朗讀乘坐堅不可摧的宇宙飛船，進入黑洞會發現什麼？一個神奇的地方第乘坐堅不可摧的宇宙飛船，進入黑洞會發現什麼？一個神奇的地方

《乘坐堅不可摧的宇宙飛船，進入黑洞會發現什麼？一個神奇的地方》
村裡小哥哥66
「黑洞是時空曲率大到光都無法從其事件視界逃脫的天體」。——廣義相對論
黑洞是整個宇宙中最令人費解的物體之一，也是我們比較關注的一個奇異天體。它的密度如此之大，引力如此之強，以至於落入其中的任何東西，甚至光都無法逃脫。那麼如果我們決定從很遠的地方開始靠近黑洞，並越過視介面進入黑洞，這一路上我們會看到什麼？
一個距離我們十分遙遠的黑洞，並沒有什麼特殊之處
自從黑洞在理論上被提出以來，我們已經在宇宙中發現了許多物理黑洞，從質量較小的恆星黑洞到星系中心的超大質量黑洞，其質量也從太陽質量的數十倍到數百萬倍甚至數十億倍不等。在銀河系的中心，我們已經觀察到了大量的恆星圍繞著一個質量約為400萬個太陽質量的中心點在運動，而且這個中心點完全不發光。
這隻有一種解釋，這個中心質點就是一個黑洞。
銀河系中心的這個黑洞稱為人馬座A*，是一個確定的黑洞候選者，由於它的質量相對來說並不是很大（M87星系中心黑洞65億個太陽質量），因此它並不活躍，沒有發出可觀測的X射線或者物質噴流。我們僅可以通過測量圍繞它運行的恆星來推斷出它的存在以及質量。這也是為什麼我們公布的黑洞照片是距離我們5500萬光年的M87黑洞，而不是我們自己銀河系的黑洞。
當我們乘坐宇宙飛船接近黑洞的視介面時，會發生一些非常違反直覺的事情，而且一旦穿過視介面，將永遠無法逃離黑洞！即使我們有一艘能夠以任意大的速度向任何方向加速的宇宙飛船，也無濟於事。
原因與愛因斯坦最偉大的成就有關，廣義相對論告訴我們，質量/能量的存在會使時空發生彎曲，而黑洞的密度和質量可以使其附近的時空發生最強烈的扭曲。
但離黑洞越遠，空間結構就越平坦，也就是說黑洞雖然引力大，但作用範圍也是有限的。事實上，當我們離黑洞很遠的時候，它的引力和其他質量（中子星，普通恆星還是瀰漫的氣體雲）產生的引力並沒有什麼區別。
只有我們觀察引力源的時候，才會發現它並不像我們熟知的氣體雲，不像恆星，也像不中子星，而是一個完全黑色的球體，從中看不到任何光線，因此就有了「黑洞」這個綽號。
這個球形區域被稱為事件視界，它不是一個物理實體，而是一個有一定的大小的空間區域，沒有光可以從中逃逸。
當我們接近一個黑洞的時候，它看起來就像一個完全漆黑的空洞，在空間背景下，周圍環境的光線會被嚴重的扭曲。
對於質量相當於地球的黑洞來說，這個黑色的球體半徑很小，大約為1厘米，而對於質量相當於太陽的黑洞來說，這個球體的半徑將接近3公里。如果我們把黑洞的質量一直放大到超大質量黑洞，例如我們星系中心的那個黑洞，那麼它的大小將比木星到太陽軌道的距離還要大，或跟紅巨星參宿四的大小一樣！
這就是我們遠距離看黑洞時候的樣子，沒有什麼特殊的地方！
那麼當我們接近並最終進入一個黑洞時會發生什麼？
從很遠的地方看，我們所看到的黑洞幾何結構與計算相匹配。但是當我們乘坐裝備精良、堅不可摧的宇宙飛船旅行並開始接近黑洞時，會注意到一些奇怪的現象。根據我們常識，如果我們和一顆恆星之間的距離減半，那麼這顆恆星的角大小就會是原來的兩倍。如果距離縮短到四分之一，它看起來會是原來的四倍大。但是黑洞不是這樣的。
黑洞大小的增長速度比我們想像的要快得多，假如黑洞本身是滿月的大小，但因為空間曲率的影響我們看到的黑洞將是四倍於滿月的大小！
當我們靠近黑洞時，時空會彎曲的越來越嚴重，這時我們可以通過背景星光看到時空的曲率。
確切地說，黑洞的表觀面積增大的非常快，當我們離它只有大約10個史瓦西半徑時，黑洞的大小就已經發展到幾乎可以擋住宇宙飛船的整個前景視野。
如果我們繼續前進接近視界半徑的150%時，就會注意到飛船的前景視野完全變成黑色，一旦我們穿過這個點，即使是背對著黑洞的方向，也開始被黑暗籠罩。這也是由於來自不同光源的光線在這個高度彎曲的時空中的傳播方式發生了改變，這些光線已經不能沿直線傳播到達我們的眼睛了。例如，當我們把一個電荷放到一個導電球體附近時，下圖中的電場線看起來就像光線在黑洞周圍的傳播方式。
這個時候我們還沒有越過事件視界，仍然可以逃離黑洞。飛船上的重力傳感器可以告訴我們，在黑暗的中心有一個明顯的重力梯度，這時只要讓飛船掉頭向相反的方向提供足夠的加速度，就可以逃離黑洞的引力，回到安全，平坦的時空。
但如果一意孤行，繼續向視界下降，最終會看到星光在我們身後壓縮成一個小點，由於重力藍移，那個點會先變成紅色，白色，然後是藍色，這是因為宇宙微波和無線電背景會在引力的作用下轉移到光譜的可見部分，這是我們最後一次看到光線，也是最後一次看到外面的宇宙！
但外部的觀察者看來，在我們的宇宙飛船穿越視介面的那一刻，一切都好像靜止了，我們發出的光會紅移到光譜的紅端，我們會在視介面處緩慢的下降知道消失，但我們這時早已經進入了黑洞。
在越過視介面以後，沒有來自外部宇宙的光子會到達我們眼睛，剩下的只是黑暗，什麼都沒有。如果我們這時後悔了，覺得黑洞裡也沒什麼意思，決定出去！因為我們有堅不可摧的宇宙飛船，還有可以提供無限動力的引擎。你可能認為出去並不是難事。
首先我們要找到出去的方向才能加速，但是這時的重力傳感器會告訴我們在各個方向上都有一個重力梯度，甚至是你認為的與奇點相反的方向。也就是說在視介面內已經沒有方向可言，奇點好像無處不在。我們不管朝哪個方向走，都會靠近奇點。
那麼這個過程會持續多久？假如我們穿過位於銀河系中心400萬倍太陽質量的黑洞視界時，儘管這個黑洞的視界直徑為大約1光時，我們只需要大約20秒左右的時間就能到達奇點。
任何加速度，都會使我們以更快的速度接近奇點！因此生存時間最大化的方法就是不要試圖逃跑！聽天由命，因為奇點在各個方向上，不管我們朝哪裡看，都有一個向下的重力梯度。
這就是當我們落入黑洞時，所發生的事情！

《乘坐堅不可摧的宇宙飛船，進入黑洞會發現什麼？一個神奇的地方》完，請繼續朗讀精采文章。
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