如果我被吸进黑洞怎么办 - 葱头胖友圈

本文摘编自《人类知道的太多了》（经未读授权转载发布），章节标题：《如果我被吸进黑洞怎么办》，作者：[巴拿马] 豪尔赫·陈、 [美]丹尼尔·怀特森，翻译：邓舒夏、尔欣中、苟利军，出版社：海峡书局，头图来自：视觉中国

似乎很多人都心存这个问题。

这是一个常见难题，许多科学书都有提到，也是我们的听众、读者经常问的问题。但为什么呢？美国各家后院到处都会冒出黑洞吗？有人打算在其中一个黑洞附近野餐，并担心自己的孩子在无人看管的情况下到处跑来跑去吗？

大概不会吧。有可能的是，人们对坠入黑洞的兴趣与它真正发生的概率没有太大关系，更多地与对这些迷人天体最初的好奇心有关。我们现在明白：黑洞是神秘的。它们是奇异的空间区域，没有任何东西可以逃脱——这块时空结构中的空洞^[1]将与现实的其他部分完全分隔。

但是落入一个黑洞会是什么感觉呢？你一定会死吗？这和掉进一个普通的洞有什么不同？你会发现宇宙内部的深层秘密，还是会看到时间和空间在你眼前展开？你的眼睛（或大脑）在黑洞里还会工作吗？

只有一个办法可以找到答案，那就是投身其中。所以，拿起你的野餐毯子，和你的孩子们说再见（也许是永别），抓紧了，因为我们即将跳入后院的终极危机当中。

靠近黑洞

当你接近黑洞时，你注意到的第一件事可能就是，黑洞看起来确实……很像黑色的洞。它们的确是黑色的：黑洞不会发出任何光，任何碰到它们的光线都会被困在里面。所以当你看一个黑洞的时候，你的眼睛看不到任何光子，因此大脑将其解释为黑色。^[2]

它们也的确是洞。你可以把它们想象成球形的空间，任何进入其中的东西都会永远留在那里。让东西保持在黑洞里面的，是之前存在于黑洞中物质的引力：黑洞中的质量被压缩得非常致密，引力作用巨大。为什么？因为离有质量的物体越近，引力就越强，而质量被压缩意味着你能非常接近它。

通常情况下，质量很大的物体会弥散在一个很大的范围。以地球为例，地球的质量大约相当于一个直径半英寸（约1.27厘米，一个玻璃球大小）的黑洞。站在离地球中心一个地球半径的地方，和站在距离一个同等质量黑洞一个地球半径的地方，你会感觉到同样的引力。

但当你分别靠近这两个物体时，两种截然不同的状况发生了。当你接近地心时，你实际上开始感觉不到引力了，这是因为地球现在环绕着你，所以你在各个方向上都受到均等的拉力。但当你接近小黑洞时，你会感到巨大的引力，你会感觉到整个地球的质量，全部质量真切地向你接近。这就是黑洞：它有超致密的质量，这使它对周围的物体具有极强的作用。

极其致密的质量周围会产生极大引力，在一定距离内，空间会被扭曲得非常严重（请记住，引力不仅会拉动物体，还会扭曲空间），甚至连光都无法逃逸。光线不能再逃逸的点被称为“事件视界”，它（或多或少^[3]）定义了黑洞的大小，它是我们称为“黑洞”的黑色球形的半径。

黑洞的大小可以改变，这取决于你在里面挤压了多少质量。如果把地球压缩到足够小，你会得到一个玻璃球大小的黑洞，因为在距离中心大约1厘米的距离上，光线再也无法逃逸。但当你增加更多质量时，这个距离会更大。例如，如果你压缩太阳，空间的扭曲程度会更高，事件视界会出现在距中心更远的地方——3千米处，最终产生一个直径6千米的黑洞。质量越大，黑洞就越大。

实际上，黑洞的质量在理论上没有限制。我们在太空中探测到的最小黑洞直径大约有20千米，最大黑洞直径有数百亿千米。唯一的限制其实是黑洞周围有多少物质可以供形成黑洞，以及给黑洞多少形成的时间。

当你接近黑洞时，你注意到的第二件事可能是黑洞通常并不孤单。有时你会看到环绕在黑洞周围的东西掉入黑洞中。或者更准确地说，你会看到这些东西旋转着，等待掉进黑洞。

这种物质被称为“吸积盘”。它由气体、尘埃和其他物质组成，这些物质没有被直接吸入黑洞，而是在轨道上绕转，等待自己被螺旋吸入。对小黑洞来说，这看起来可能不那么壮观，但对超大质量黑洞来说，这应该令人惊叹。所有气体和尘埃以超高速旋转时所产生的巨大摩擦力可能非常强烈，导致物质被撕裂。这会释放出大量能量，创造出宇宙中一些最强大的光源。这些类星体有时可能比单个星系中所有恒星加起来还要亮数千倍。

幸运的是，并不是所有黑洞甚至超大质量黑洞都能形成类星体（或者耀变体，就此而言可以说是打了类固醇的类星体）。绝大部分时间，吸积盘没有足够物质或合适条件创造这样一种夸张场景。这是一件好事，因为离类星体太近会让你瞬间蒸发，你甚至都来不及瞥见黑洞。希望你选择掉入的黑洞周围的吸积盘友善而相对平静，这样你才有机会接近黑洞。

越来越近

当你确认你坠入的黑洞不是一个燃烧的气体和尘埃在其中旋转，喷发出的能量超过数十亿颗恒星的总和的马桶后，接下来你可能需要担心引力本身造成的死亡。

在听到“引力致死”这个词时，你通常会想到从高处坠落身亡，比如从建筑物或飞机上。但在这些情况下，引力不是罪魁祸首，杀死你的是着陆而不是坠落。然而，在黑洞附近的空间中，实际上杀死你的是坠落。

要知道，引力不仅吸引你，还会试图把你撕成碎片。请记住，引力的大小取决于到有质量物体的距离。当你站在地球上，你的脚比头更靠近地球，这意味着脚比头感觉到更大的引力。如果你拉橡皮筋的一端比拉另一端更用力，即使朝同一个方向拉这两端，橡皮筋也会被拉伸。这就是现在发生在你身上的事情：你身体上离地面更近的部分感觉到更大的引力，地球试图像拉橡皮筋一样拉伸你。^[4]

当然，你也可能感觉不到被拉伸，这是因为：（1）我们的身体是柔软的，但不是那么柔软（也就是说，我们只是被很好地结合在一起）；（2）你的头和脚之间的引力差不是那么大。地球上的引力很弱，这意味着你的头和脚感觉到的引力差不多。

但如果引力整体更强，那么你可能会有麻烦。假设你朝着一个质量非常大的物体自由落体运动，那么引力可能大到让你感觉头和脚之间的拉力不同。这有点像游乐场的滑梯：滑梯越高，向下的滑道就越陡。某种程度上，头、脚两端的引力差就足以真的将你撕裂。

这就是很多科学书籍都会告诉你的：不可能活着进入黑洞。书上通常会说，黑洞周围的引力实在太强了，你甚至在进去之前就会被“意大利面条化”（也就是被撕开）。但事实上，这不一定是真的！活着完全有可能进入黑洞。

原来，引力将你撕裂的点（我们称之为“意大利面条化的点”）和光线无法逃离黑洞（黑洞的边界）的点是不同的，黑洞的质量不同，它们的位置实际上相对不同。意大利面条化的点的变化与黑洞质量的立方根成正比，而黑洞的边界则随质量呈线性变化。

对小黑洞来说，这意味着意大利面条化的点大于事件视界，这个点位于黑洞边界之外。但对于较大的黑洞，意大利面条化的点比黑洞边界更小，位于黑洞内部。例如，一个质量相当于太阳100万倍的黑洞，其半径为300万千米，你到达距离它中心2.4万千米的深处时，引力才会将你撕开；相反，一个半径为30千米的小黑洞会在你距离它中心440千米时就将你撕开，此时你还没有到达黑洞边界。

小黑洞实际上比大黑洞更危险，这听起来可能有些奇怪，但这就是黑洞的数学原理。更大的黑洞覆盖了非常大的区域，它们的边界处不需要有太强的力量，就能把东西吸进去并留在里面。

抵达黑洞

好的，你已经成功选择了一个没有被疯狂派对包围的黑洞，并且它的质量足够大，你进入它之前并不会被撕裂，这意味着……你准备好进去了。但要当心，这也是事情开始变得棘手的时候。

当你靠近黑洞时，你会注意到两件有趣的事情。

第一件事，在事件视界半径3倍距离的地方，你会看到吸积盘到此为止，这使黑洞周围的区域基本上空空如也。这是因为，任何比这一点更近的物质都会很快掉进黑洞中。这是大多数物质无法逃脱的点，这意味着你现在注定要进入黑洞了。如果你对这整个掉入黑洞的主意突然有新的想法，你应该在开始阅读这一节之前就想到它们。

当你离黑洞这么近的时候，你注意到的第二件事，就是周围的空间会发生巨大的扭曲。你现在处在一个引力非常强大的点，引力甚至以非常明显的方式扭曲了光线移动的方式。光线像在透镜内部移动一样：黑洞周围的空间非常弯曲，光线不再像直线一样运动。

现在，我们来研究在深入黑洞的过程中，你将遇到的一些有趣事情。

黑洞的影子^[5]

在大约2.5 倍黑洞半径距离的地方，你将进入被称为黑洞“阴影”的区域。这是任何观察黑洞的人都会看到的真实黑圈。

黑洞投射的阴影比它们自身更大，因为黑洞不仅捕获事件视界内的光子，还会使在附近飞行的光子拐弯。在黑洞周围一定距离内，任何朝向你的光线都会落入引力势井（gravitational well），并最终进入黑洞内部，这意味着你不会看到这些光子。

当你朝黑洞移动时，这个阴影看起来更大。你再走近，黑洞会捕捉到更多本来应该传到你眼中的光线，这意味着黑洞将开始占据几乎整个视野。

顺便说一句，这就是你想让朋友给你拍照的地方，因为他们会看到你被纯黑包围的图像：你看起来就像是在黑洞里，但其实你还有很长的路要走。

无限光环^[6]

在大约1.5 倍黑洞半径距离的地方，你将到达另一个有趣的重要节点：在这个地方，光线将围绕黑洞进行完美的圆周运动。就像行星和卫星可以围绕质量更大的天体运动一样，光也可以围绕黑洞运行，不同寻常之处在于，光没有质量！这意味着，它的旋转完全由于空间的弯曲。轨道上的光子可能永远围绕黑洞旋转，但任何偏离都会导致它要么螺旋掉入黑洞，要么螺旋向外飞入太空。

在通往黑洞的路上，穿过此处会发生一件很有趣的事：因为光进行完美的圆周运动，所以你沿垂直于黑洞的任何方向看，都能看到自己的后脑勺。如果你曾经想知道自己的背影看起来是什么样子，就抓住这个机会。

像贝克汉姆一样踢弧线球^[7]

在小于1.5倍黑洞半径距离的地方，你已经抵达了连光都无法安全运行的点。你逃脱的机会正在减少，所有的迹象都指向你将进入黑洞，名副其实。

现在，你会感到黑洞的阴影包围着你，正在关闭你的宇宙视野。如果往后看，你会看到宇宙的图景不断变小。

这种宇宙视角的奇怪之处在于，它将包含整个宇宙，甚至黑洞背后的东西。在这个地方，空间过于弯曲，以至于来自宇宙四面八方的光线绕着你多次旋转，最后抵达你头部两侧和后脑勺。在这整个异乎寻常的、鱼眼式的宇宙图景中，你甚至会看到宇宙的多个副本在你视野边缘重复出现。

你越靠近黑洞的中心，这扇看往宇宙的窗口就变得越小，黑洞的景象将占据你视线所及的任何地方。

然后……你将跨过事件视界。

你的朋友会看到什么

此刻，有趣的是想想你的朋友会如何看待这一切。你知道的，尤其是那些认为跳进黑洞很疯狂，于是留下来没有出发的朋友。我们确信他们非常支持你，但是当你光荣一跳，进入这个未知区域时，他们看到了什么呢？

其实，他们从未看到此事发生。不是因为你的举动被黑洞的黑暗遮蔽，而是因为对他们来说，事情根本就没有发生过。

记住，引力不仅扭曲空间，还会扭曲时间。黑洞的引力极其强大，以一种非常极端的方式扭曲了时间。

很多人都知道，在速度非常快时，时间会变慢。例如，你登上一艘宇宙飞船，以接近光速的速度离开再回来，对你来说时间会变得更慢，你认识的每个人都会比你变老更多。不过，对时间产生影响的不仅有速度，靠近一个大质量的物体（如黑洞）也会产生这种影响。黑洞弯曲了空间，同时让时间变慢。

当你靠近黑洞附近，你的朋友会发现时间在你身上变慢了。对他们来说，你看起来像是在以极——其——慢的速度运动。他们会看到你离黑洞越来越近，但你的速度越来越慢。

你离黑洞越近，你的时间就走得越慢。在某一时刻，你的时间会慢到一定程度，使你在朋友们眼中看起来像是被冻结了。我们确信他们是很好的朋友，但他们最终可能会放弃你，然后度过自己的余生。他们有的最后一张你的照片将是模糊的红色，因为引力也会拉伸光子的波长，将其延展到红外波段。

事实上，对宇宙的其他部分而言，你掉入黑洞的时间不会很长。严格来讲，掉入黑洞永远不会发生。对于外部观察者而言，你的时间将会冻结，你的图像将扩散在黑洞表面，并被永远刻在那里。观察者需要无限长的时间看到你完全进入黑洞。恒星系统和星系会形成和消亡。几万亿年过去了，他们永远看不到你越过边界。

因此可以知道，如果你希望通过一个引人注目的举动给你的朋友留下深刻印象，跳进黑洞并不是明智的选择。

进入黑洞

当然，这只是你的朋友们看到的。对你来说，这仍然是一场疯狂的过山车之旅。

记住，时间对你来说仍然是正常的，所以从你的角度来看，进入黑洞的旅程还会以正常速度发生。你将进入黑洞。只是对外面的宇宙来说，它似乎从未发生过。

那么，当你最终跨过事件视界时会发生什么呢？物理学家认为，不会发生太多事情。

当你跨过最后的门槛时，你看到的外部宇宙会缩成一个越来越小的点，而你周围的一切都会完全变为黑暗。你能看到的唯一光源就是你身后的那个点，一个包含了整个宇宙的微小画面。所以这就是事实。本来根据理论，事件视界上没有任何东西，这里没有围墙、栅栏、力场或五彩纸屑，也不是配备银河系保安人员的大门。这里只是太空中你无法返回的地方。

你知道的，黑洞里面的空间弯曲得太厉害了，这使你没有出去的路。不管你走得多快，时空都是单向的。在黑洞之外，只有时间是单向的（向前）。但在事件视界之内，空间也是单向的（向内）。黑洞内部的每一条轨迹都指向更深的地方。

对你来说，这种变化是渐进的，并不是突然的。随着你越来越接近事件视界，你可能选择的路径也开始扭曲。能够离开黑洞的路径越来越少。事件视界就是将所有可能的路径指向内部的地方。

有一件事是明确的：你现在肯定被困住了。此时此刻，逃脱比什么都不做更糟糕。如果你挣扎并试图逃跑，你只会更快地掉向黑洞中心。

里面有什么？

那么，现在你已经在黑洞里面了，它是什么样子的呢？

其实没有人知道。事实上，我们可能永远不会知道了。

我们甚至不知道是否有可能在黑洞内思考。我们的身体需要血液、信息和离子向各个方向流动。如果你的神经细胞和血液只能流向黑洞的中心，你还能活着吗？更不用说意识了。

然而，更根本的是，我们并不知道事件视界之内的空间和时间是什么样子。我们知道可能发生什么。到目前为止，广义相对论正确解释了黑洞以外发生的一切（甚至预测了黑洞的存在）；但我们也知道，广义相对论并不是对宇宙运行方式最真实的描述。例如，我们知道广义相对论在最小的层次上^[8]就失效了，此时量子力学不能被忽视。那么，广义相对论有没有可能在黑洞内部也失效呢？非常肯定，但我们不确定它会错到什么程度，或者它是否只在黑洞中心出错。

如果广义相对论在黑洞内部还是基本正确，那么接下来发生的事情就不那么令人兴奋了。根据广义相对论，引力只会继续变得更强，你会越来越快地向黑洞中心移动。事实上，对于像银河系中心黑洞^[9]这样的黑洞：你大约会在20秒内掉到黑洞中心。当然，你永远也到不了中心，因为在某一时刻，你注定会抵达“意大利面条化”的点（还记得吗？），然后会被撕成碎片。

但是，如果广义相对论对事件视界内发生的事情的解释不正确，那么我们就可以自由推测可能发生的事情。当你进去的时候，可能会有一大堆有趣的东西等着你：

另一个宇宙。一些物理学家认为（甚至说很有可能）黑洞内部存在一个完全不同的宇宙。当你进入黑洞时，你会在一个新的婴儿宇宙的开端突然出现。

一个虫洞。另一种理论是，黑洞的内部可以连接到虫洞（一种时空隧道），把你带到宇宙的另外一个地方（包括时间）。另一端是什么？据科学家们推测，在黑洞的另一边，你可能会被黑洞对立面（白洞）吐出来。如果说黑洞是一个可以进入但永远不能逃脱的地方，那么白洞在理论上就是一个可以逃脱但永远不能进入的地方。把白洞想象成一个空间区域，空间以某一种方式弯曲，所有方向都指向你走出白洞。当然，你可能会想，从白洞出来的东西是从哪里来的？它们从黑洞穿过虫洞而来！

无论是哪种情况，这都将是你旅程的终点，至少从我们宇宙的角度来看就是这样。一旦进入黑洞，你就不太可能出来了。无论你是惨死，还是发现量子力学和广义相对论的秘密，或是发现一个全新的宇宙，都只有你才会知道这个令人难以置信的秘密。

唯一的问题是，你没法把这个秘密告诉任何人。

翻译：邓舒夏、尔欣中、苟利军

上市时间：2022-9

出版社：海峡书局

[1] 译者注：视界面所包围的区域。

[2] 事实上，黑洞并不完全是黑色的。它们发出一种被称为“霍金辐射”（以斯蒂芬·霍金命名）的微弱辐射，这种辐射非常弱，你的眼睛感受不到它。

[3] 我们说“或多或少”是因为对于旋转的黑洞来说有点不同，还因为黑色部分实际上比事件视界稍大一些，我们稍后将会看到。

[4] 如果你在空中跳起，或者在自由落体，这一点才更适用。当你站在地上的时候，你的脚哪儿也去不了，所以重力实际上是想把你压扁。

[5] 也是“你一直想写的科幻小说的完美书名”。

[6] 也是“你一直想要发起的新世纪时尚的完美名称”。

[7] 也称为……实际上，已经有人拍了这部电影（影片名字是Bend It Like Beckham）。

[8] 译者注：即奇点尺度上。

[9] 译者注：银河系中心黑洞的质量大约是太阳质量的400 万倍。

本文摘编自《人类知道的太多了》，作者：[巴拿马] 豪尔赫·陈、 [美]丹尼尔·怀特森，翻译：邓舒夏、尔欣中、苟利军