区。我们知道，发生在广义相对论方程组中的无穷是一个数据信号，说明大家必须 一个详细的吸引力量子理论，来适当地叙述黑洞管理中心产生的事儿。但现阶段欠缺那样的基础理论，因而我们不能明确发生什么事。

针对黑洞的深处，科学家们的各种各样猜想五花八门。假如你确实置身在其中，你将面对人们孰知最神密的物理难题的回答。但缺憾的是，你没法将你所亲眼看到的一切告知所有人。