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只要一直往外走,能否最終脫離黑洞?

黑洞的半徑是有限的,只要用推進器維持以某個固定速度往黑洞外的方向走,最終不總能脫離黑洞嗎?如果不能,又是為什麼呢?
又比如地球的逃逸速度是7.9km/s,但我在地球上建造一個通天塔,慢慢走,走個一光年的距離,然後只需要1m/s的速度,就可以順利的逃出地球引力的束縛了。疑惑中……


LZ問題的本質在於,你是否增加你與黑洞的距離,從而削減引力達到逃逸的結果。

答案當然是不能的,為什麼?一個不太好理解而又確實可以解釋現象的詮釋是,黑洞內部是無窮大的空間,所以你不能逃離黑洞。

那為什麼對於黑洞外的觀察者來說黑洞是一個有限的空間(黑洞的視界),而又說黑洞內部是無窮大的空間呢?這是不是矛盾了?

沒有,因為空間是相對的。簡單說就是黑洞內部無窮大的距離,對黑洞外部的觀測者來說是無窮小的距離。

既然對於黑洞內部的觀測者來說,黑洞是無窮大的空間。當然也就不可能通過增加距離來逃離黑洞。


其實這個問題的本質是:黑洞視界和內部,一個質量非零的粒子,不管朝向哪個方向運動,都是往內部運動。(看 @髙顯 這個答案:光一直以光速向前傳播,可為何光逃離不了黑洞?)

聽起來匪夷所思,實際上,無法逃離的根本原因就是黑洞視界和內部的時空結構與我們正常生活的地方的時空結構不同。我們正常生活的地方,如果我們想要逃離地球的束縛,那麼不斷的給飛船提供推力即可。可是,視界上的逃離速度達到了光速,那麼很簡單的,我們要求質量非零的實粒子速度小於光速(也就是只能走類時線),自然不能逃離。

一般而言,逃逸速度的說法已經足夠了,可是如果我們進一步思考,想到廣義相對論中講,引力是可以幾何化的。什麼意思呢?就是說,我們可以扔掉引力這種力,而是把一個天體產生的引力的效應看作是這個天體對時空背景的影響。那麼也就是說,如果我們認定實粒子只能走類時線,就可用說一個有很大質量的天體的地方,時空舞台是跟沒有天體的地方不同的。
而黑洞視界上,時空結構是如此的奇特,以至於任何質量非零的粒子不管怎麼運動,不管以多大的速度(只要還是走類時線,也就是不能超過光速)朝哪個方向運動,它的前方都是朝向黑洞內部的。

OK,問題來了。好好的一個問題,就說逃逸速度是光速,質量非零的實粒子不能逃出,這樣就夠了。羅嗦什麼時空幹嘛呢?
原因很簡單:那是問題的實質。
相對論提供給我們的最有趣的結論是:等時面是可以任取的。不同參考系的等時面不同。進一步也就是說,如果我們想要描述一個運動,時間軸和空間軸在不同的參考系中是不同的。
說的再簡單些,就是,時間空間這個東西在不同的參考系,不同的地方(有天體和沒天體,離天體近離天體遠)是不同的。比如,在黑洞表明和黑洞裡面,時空就變得很奇特,未來變得遙不可及,粒子的未來全部都在黑洞內部。如果還不明白,那就還回到上面的一句話:一個質量非零的實粒子,不管怎麼運動,都是朝向黑洞內部。

本回答為當初剛開始學習廣義相對論的時候寫的,以下內容有些並不嚴格的地方甚至理解錯誤的地方,請選擇性閱讀。

【刪除開始】

然後回答通天塔的問題

實際的情況可能是,不停的造塔,其實塔卻永遠不能指向外部,因為光速的限制,使得我們沒法向光錐外走,也就是塔只能往黑洞內延伸。 如果不管這個,那也不太可行。

我們沒有相應的材料的理論,如果先不管是不是存在可以在黑洞內部這種時空結構中使用的材料,可以考慮下面這幾種更加一般的情況的理解。

  • 存在奇點。這個點是時空不再連續的一個點。例如我們常常說的Schwarzschild黑洞,我們是找不到一個支撐的地方來搭建通天塔的。因為內部的時空結構的原因。
  • 一些簡單的推導就可以知道,在一個範圍內的能量(也就是說能量密度)達到一定值之後,這個區域就會形成黑洞。我覺得,我們在搭建這樣的塔的時候,在後來所提供的能量已經太大,塔本身就會保持黑洞的性質。即使通過塔爬出,也不過還是在塔形成的黑洞。事實上,這個跟原來的黑洞是同一個而已……

(我想,從視界的實質應該也可以導出一些結論,暫時還沒有想到怎麼做。)

當然了,有人可能會問:如果只是從黑洞內部遠離奇點的地方取材,然後建造在一個繞奇點運動著的物體上呢?這裡最大的問題是,我們不知道黑洞內部是什麼。物態方程等等各種不知道啊。現在的理論似乎沒有辦法得到一種可以在黑洞內部存在的塊狀材料。

事實上即使是從黑洞外部進入的物體在靠近視界的時候已經解體。(一個簡單的理解是:組成材料的基本成分之間只有存在相互作用才可以聚在一起,相互作用是由媒介子來傳遞的,在通過黑洞視界的時候,由於這種詭異的時空結構,媒介子已經不能夠再在兩個基本組成成分之間傳遞相互作用,所以材料就散了架。這種理解有待確認。)

【結束刪除】

但是,科學還遠源沒有發展到盡頭,科幻迷們盡情的想像,或許我們將來有了量子引力,或者其他的理論,我們就可以找到一種方法。現在下定論還為時過早,因為我們沒有足夠的恰當理論來描述這麼強的引力下物理規律。現在看來,廣義相對論極有可能是某一個理論的低能近似。


首先,根據霍金對奇點的定義,黑洞是不可能逃出的。進入黑洞的粒子就到了其空間軌跡的終點。

你想用在推進器支持下「勻速」運動逃離黑洞,但是要注意時空的聯繫和彎曲,「勻速運動」在非歐幾何下是沿測地線運動,黑洞的定義是測地線的終點。在視界處,你如果保持光速勻速向外運動,你將保持在原地不動。如果你低於光速勻速運動,你就被吸進黑洞。


這跟東西南北你往哪個方向走都走不出地球是一個道理,如果說想逃出黑洞,那你只能往從前走了……


其實我到現在都沒搞懂事件視界這東西到底是——「環繞速度等於光速的位置」、「逃逸速度等於光速的位置」還是「從奇點發出的光所能到達的最遠的位置」?

如果是第一條:那麼這個位置仍然可以靠垂直向下的等量推力來平衡引力,使得飛船逃脫,但是黑洞內部不可能存在環繞奇點的軌道。
如果是第二條:那麼這個位置仍然可以靠加速的方式來抬高遠拱點的位置,但是不可能進入拋物線軌道。而在事件視界內部比較靠外的位置上,仍然能存在環繞奇點運行的軌道(因為環繞速度比逃逸速度低,後者是前者的根下二倍)
如果是第三條:那麼最爽了,這個位置飛船完全可以逃逸出去了,因為這裡只是奇點上光速拋射體到達的最高高度,這裡的逃逸速度必然遠低於光速(所以這條應該不成立)


要想理解黑洞,首先得理解空間。在黑洞內,空間已經不像你在地球上看到的這樣「平直」了,而是「扭曲」的。怎麼個「扭曲」法呢?就是你怎麼走都是往裡,沒有往外。

我之前曾思考過「宇宙外面的空間」,但後來想通了——宇宙「邊緣」的空間肯定跟地球上不一樣,它應該是「捲曲」的,根本就沒有「外面」


先糾正你的誤區:在通天塔高處,你的速度將是地球自轉角速度下的線速度,肯定比你想像中要大得多

我覺得lz的問題可以避開相對論:
力是改變速度的原因,速度是矢量,有大小也有方向。在星球表面的物體即使相對星球靜止,仍然在引力作用下作速度方向時刻變化的圓周運動。若要讓受星球引力作用的物體保持一個恆定的(大小方向不變)速度離開星球,勢必要先擺脫其引力影響。然而在這個外力達到足夠大小之前,你已經被撕裂了


地球的逃逸速度是7.9km/s,但我在地球上建造一個通天塔,慢慢走,走個一光年的距離,然後只需要1m/s的速度,就可以順利的逃出地球引力的束縛了。

逃逸速度 指的是物體在無動力情況下逃離地球的最低初速度跟地球自轉什麼的也沒有關係。
你搞個飛行器,以 1m/s的速度不斷向上飛,肯定能逃離地球。

另外,黑洞里沒有「黑洞外」這個概念,每個方向都指向黑洞內,有點像南/北極,每個方向都指向北/南


大家給的一些理論都過於晦澀了吧,什麼光錐向內了,什麼空間扭曲了。其實在黑洞上,任何物質都並不能以它原來的樣子存在。
簡單說明,大家都知道地球是有引力的。你站在地球上的時候,你的頭部比你的腳部離地心更遠,也就是你的腳部要受到更大的引力,如圖所示:

容易看出,因為地球引力的緣故,我們其實在被地球一點點的拉長(可是!可是,我為什麼還是這麼矮!)。但是大家都感覺不到啊,唉,兩個力差距太小了。但是,如果題主願意計算的話,在黑洞上這個力會被無限放大。大到超過分子間作用力。其實不管是題主啦,推進器啦,大家都會被黑洞撕碎的。至於是變成一個一個分子,還是一個一個原子,或者別的我們不知道的,那就不為人知了。所以,題主是不可能逃出去的,原因是題主不存在!
至於光不能逃出黑洞,那是因為光跑的太慢了,就像被減速的人造衛星要落到地球上一樣。光在黑洞附近沿曲線前進,並且一直指向黑洞中心。也正因為如此,黑洞是不能被觀察到的,沒有光從裡面出來,我們就看不到這個東西。
然後說一下通天塔的問題。我覺得題主引入了一個非常沒有必要的東西,在地球上,沿著通天塔1m/s向上爬,和有個推動器勻速1m/s向上是一樣的。而且當這種通天的建築建的足夠高的時候,因為地球自轉的緣故,沒有一種材料可以承受。
我們現在先說一下結論。沿著垂直地表的方向向上勻速1m/s是可以逃出地球引力的。
地球的第一宇宙速度,指物體在地面附近繞地球做勻速圓周運動的速度叫做第一宇宙速度。是指脫離地球的最小速度。好像不叫什麼「逃逸速度」,算了算了,不去管它。但是因為地球大氣的原因,衛星並不能在地表附近做運動,只能飛的很高很高。超過了宇宙第二速度,就可以逃出地球了,成為太陽的行星。但是注意,這裡的宇宙速度指的都是發射的初速度,是初速度呢!題主1m/s的速度當然可以跑出地球啦!但要一直做功,做功!不考慮太多的外界因素的話,當脫離地球足夠遠的時候,題主1m/s做功消耗的能量應該跟發射要用的能量差不多吧。
至於黑洞上,不是說了么,通天塔根本造不出來。以上


第一個問題:一直往外走能不能走出黑洞?
可以走出!不過請注意,以眼下人類物理的認知水平,不要說推進器,就連光在黑洞內也無法向外走出一絲一毫。打個比方:如果你身上綁上大鐵鏈,被喝了十箱偉哥的史泰龍和施瓦辛格拖著往家走,我勸你就從了吧……

第二個問題:在地球上建造通天塔能否逃脫地球?
假如你建造得足夠遠,站在塔尖的時候奮力一蹬也是可以逃脫地球的,總之你要相對地球動起來。那個擺脫地球的第一宇宙速度並不是說我們需要保持這個速度才能逃脫我們的地球,而是在地球表面如果你想練就鐵掌水上漂此等絕技你的水上漂速至少要達到那個速度……(忽略氣流影響的話)


現在的理論大部分都是自己在玩自己。真正的情況遠不是這樣。空間扭曲也好,光速也罷。都僅僅是一種理論模型。是對現實世界的一種近似表達。沒法保證它就是現實世界的真實表現。我們對光的認識和理解還有很多誤區。所以用光來表達的理論模型也是難免出現一些錯誤的。物體運動速度越大,所謂的相對論質量只是一種假說,不是問題的本質。所以僅僅以速度越大質量越大來解釋是不完備的。沒有了解到問題的實質。


@WVYV 關於黑洞空間的解釋很好,可是通天塔的說法不成立,前後矛盾了.黑洞中造不出通天塔是因為在黑洞視界中任何方向都會引入洞心.無論怎麼造,塔體都無法延生出黑洞的範圍.另一方面,一些人說的通天塔是以黑洞外為參照的,即相對於黑洞外的一個觀測者,黑洞中建造一通天塔.這也是不存在的,這樣的一個"通天"塔在外部參照好像可以成立,可事實上在黑洞內部,這樣一個塔的不同部分會發生位移,位移的速度有些會達到光速,也就是說,要在這樣的塔上爬,事實上還是需要超光束.通天塔問題關鍵是"塔"的概念會因為參考系的不同而不同.


只要一直走,就能夠走出黑洞。他這樣邊安慰自己邊走著。


這就是黑洞嗎?他停了一會看了看眼前的門,從他意識到自己進了什麼了不得的地方時,就是一扇門。今天這扇門有些不同,因為它太難開,困難的不是因為它生鏽了,也不是因為被什麼卡住了,更不是因為被什麼頂住了。

打不開的話可怎麼辦,這可是黑洞啊,假如我出不去的話,我的生活怎麼辦,我愛的人會不會意識到我不見了,愛我的人會不會找我假如存在。他邊自言自語邊擰著門把手,用力的快要把手割破了,鮮血順著門把流進了門鎖。

門把稍微鬆了,會不會像小時候看過的小說一樣碰到血就會開,但是那很疼啊,他捂住傷口蹲了下來。

你肯回來了嗎。

門開了,但是從裡面拉開了。她的聲音熟悉卻又冰冷。你肯回來了。隨著他被這一聲拉出沉思,她又傳出一句。

他站了起來,理了理衣領和衣角,毫無章法的他竟然整理起來自己的衣服,這就像門口的松樹開始挖洞準備把自己的冰箱藏起來一樣奇怪。但他就是在做,那塊理不直的袖角讓他煩躁起來。

門完全開了。他老了,老得很快。眼角有了皺紋,笑起來眼睛也眯的越來越細,但她卻還是當初的樣子。就像一座冰山,低著頭用劉海的擋住眼睛。從劉海縫隙里滲出來的視線打量著他。

他走進了屋子,屋子還是那樣的擺設。他閉著眼睛都可以找到沙發,知道沙發最裡面不可以坐,因為那裡很空,下面墊的是一摞書。桌子上墊的桌布被茶水染得有些泛黃,他按下了燒水的壺。不久,壺裡的水開始沸騰,壺嘴開始噴出白煙,他把臉靠近白煙享受著這溫度。

她走過來盤腿坐在了沙發上。獃獃的看著眼前的電腦,把壺轉了半圈,讓壺嘴離開了他的眼睛。這對眼睛不好,她總是這樣說。他端起水壺衝下來,茶葉一點點翻開,包裹的香氣升了起來。就像一個美麗的姑娘把捂在心口的心愛的樹葉交了出來,那感覺既美好又苦澀。

他站了起來按了按她的頭,頭髮往下壓,劉海完全擋住了她的眼睛。她沒有動,完全享受著這感覺,他繞了出來打開窗戶,這裡是七樓,風有時候很大。扳動窗戶的時候他順勢看了看樓下,那裡有一個中學,中學裡面孩子們正在打籃球,一樣的校服一樣的叫喊聲。

門外的腳步聲和熟悉的報時出現了,他關了所有的燈坐回了沙發。每晚樓里都會有門衛來封樓,但他們並不喜歡遵守規矩,每當這個時候他們就會關掉所有東西,黑暗和安靜會幫助他們隱藏起來,就像不存在這在這個世界上。門衛還沒有走,在按慣例敲著門,黑暗中他們享受著不停的敲門聲和茶香。

他並不想開燈,就這樣一晚上。直到真過了一晚上,她迷迷糊糊的說想吃永和豆漿的油條豆漿。

加一個滷蛋,我知道的。

他邊說著邊準備開門。當他握住門把的時候他停下了,手上的傷口泛著血光,這疼痛讓他第一次感受到這真實,很久了,已經很久他感受不到這感覺了。那鑽心的疼就像被咬了肩膀一樣。牙齒慢慢滲進皮膚,那地方會先紅腫,隨即變紫青,就像朝霞,然後慢慢泛黃,就像腌的鹹鴨蛋黃一樣,直到癒合。

怎麼不去。

她抬頭看了看他,目光從劉海中穿過來打在了他身上,那真實又侵染著他的身體,就像茶飲進喉嚨,那香氣不服氣的向回爬,從咽喉爬上舌根,從舌根侵染整片味蕾。

你早就說過你不再吃那家店了。他坐了回來深深吸了一口茶香。

什麼時候。
上次我走的時候。
那你還走嗎。
不了。


根本不可能往外走。。你會無限接近黑洞 時空都會變得扭曲 時間接近無限小 時空都靜止了 你會無限接近黑洞 可就是永遠走不到盡頭


即使你走直線也不行。可以打個比方,在一條筆直的馬路上,你要從A點走到B點,那是很簡單的事情,只是時間的問題。假設A點就是奇點,B點在事件視界之外,當筆直的馬路被彎曲,甚至被彎曲成圓形道路,即使你仍然沿著馬路一直走,卻永遠走不到B點


除非能研究出一架能光速飛行的飛行器 不過這顯然沒戲


按照直觀的感受,一個人站在地面上不動,他想對地球是靜止的。但相對論的世界觀中是這麼看的:這個人並非不動,相反,他無時無刻都以1g的加速度向脫離地球的方向運動。現在,你站在黑洞的視界上,你要知道腳下的東西無非就是一個引力超級大的星體,引力有多大呢?你想要「站在」視界上不墜落,你需要1c的加速度!沒錯,只「站在」黑洞視界上「不動」,你就已經需要一個光速的加速度了。這時候你面前有一個梯子,你以為自己可以慢慢爬離黑洞,但是!當你打算爬上梯子時!你發現自己抬不起手!抬不起腿!你好奇,一低頭,發現頭低下去就抬不起來了!這是因為任何有質量的物體都不能超光速啊。


不可能,你最多保持光速處在靜止,不然就是被吸進去


實際上一個黑洞是由中心的奇點或奇環、外圍的事件視界、無限紅移面及它們之間的部分構成的一個時空區域。奇點或奇環周圍無限小的區域內擁有黑洞的幾乎全部質量,事件視界可視為黑洞表面,因為一個物體如果進入了最外圍的事件視界內,那麼將會直接向奇點處或奇環與內無限紅移面之間塌縮,不可能再逃出黑洞。這是因為最外圍的事件視界之內必定有一個時空區域其中時空顛倒,即r變為時間軸(方向由外指內),t變為空間軸,所以順著時間流動方向進入這一區域的物體必定向著r的方向運動,即不可能出黑洞。(基本假設是時間的單向性,若時間可倒,那。。。),具體不同的黑洞如下:

廣義相對論的第一個重要的嚴格解---施瓦西解,描述了一個靜態球對稱星體(施瓦西黑洞是靜態球對稱的)外部時空的彎曲情況,該解有一個奇點(在r=0處)和一個奇面(在r=2Gm/c^2處,即黑洞的事件視界),紅移面則與事件視界重合。r=0處的奇點是本性奇點,時空曲率發散,並且這種發散不能通過坐標變換加以消除。r=2Gm/c^2處的奇異性則不同,該處時空曲率不發散,並且奇異性可以通過坐標變換加以消除,因而不是時空的本性奇面。因此,一個施瓦西黑洞是由中心的一個奇點被一個事件視界面包圍形成的,而在奇點與事件視界中間的區域,時間與空間將發生轉換,r表示時間,t表示空間。

而對於帶電的克爾黑洞及克爾-紐曼黑洞,廣義相對論的解從內到外依次為經過r=0的奇環、內無限紅移面、內奇面(即內事件視界)、外奇面(即外事件界面)、外無限紅移面。奇環與內無限紅移面之間時空正常;內無限紅移面與內事件視界之間時空概念模糊;內事件視界與外事件視界之間時空互換,即r為時間,t為空間;外事件視界與外無限紅移面之間時空概念模糊;在外無限紅移面之外時空正常。

再補一下黑洞的分類:黑洞的無毛定理,也就是任何一個黑洞內的物質都會失去其幾乎全部信息,洞外的觀察者只能知道它們的總質量M、總電荷Q和總角動量J。至於形成黑洞的物質原來是什麼,它們的化學構成、原子結構,究竟是由正物質塌縮形成還是由反物質塌縮形成,就完全不知道了。即M、Q、J這三個量就可描述一個黑洞,因此對於不帶電且不旋轉的黑洞我們稱其為施瓦西黑洞,這是最基本、最常見的一類黑洞;而旋轉的不帶電黑洞則稱為克爾黑洞;帶電且旋轉的黑洞稱為克爾-紐曼黑洞。

總的來說,一句話,黑洞內部時空混亂,導致進了事件視界內的物體不可能出來。(其實還是可以以熱輻射或非熱輻射的形式出來的,只不過那時出來的已經喪失了一切信息了,只是能量而已。)


黑洞內部空間已經扭曲跟我們現在理解的空間已經不是一回事了,也許黑洞內部空間是閉合的,視界就是它的極限但你無論如何都穿越不了可望不可即吧


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