小說《三體》中,人類為什麼無法從黑域中逃離?

我沒學過廣義相對論,所以存在一些困惑,想請教大家(註:千萬別用狹義相對論和牛頓力學回答,真解釋不了)。

黑域計劃指的是將太陽系中的光速降低至第三宇宙速度,這樣一來太陽的西瓦西半徑將達到太陽系的範圍,也就是說整個太陽系會成為一個低光速的黑洞。

史瓦西半徑是通過動能和勢能相加為0計算出來的,過程中考慮了洛倫茲變換,但是可以消去。但這個動能只考慮了物體的初速,而對於有推進能力的物體則不適用,例如有推進能力的火箭,並不需要達到第一宇宙速度就能脫離地球,而是可以用燃料的內能換取勢能。

那麼根據牛頓力學,即使把太陽系改造成黑域,人類照樣可以飛出去。

所以說,是否要用廣義相對論才能解釋人類為何無法飛出黑獄?如果是,應該怎麼解釋,能否簡單介紹?

此外我還很疑惑,為什麼計算史瓦西半徑解釋沒有考慮廣義相對論,僅僅用到了牛頓力學和狹義相對論,而且狹義相對論效應還能被削掉。

【醒目】目前的回答並未解釋我的問題,大多還有點跑題。所以我解釋下我提問的由來,我先前寫過一個關於三體有哪些bug的問題,就是我誤認為人類可以逃脫黑域,後來我意識到有錯誤,即黑洞是不可能逃脫的。於是我就沒有提交這篇答案。

現在我知道我肯定想錯了,因為我並不懂廣義相對論。所以我想問的就是我的回答錯誤在哪?正確的解釋是什麼?

以下是我原來答案的錯誤解釋:


施瓦西半徑是解廣義相對論的愛因斯坦場方程得到的,與『通過動能和勢能相加為0計算出來的『一樣是一種巧合,這個巧合導致了關於黑洞一個非常廣為流傳的誤區

無法逃離黑洞是因為引力太強,以至於光都跑不出去。

但其實黑洞一般有很大的引力並不是為了拉住物體不讓其跑掉,而是為了使在成為黑洞之前的星球被足夠大的引力壓縮到施瓦西半徑以下。

所以黑洞無法逃離與黑洞巨大的引力並沒有直接關聯。而黑洞無法逃離的真正原因是什麼呢?

要講清楚這個問題,我想先介紹一下度規這個概念。度規通俗一點說就是度量兩點間距的方法,形象點就是一把尺子。

對於我們最熟悉的,日常生活中接觸到的歐氏幾何而言,度規給出的就是勾股定理:Δs^2=Δx^2+Δy^2+Δz^2。

而到了狹義相對論,我們把時間與空間聯繫到了一起,統稱為時空,因此需要一個衡量時空間兩點間距的方法,給出了這樣一種度規:Δs^2= - Δt^2+Δx^2+Δy^2+Δz^2(這裡我們假設光速=1)。值得注意的是,這個度規里的時間項是帶負號的,而正是這個負號對應了時間與空間最大的差別:時間不會倒流

廣義相對論認為引力是一種幾何效應,這種幾何效應正是可以通過度規來反映,實際上愛因斯坦場方程可以看作是關於度規的方程。可以說在廣義相對論中確定了度規就確定了關於這個時空的一切。

此時的度規很少具有以上度規那麼簡單的形式,但有一點一般是一樣的:關於時間的度規是負的,關於空間的度規是正的。畢竟這保證了時間不能倒流。

不過我說一般是一樣的,言外之意就是存在例外,這個例外正是黑洞。在黑洞內部,時間項的度規變成了正的,某個空間項(與黑洞中心的距離)的度規變成了負的。這正意味著黑洞無法逃離。即黑洞無法逃離與時間無法倒流共享著同樣的數學規律

現在,關於黑洞無法逃離的原因已經解釋了,但又多出了一個新的問題:時間項成為了正的,豈不是意味著時間不再不能倒流?

其實我們前面說的『時間項的度規變成了正的』,這裡的時間項實際指的是一種人為選定的坐標,並不意味著其是我們所經歷的時間。

而我們所經歷的時間,正好與我們離黑洞中心的距離呈正相關,這種角度上來叫,我們把離黑洞中心的距離定義為時間坐標應是一種更好的選擇,這樣的定義下:黑洞無法逃離等價於時間無法倒流

此時原本的時間坐標成為了我們的空間坐標。為了更好的理解這一點,我們來看看一個觀測者在黑洞內部會看到什麼樣的世界。

我們所看到的東西,是通過我們的視覺細胞感受射入我們眼睛裡的可見光得到的。在黑洞里,離黑洞近的光源發出的可見光由於『黑洞無法逃離』是不會射到離黑洞遠的觀測者眼中的。因此,觀測者看不到離黑洞中心更近的地方。另一方面,這些地方將在觀測者的未來被觀測者看見

這些我們看不見的地方,使得我們原本所看見的三維空間少了一維,而我們並不會因此看到一個二維的世界,因為原本稱為時間的維度如今能夠被我們看見,作為第三維,我們仍將看到一個三維的世界。

值得注意的是,此時對於所有物體而言(尤其是觀測者所看見的),他們的未來(軌跡)也將指向黑洞中心(時空圖上),因此觀測者無法看到他們的軌跡,與我們日常生活中所見一樣。(即光錐不與同一世界線相交兩次)

現在,這個原本稱為時間的維度,至少對於觀測者而言,怎麼看都是空間

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感謝評論區有人提到廣義相對論下引力就是時空彎曲,這一點確實是我考慮周到,在上文中把引力與時空彎曲說成了兩個東西,這是不正確的。

因此,我在這亡羊補牢一下:文中的引力強調的是表現的像牛頓力學中力一樣時的引力,而時空彎曲強調的是已經無法被看作牛頓力學中力時的引力


謝 @QMRMRMR邀~ 更新:掉入黑洞的感受和見聞

題主思辨能力很強,不用廣義相對論確實沒法得到黑洞。即使光速低於逃逸速度,只要攜帶動力也能慢慢飛出去。能源問題不用考慮,地面用激光對著射飛船帶太陽能電池板就有無窮的能源了。

史瓦西半徑來自真空愛因斯坦場方程球對稱解,也就是所謂的(最簡單的)黑洞,只不過,恰巧和牛頓力學中逃逸速度為光速處對應的半徑一樣。只是恰巧一樣,但牛頓力學以及狹義相對論中無法構成黑洞的。

廣義相對論觀點下引力的本質是時空幾何,時空的形狀告訴物體怎麼運動,而時空形狀受質量分布的影響。即物質告訴時空怎樣彎曲,時空告訴物質怎樣運動。在黑洞內部,時空性質使得隨著時間流逝,物體一定會更加接近黑洞中心。即黑洞視界面以內的物質只能向中心運動。並且,在有限的固有時內,黑洞內物體一定會碰到奇點,即掉到R=0處。

回到《三體》,低光速確實會導致黑洞,黑洞是廣義相對論下的產物,不能用逃逸速度來理解,以及黑洞中隨著時間向前流逝,物體永遠向中心掉落,並且會在有限時間(固有時)內掉到中心。因此,低光速黑洞內的人們並不能正常生活,都會被壓成無窮小的奇點的。

------------------------更新:掉入黑洞指南(掉入黑洞是怎樣一種體驗)--------------------------------------------

一,科普:黑洞周圍的時空(不想燒腦可以跳過直接看結論

相對論中人們一般用時空圖描述世界(如上圖,來源:《時間簡史》),光所走的軌跡構成所謂光錐,由於光速不可超越,一個有質量的粒子在時空圖上的軌跡總處於光錐內部,如下圖:

其中1為有質量粒子軌跡,2為光的軌跡。以上為無引力場時的情形,即狹義相對論所描述的時空,有質量(準確來講是能動量張量,關於質量和能量:化學能與核能一樣都來自質量虧損嗎? - 知乎)的物質會扭曲時空,導致光錐形狀畸變,史瓦西黑洞周圍時空如下:

可以看到離黑洞越近,光錐被扭曲朝向黑洞(本質是時空幾何改變),而在史瓦西半徑以內,光錐被扭曲得如此厲害,以至於隨著時間流逝,粒子只能向里移動。並且可以證明在有限時間內掉到中心。

現在我們來推測掉入黑洞人的感受和看到的景象,假設該人由強相互作用材料製造以至於暫時不會被引力撕碎(關於水滴的材料:人如果用手直接觸碰接近於絕對零度的物體(固體)會有怎樣的結果? - 知乎 寫得不怎麼清楚大家將就看吧)。首先注意時空圖的縱軸是時間,並且圖上只畫了r方向,在思考的時候不要陷入在時空圖上找運動方向的誤區。隨著時間流逝,r必定減少,所以掉入黑洞的人會感到猶如逆水行舟,被時空本身推著往裡面走,站著不動就會下墜,並且水流如此之急,以至於即使以光速逆水滑行也無可避免的下掉。當然除了r方向,另兩個方向是可以「自由」運動的,可以在逆流裡面橫著划船。當然這裡的逆流是時空本身,在掉入黑洞的勇士(倒霉蛋)看來就像是外面的一切不受控制的向後倒退,自己和遠處星空之間的空間彷彿不受控制的膨脹,並且倒退/膨脹得如此之快,以至於自己拚命追趕也無濟於事。

而掉入黑洞的勇士(倒霉蛋)看遠方的景色會是什麼樣子呢?視線即光的路徑,遠處的光以各種角度射入黑洞附近及內部之後,也會無可避免的加速下落,路徑上表現為向內偏折的曲線。當光到達掉入黑洞的勇士(倒霉蛋)所在之處的時候,只能分布在一個小於半球的圓錐形裡面。所以勇士(倒霉蛋)看見的遠處的星空被變形扭曲到一個錐形裡面,即黑洞裡面看起來外面世界是一個圓。

根據科普的內容足以想明白以上的東西,需要注意的是,敲黑板:時空圖和實際空間方向不是一回事,不要企圖去時空圖上找方向,注意好時空圖和空間的轉換聰明的你一定能想明白的!再就是一切內容特別是光錐的形狀是廣義相對論出來的。

二,結論

掉入黑洞的之後會無可避免的下墜(道理如同逆水行舟,但感覺不一樣),並且看到的外界被畸變到一個錐形視角內。遠處的星空看起來就像下圖一樣:(出自電影 星際穿越)

對,那個圓盤就是黑洞外面的星空。掉入黑洞的勇士(倒霉蛋)看來外面的星空,外面的一切向後很快的倒退彷彿星空和他之間的空間不斷的急劇膨脹(其實是他在下墜),倒退得如此之快以至於他無論怎麼向前追趕也只會離他越來越遠。並且這種遠離的速度越來越快,直到無窮,然後我們這位倒霉的勇士碰到了奇點(當然在這之前他早被撕碎)。然後鬼知道他在奇點那會碰到什麼呢。

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再啰嗦幾句逃逸速度的問題,逃逸速度指發射之後不再具有動力,而依靠慣性能飛出去的速度。即如果不考慮空氣阻力 對著天上扔石頭,需要扔出多大速度石頭才能砸到隔壁比鄰星b。但如果攜帶動力就不一樣了,如果地球大氣充滿宇宙,一隻不吃不喝的鳥總是能飛出太陽系的,雖然鳥速度遠小於地面逃逸速度。鳥的吃喝可以靠光合作用(太陽能)解決,沒有陽光可以靠地面打激光解決。牛頓力學推導出正確的史瓦西半徑只是巧合。


首先,題主你的想法是很值得鼓勵的。

我很懶,就簡單解釋下,以達到科普的目的。感興趣的可以去具體學習。

現在我們先來考慮這樣一個問題,如果不改變光速,把太陽變成一個黑洞,那麼會發生什麼?史瓦西黑洞的視界由史瓦西半徑決定,如果你計算過,你會發現這是一個非常小非常小的半徑: r_s=frac{2GM}{c^2} ,太陽的史瓦西半徑是 2.95 	imes10^3 m 。首先,我們必須知道,恆星怎麼形成黑洞,具體的可以去Wikipedia看看。這裡簡單地說,就是恆星的所有質量必須在這個半徑之內。

另一點需要注意,在史瓦西半徑外面很遠的地方,感受的引力是一樣的,不管這是個黑洞還是恆星,因為解是球對稱的(有的人以為,變成了黑洞就引力無窮大了,這是錯得離譜的。在史瓦西半徑外足夠遠,感受到的引力應該和恆星是一樣的,只是史瓦西半徑內是完全不一樣的)。所以,要把太陽變成黑洞很簡單:只需要把史瓦西半徑變得比它自己的半徑大就好了。三體裡面採用了改變光速的辦法,把光速降低,按上面的等式,你可以看到這個半徑可以擴大到包括太陽系,只要光速足夠低。

所以現在的問題,就轉化成,在史瓦西半徑內,為什麼不能逃離這個黑洞?我們注意,現在光速被變慢了,也就是說其他物體的運動會比光速更慢。下面我們一步一步來理解這個問題。

首先,我們知道在狹義相對論中,高速物體的時間會變慢,空間會收縮。這是在下面靜止的觀察者看來的。而在運動的觀察者看來,自己是按固有時走的,也就是說,沒有運動,時間走得最快。那麼怎麼理解這樣的情況比較好呢?事實上,按照廣義相對論的精神來解釋,這就相當於時間和空間混合了,時間不再是時間自己,空間也不再是空間自己,我們必須將時空看成一個整體。

那麼,這意味著什麼呢?我們打個比方,你在三維空間中選一個軸,繞軸轉一些角度,那麼你所旋轉的任何一些量將有了新的坐標來描述。以前你也許在x方向上有個矢量,現在這個矢量變成x,y,z方向混合的矢量了。這樣的混合是由於你的旋轉造成的,這樣就將以前的空間對稱性也跟著變化了,變成了新的空間對稱性。這個時候你當然可以用新的坐標來描述,也就有了原來相似的描述。這個對稱性當然還是存在,因為你只做了旋轉。那麼,狹義相對論意味著什麼呢,你在x軸高速運動的參照系,會將時間t和空間x重新混合,而運動坐標系裡面的那個人認為自己靜止,也就是新選了一個具有沒有運動時的坐標系一樣對稱性的新的坐標系。也就是說,這個時候,在外面的人看來,時間並不是時間,空間也並不是空間了,時空坐標糾纏在一起產生了新的「對稱坐標」(也就是固有時的坐標)。

現在,讓我們看看黑洞附近的時空。用最簡單的黑洞史瓦西黑洞來說,你的光錐會傾斜,這個已經在其他答主的答案中寫到了。光錐傾斜意味著什麼呢?,你會發現時空混合得非常厲害,到了視界之內,那個人的時間坐標,在外界的人看來會變成空間坐標r(實際上他自己看來也是這樣,不過描述有些不同,因為物理規律應該獨立於坐標選取),這就變得很奇怪了。為什麼?因為我們知道,我們是有質量的物體,有質量的物體運動的固有時一定會增長(光子就不會,光子沒有質量)。那麼意味著,你只要不能停止時間,在黑洞視界內的人一定會按固有時增長年齡,但是這個時間坐標現在在外面看來已經變成了空間坐標r,所以你無論如何都會被吸進去,一直到奇點r=0,原因是r減小就是你固有時的方向(事實上在黑洞裡面的人也會感受到同樣的情況,只是他自己用不同的坐標描述。事實上是他無論怎麼都會被吸進去,即便它是光,而且覺得自己往反方向發射,因為光錐整個朝向就是黑洞裡面)。

這就是黑洞奇妙的地方。當然,還有其他種類的黑洞,它們的性質也有區別。至少在廣義相對論下面,它們的性質已經得到理解。不過實際上,黑洞是量子的物體,需要等有說服力的量子引力理論才能被完全理解。所以我們的路還很長。

所以,我們必須承認,世界是三體的!


黑洞扭曲的是時空,舉一個不大恰當但是有點像的栗子,當你到達了地球北極點後每個方向都是南——一旦從外界越過視界進入黑洞(如果你還活著的話),每個方向都是「朝黑洞內」,根本不存在一個「朝黑洞外」的方向,自然你怎麼加速都沒用。另外史瓦西半徑的計算剛好和牛頓力學算出來一樣而已,但是物理意義不能用牛頓力學解釋清楚,至於為什麼要叫第三宇宙速度,,,這個去問大劉好了,我也母雞啊。(PS:本人是鐵粉,但是對於三體三後期已經開始「寫玄幻」的情況不要苛責太多,接受設定就好了[私以為真正的bug是光速c與非常多的物理常數有關,物理常數一改整個世界都不一樣了,例如直接影響原子結合情況,黑域里至少不會有我們現在意義上的任何生命存在。])


劉慈欣定義的黑域,和黑洞是有區別的。

真實的黑洞是大質量物體扭曲時空產生的。

三體小說里的黑域,是直接把空間曲率燙平,產生的畸形空間。

用適用黑洞的理論,解釋不了黑域。


@韓迪 題主對「逃逸速度」的理解是對的,這個概念只需要高中物理知識就能解釋,可惜問題下面還是有不少回答對「逃逸速度」的理解有誤。從黑域的設定來看,大劉不懂廣義相對論,也不懂「逃逸速度」,所以這個設定存在很大的bug(即使不考慮降低光速引起的其他致命問題)。如果黑域只是單純降低了光速,確實原則上仍然可以離開太陽系。但如果黑域需要用廣義相對論來解釋,那麼降低光速的設定就顯得很多餘了。能不能離開黑域,光速的大小並不影響(甚至提高1萬個數量級都沒問題),關鍵是黑域邊界必須是一個null超曲面(曲面上的曲線在四維時空都是長度為0的類光曲線)。


史瓦西半徑的概念本身就是來自廣義相對論,不懂廣義相對論的理論如何理解這個概念呢?廣義相對論的基本概念高中就學吧?

在相對論中光速是一個常數,光速這個常數決定了物質質量與史瓦西半徑的對應關係。

在小說中,光速是可變的,因此你首先要接受在光速可變的情況下,如何用廣義相對論推導結論。

小說 結論是光速下降,史瓦西半徑會變大。

史瓦西半徑可以看成等同於黑洞的視域的概念,在此半徑之內的任何物體均無法逃逸。(但存在蒸發,霍金的理論)


在三體吧混了四年多。答主的問題在吧里討論過無數回,我也參與討論了無數回。。

我雖然是一名物理系的學生。。但還沒有學習過廣義相對論,要用詳盡而合理的物理知識講也是做不到的。但是可以說一下三體吧里各位大神的觀點。

三體吧里遇到「出黑域」的人。絕大多數無非是依照牛頓力學,也是題主所貼的。。說逃逸速度其實不用達到。低速持續動力依然可以爬出去。而前面一個答主已經解釋的很好。。用牛頓力學出黑域是很滑稽的。。黑域並不是用牛頓力學推導出的(黑域這裡看似黑洞)。你牛頓力學導出的史瓦西半徑也是沒有什麼實際意義的。。黑域的東西,要用廣義相對論來描述,而根據廣義相對論,黑域(黑洞)內部是封閉空間,自然就無從出黑域(黑洞)了。

而且有個黑洞信息佯謬。。說如果廣義相對論和量子力學對黑洞來說都是對的。那物質的信息是會永久消失在黑洞里。。你跑進去又能跑出來怕是不行哦。


簡單點說,愛因斯坦的質能方程大家都知道。 E = mc^2 其實應該叫質能轉換方程,即質量就是能量,能量就是質量。所以物體的速度越快,也就是能量越高,也就是質量越大,所以依靠現在的火箭技術,也就是靠向後噴東西來推火箭飛的這種靠反作用力的方式推進是不可能逾越光速的,無論光速是多少。 就像大力士也不可能舉起自己一樣。

動能定理公式其實是這樣的

E_k = m gamma c^2 - mc^2 = frac{mc^2}{sqrt{1-frac{v^2}{c^2}}} - mc^2

用泰勒級數展開 E_k = m c^2(1 + frac{1}{2} cdot frac{v^2}{c^2} + frac{3}{8} cdot frac{v^4}{c^4} + cdotcdotcdot) - mc^2 approx frac{1}{2}mv^2

所以動能定理公式只是低速下 約等於 1/2mv^2。

其實任何牽扯高速的運算高中學過的東西都作廢。畢竟高中學的是經典力學,低速是大前提。


各位是不是把問題搞得太複雜了?

解釋這個問題根本不需要任何公式,只需要搞清三個問題。

1、黑域不是黑洞,它們只是在不可逃逸等性質上有相同點。

2、第三宇宙速度,它是任何事物離開太陽系所必須超過的速度。低於這個速度只能在對應的軌道上公轉或墜入太陽。

3、光速,它的最重要的一條屬性就是不可超越。因為它是宇宙中最大速度。

結合以上三點,我們可以得出結論,黑域中的飛船無論怎樣加速,速度最多是16.9,只能在太陽系外圍獲得一個穩定的環繞軌道,而不能離開太陽系。

當然這畢竟只是科幻小說,只要能一定程度上自圓其說就可以了,大家不要過分深究。如果深究的話肯定會有漏洞。比如以光速傳播的場力怎麼辦,強力和弱力的作用會不會被放大?如宇宙這樣一個高度自洽的系統,在基本常數上如此巨大的改變,一定會導致自身的崩潰。


挺深奧的,其實我沒有這方面的專業知識,所以就從外行的角度說了。假設太陽系的低光速黑洞(黑域)已經建成,依你的說法,可能人類應該是很容易造出速度高於18公里/秒(稍大於光速)的飛船,但是由於光速被限定了而光速又是不可超越的,於是人類才有勁使不出,由此可以推測出人類可以轉換思路從而很容易地造出一個穩步慢慢以低於17公里/小時的速度飛出太陽系黑域的有持續動力推進的飛船。

問題在於,這真的很容易嗎?

根據你的說法,其實光速等於多少已經不重要了,就算光速還是30萬公里/秒,就算你掉進了這種黑洞,你依然可以造一艘航速為每秒10米的有持續動力推進的飛船龜速飛出黑洞,那麼問題來了,為什麼當今沒有任何人敢這麼想呢?肯定是因為這樣的飛船以地球人的能力是不可能再出來的,對吧?就算再過1萬年也不可能造出來(估計)。因為黑洞的引力是如此之強,會吸引住所有靠近它的物體,以至於連光質量這麼輕這麼高的初速都無法逃離。所以當太陽系黑域內的光速這個宇宙常數被改變之後,這個「小宇宙」中的很多其它的常數以及相關的東西都被改變了吧!那時要造出一個緩緩持續推進的飛船也許跟造出一個在光速為30萬公里每秒的黑洞里持續推進飛出來的飛船其難度是一樣的,也就是不可能。


貼個以前我在水木 SF 版的帖子

三體物理學之黑域、二向箔

黑域跟黑洞有差異,物體在黑洞視界內的世界線是單向的通往奇點的,而按照大劉在三體里的描述,物體在黑域視界內仍然可以像通常那樣運動,也就是說黑域在視界內的時空是近似 閔可夫斯基時空的。

用度規來描述,史瓦西 黑洞的度規如下(約定光速 c=1,r_s 為史瓦西半徑):

mathrm{d}s^{2} = left(1-frac{r_s}{r} 
ight) mathrm{d}t^2 - left(1-frac{r_s}{r}
ight)^{-1}mathrm{d}r^2 - r^2 mathrm{d}Omega^2

作為對比,可以設想黑域度規如下:
mathrm{d}s^{2} = mathrm{d}t^2 - left(1-frac{r}{r_s}
ight)^{-2}mathrm{d}r^2 - r^2 mathrm{d}Omega^2

顯然當 r ll r_s 時這個度規是漸進閔可夫斯基的,因此雲天明和艾AA在藍星上仍然可以正常活動。

r 	o r_s 不難證明此時沒有任何物體的世界線能夠跨過 r=r_s 這個界限,因此這是個漸進禁閉的時空,符合我們對黑域的預期。


想像一下,假如你能出去的話:
向著你的前方發射一道光。
根據相對論,光相對於你的速度是光速。如果你能出去,那麼你前方的光一定比你先出去。
而光是不能從黑域出去的,所以你跟在光的屁股後頭也是不能出去的。
因為你沒辦法跑在光的前面。

至於原理,我看過一個對黑洞的解釋很淺顯,當然可能不那麼精確。可以在這裡擴充一下來解釋黑域。

首先,一個物體速度不可能超過光速,那麼它的運動一定是限制在未來光錐之內的。

而附近存在的引力源會使它的未來光錐向偏轉,那麼此物體要遠離引力源,它的世界線一定要偏離光錐的軸(受力),不受力的話,物體的世界線就會沿著光錐的軸落向物體,這就是所謂的引力。

然而當引力源的引力夠強(或者物體離引力源夠近)的時候,未來光錐向引力源偏移的太強,以至於整個未來光錐世界線都是靠近引力源的,這時物體只有落入引力源一條路,這就是黑洞。

那麼黑域是怎麼回事呢?
在黑域里,引力造成的光錐偏移本來不足以造成黑洞,但是這片區域光速變小,結果就是造成未來光錐的頂角變小,也會造成整個未來光錐世界線都是靠近引力源的,跟黑洞是一樣的效果。

倉促打字,沒有配圖,也許有錯漏之處,回頭補上。

---------------------補充---------------------

有高票回答圖文並茂我上面說的黑洞部分的解釋說的很清楚了,我就不再重複。

不過有一些需要補充的,比如落入黑洞(黑域)的人主觀視角觀測到的是什麼樣子。

我把其中一張圖稍微修改一下:

紅色的區域是黑洞視界內部。

視界不是物理實體,落入黑洞的人應該是不能直接觀測到視界,但是我們可以在視界外部靠近視界的地方放一個飛船,讓這個飛船相對視界靜止(圖中青色虛線)。這樣落入黑洞的人就可以通過觀測這個飛船來得知相對視界的運動狀態。

以下把落入黑洞的人稱為飛船A,視界邊緣的飛船稱為飛船B。

當然,上圖是在外面的觀察者的角度看到的「客觀」時空圖,飛船A不會觀測到自己的光錐,他觀測到的肯定是自己的光錐是正常的而視界是運動的。

那麼飛船A(圖中綠色的光錐)觀測到的「主觀」時空圖大概是這樣(我不確定這還是不是時空圖):

綠色的虛線是未來光錐。

我們可以看到奇點、視界、飛船B,三者的世界線都是類空世界線

某些回答里說,飛船A「所有的方向都是裡面,所以飛不出去」。不是這樣的。

飛船A可以觀測到飛船B,對於飛船A來說,飛船B的方向就是外面的方向

飛船A可以向著飛船B的方向飛,試圖出去,問題是對於飛船A來說,飛船B的世界線都是類空世界線,也就是說飛船B是以超過光速的速度遠離飛船A,所以飛船A無論怎麼努力也只會離飛船B越來越遠。

這裡飛船B的位置就代表視界邊緣的位置,也就是脫離黑洞需要到達的位置。所以落入黑洞的人只會看到視界越來越遠而無能為力。

說回黑域:

如圖,紅色區域為黑域,在降低光速之前,物體是可以從裡面逃脫的。

那麼降低光速之前飛船A(圖中綠色的光錐)觀測到的「主觀」時空圖大概是這樣:

可以看到,降低光速之前,黑域的邊界是類時世界線,飛船可以輕易從裡面逃脫。

而降低光速之後:

圖中藍色虛線取代綠色虛線成為新的光錐,黑域的邊界是原本是類時世界線,變成了類空世界線。

所以好些人以為的「可以慢慢飛出黑域」是不可能辦到的

因為黑域低光速趨於的人觀測到的黑域邊界不是靜止的,而是以超光速向外擴張的,雖然這個超光速超的是降低之後的光速,但也絕對是追不上的。

所以黑域的低光速部分只能是一層薄薄得外殼,如果地球以及人類居住的太空站處於低光速部分,也一定會不可避免的落入太陽。


黑域是三體最大的BUG

太陽系在銀河系懸臂上公轉,而銀河系本身也在作相對運動。

所以在固定空間上造黑域有卵用。。。


我記得我看三體時記得黑域是改變時間流速的。在黑域的範圍和外邊範圍由於光速上限的不同,時間流速也不同。當物體從外邊進入裡邊是會因為進入黑域的部分速度時間變慢速度變慢,外邊的部分撞在前面的部分而擊毀。他只是面牆,一面摧毀經過的一切的牆。


看到你的問題,我想起一件事:
1996年某一天,有位農村老伯,當時不到60歲,個子挺高,看上去不像農村人,初中畢業,叫什麼名字不記得了,好像姓原。突然找到我,讓我給他發表一下他的研究,文字內容大概有2張稿紙,我當時沒仔細看,因為他的背景導致我懷疑他的理論,我也不想浪費時間幫他去發表,有點不懈,但又同情他。
他的研究結果是:愛因斯坦的公式E=m×C^2,應該修改成E=(1/2)m×C^2

我至今未再探討......
"" 假設不成立,結果必然也是錯誤的。""


我來公允地回答一下這個問題:在三體中,黑域是一個光速被降低的區域,但是黑域中還有什麼物理量被改變了嗎?這個非常重要,能不能出黑域取決於「除了光速降低還有什麼物理量被改變」。而這個是書中沒寫到的,因此不同的讀者給出了不同的補充解讀,而由此解讀出的「能出黑域」或者「不能出黑域」都有一定的道理,但也都存在各自的bug。

如果黑域只改變了光速而不改變其他物理規律,黑域是可以逃離的,以低速逃離黑域不存在任何理論障礙。逃離黑域的關鍵不在於速度有多快,而在於逃逸速度只適用於無動力航天,不適用於持續動力航天。但是作者關於黑域的設定就失效了。

如果黑域改變了光速並形成了黑洞,那根據廣義相對論就不能逃出黑域了,因為空間的扭曲,低於光速的物體的運動測地線都是封閉的。但是作者關於黑域中人們還能繼續安居樂業地生活的描述,又是矛盾的。

所以說,如果黑域改變了光速還改變了其他的物理量,結果就很難推測了,每個人都可以腦補一下,形成能自洽的理論,不過這個都和原著無關了。


因為黑洞是無底洞,超能吸,只要你被黑洞給吸到,你就等著被撕成分子或者夸克。還想活著出去,呵呵,別犯傻了。


為什麼無法逃出黑域么。

因為黑域中的光速特別低,低於引力給物體施加的加速度。同時,黑域拉低了光速,但是,初速度不等於光速的物體最高的速度不會超過光速。所以無法逃離。


題主你的意思是只要導彈不斷加速就能超過光速嗎?


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