鹿先生導(dǎo)讀：黑洞里面是什么？假如掉進(jìn)去會(huì)看到什么可從本文找到相關(guān)百科知識(shí)信息，詳情如下：

黑洞是宇宙中最為令人困惑的天體，它的質(zhì)量、密度、引力是如此之強(qiáng)，甚至連光線都無(wú)法從它旁邊逃脫。那么黑洞里面究竟是什么呢?會(huì)不會(huì)是另一個(gè)宇宙?它到底是不是穿越時(shí)間、空間的一扇大門(mén)呢?也許在未來(lái)的某一天我們會(huì)得到答案，但如今的科技是無(wú)法解答的，有的只是科學(xué)理論。

黑洞里是什么?物體掉進(jìn)黑洞會(huì)怎么樣?

人類(lèi)在宇宙中已經(jīng)辨識(shí)出了許多黑洞，既有恒星級(jí)黑洞，也有超大質(zhì)量黑洞。恒星級(jí)黑洞多位于我們銀河系內(nèi)，超大質(zhì)量黑洞多位于星系中心。超大質(zhì)量黑洞的質(zhì)量可以達(dá)到太陽(yáng)的幾百萬(wàn)甚至幾十億倍。

在銀河系中心，有許多恒星圍繞著一個(gè)質(zhì)量為太陽(yáng)四百萬(wàn)倍的不發(fā)光質(zhì)心運(yùn)行。這個(gè)質(zhì)心名為“人馬座A*”，通過(guò)對(duì)圍繞著它運(yùn)行的恒星進(jìn)行測(cè)量，我們可以確定它是一個(gè)無(wú)可爭(zhēng)辯的黑洞候選者。

銀河系中心超大質(zhì)量黑洞的所在位置。圖/錢(qián)德拉X射線天文臺(tái)

當(dāng)我們靠近黑洞的視界，就會(huì)發(fā)生許多違反直覺(jué)的事，而一旦跨越視界，事情會(huì)變得更糟。不管是什么類(lèi)型的黑洞，也不管飛船有多棒，一旦沖過(guò)那道看不見(jiàn)的屏障，就再也出不去了!

廣義相對(duì)論是一位看守黑洞的嚴(yán)厲女管家。感謝愛(ài)因斯坦，今年我們之所以要紀(jì)念廣義相對(duì)論發(fā)布100周年，部分原因就是它指出了黑洞及其質(zhì)量，是如何使時(shí)空發(fā)生彎曲的。

圖/SXS小組，Bohn等人，2015

當(dāng)我們離黑洞很遠(yuǎn)時(shí)，空間的彎曲程度很小。我們無(wú)法將它產(chǎn)生的引力和其他天體，如中子星或普通恒星，甚至是氣體云產(chǎn)生的引力相區(qū)別。時(shí)空雖然已被彎曲，但我們只知道那里存在著質(zhì)量，無(wú)法指出質(zhì)量的特性或分布情況。

然而在視覺(jué)上，我們卻可以有與眾不同感受。它不是中子星，不是恒星，也不是氣體云，而是一個(gè)不發(fā)光的全黑球體。

這個(gè)球體名為視界，并不是一個(gè)實(shí)在的東西。它是一個(gè)有一定體積的空間區(qū)域。如果我們靠近黑洞，就會(huì)發(fā)現(xiàn)它像是空間背景上的一個(gè)全黑的孔洞，孔洞周?chē)墓饩€則是被嚴(yán)重扭曲的。

圖/Ute Kraus，德國(guó)希爾德斯海姆大學(xué)Kraus物理學(xué)教學(xué)小組

一厘米大的黑洞質(zhì)量等于一個(gè)地球

一個(gè)質(zhì)量相當(dāng)于地球的黑洞視界半徑非常小，只有大約一厘米;如果黑洞的質(zhì)量相當(dāng)于太陽(yáng)，那么這個(gè)半徑大約接近三公里。銀河系中心超大質(zhì)量黑洞的體積相當(dāng)于一顆參宿四那樣的紅巨星。如果把它放在太陽(yáng)的位置上，那么其邊界可能會(huì)超越許多行星的軌道!

在距離很遠(yuǎn)的地方，黑洞的視覺(jué)特征沒(méi)有什么特別之處。但是如果我們駕駛著一艘堅(jiān)不可摧的飛船，攜帶著完美無(wú)缺的設(shè)備，逐漸靠近黑洞，那么情況就會(huì)變得越來(lái)越奇特。

在一般情況下，如果我們離物體越近，它看起來(lái)就會(huì)越大，并遵循一種簡(jiǎn)單明了的遞增方式。但黑洞并非完全如此。由于空間的極度彎曲，因此當(dāng)我們靠近黑洞時(shí)，它視覺(jué)體積的增長(zhǎng)會(huì)異常迅速。

圖/Andrew Hamilton

黑洞扭曲了它周?chē)臅r(shí)空

如果黑洞視界的大小相當(dāng)于滿月，那么它實(shí)際上看起來(lái)會(huì)比滿月大四倍!這是因?yàn)殡S著我們離黑洞越來(lái)越近，時(shí)空的彎曲程度會(huì)越來(lái)越高，周?chē)男枪鈺?huì)被嚴(yán)重扭曲，偏離黑洞所在的區(qū)域。

當(dāng)我們離黑洞只有幾個(gè)史瓦西半徑時(shí)，它會(huì)變得相當(dāng)巨大，幾乎能阻擋飛船前方的所有光線。而普通天體在這個(gè)距離上看起來(lái)可能只相當(dāng)于我們向前伸長(zhǎng)手臂后的拳頭。

離黑洞越來(lái)越近后，飛船前方將會(huì)逐漸陷入一片黑暗，即便是后方，也將開(kāi)始被黑暗籠罩。這同樣也是光線在極度彎曲的時(shí)空影響下產(chǎn)生的結(jié)果，就好像點(diǎn)電荷靠近導(dǎo)體球殼時(shí)所形成的電場(chǎng)場(chǎng)線一樣。

此刻我們還沒(méi)有跨越視界，回頭還來(lái)得及。引力傳感器會(huì)告訴我們，在指向黑暗中心的地方，有一個(gè)明確的下降梯度。但在相反的方向上，仍然能夠看到星光。

假如朝著視界繼續(xù)向前，那我們就會(huì)發(fā)現(xiàn)，身后的星光將匯聚成一個(gè)很小的光點(diǎn)。在跨越視界前的最后瞬間，光點(diǎn)會(huì)在引力藍(lán)移的作用下由紅變白，由白變藍(lán)。這是我們掉進(jìn)黑洞前對(duì)外部宇宙的最后一瞥，宇宙微波和射電背景在此刻轉(zhuǎn)化成了可見(jiàn)光。

然后就是漆黑一團(tuán)?？諢o(wú)一物。我們?cè)谝暯鐑?nèi)看不到任何來(lái)自外界的光線。

發(fā)生這種情形的前提是沒(méi)有其他物質(zhì)或光線一起掉進(jìn)去。下面這段視頻演示的是如果周?chē)墓饩€和我們一起進(jìn)入黑洞時(shí)情況又將如何?這種情形在現(xiàn)實(shí)中更有可能?？缭揭暯绲臅r(shí)刻大約是在視頻第37秒處。視頻由Andrew Hamilton提供。

一旦跨越視界，無(wú)論是否有別的什么和我們相伴，都會(huì)發(fā)生一些令人震驚的事件。引力傳感器會(huì)告訴我們，在所有的方向上都存在指向奇點(diǎn)的下降梯度，即便是在和奇點(diǎn)完全相反的方向上!

這是因?yàn)樵谝暯鐑?nèi)部，我們發(fā)出的任何光線都將墜向奇點(diǎn);我們已經(jīng)到達(dá)黑洞的咽喉處，一切都無(wú)處可逃。

以上發(fā)生的一切會(huì)持續(xù)多久?假如我們掉入的是一個(gè)質(zhì)量為太陽(yáng)四百萬(wàn)倍的超大質(zhì)量黑洞，那么雖然在外界的參考系內(nèi)，黑洞的直徑大約有一光時(shí)——但是我們抵達(dá)奇點(diǎn)的時(shí)間卻只需20秒。

生活在極度彎曲的空間里是一件多么痛苦的事情!

更為糟糕的是，根據(jù)某些假說(shuō)，無(wú)論我們?nèi)绾渭铀僭噲D離開(kāi)黑洞，都會(huì)以更快的速度接近奇點(diǎn)!要活得更久——其實(shí)并不久——最好的方法是不要想著逃跑!