太空電梯能走出低光速黑洞么?
如題~
在很多地方看到有不少同學都有類似的問題,因此就來回答一下。結論是不能。
題主可能有類似於這樣的想法:如果我造一個很長很長的梯子,將梯子以遠低於光速的速度緩緩伸向黑洞的視界,那麼梯子的另一端不是總可以伸出黑洞嗎?
但這個想法的問題是,黑洞不能簡單的被理解為牛頓力學中引力很大的物體,而應該是廣義相對論中描述的一種特殊的時空結構。不太嚴格地說,當梯子的另一端接近黑洞視界時,其向內的加速度會趨近於無窮大;我們自然沒有辦法產生無窮大的反向加速度以抵消向內的加速度,因而梯子永遠不可能伸出視界。(這個說法不嚴格是因為在黑洞內部「靜止」的參考系是沒法定義的,在黑洞外部則可以把「靜止」參考系放在離黑洞無窮遠處。)
如果用廣義相對論的概念略為嚴格地表述,普通物體(排除了光)在時空中的運動軌跡是類時測地線——可以理解為軌跡必須在光錐內部。如下圖所示,黑洞內部所有的光錐都是指向內部的。而普通物體的運動軌跡必須在光錐內部,自然也就永遠無法逃出黑洞。不過《三體》裡面的設定和這個略有不同:黑域是不包含奇點的,但部分時空結構應該有類似的特徵。
舉個不具有科學嚴謹性但有助於直觀理解的例子:下圖中的小蘿莉無論怎麼努力,也無法到達圓球赤道的位置;就像黑域中的人無論怎麼努力都沒法達到視界,儘管視界就在那裡。
(圖片來源:Inflatable Walk On Water Ball)題主和很多人一樣,總喜歡用工程方法解決理論問題,那麼我就用工程方法回答這個問題
假設三體低光速黑洞可無bug存在,相對論適用
題主的腦海里肯定想像低光速黑洞可以是一個純空間存在(肯定忘了中心還有個大質量體)
但是既然是黑洞,其中肯定要大質量體
大質量體的存在使得如果要保持自穩定,只有兩種情況
1:、物體之間剛性緊貼
2、繞質心做勻速圓周運動(行星軌道)或(拋物線運動(彗星軌道)
處於大質量體的質心伸出太空電梯的情況我就不論了,這種情況就像討論無限大是多大一樣
那麼處於軌道狀態下搭建太空電梯那麼這個電梯肯定是「有質量軸棍繞質心旋轉問題」
那麼從工程學上說:線速度角速度不同導致反潮汐力使得除了完美剛體存在否則本系統不存在,本來想畫圖,寫公式,懶,自己畫和寫去
那麼完美剛體存在么??如果完美剛體存在那麼超光速也是可能的
同時,電梯的頂端速度肯定超過了低光速極限(問為什麼的自己寫公式去,懶),越往外速度越大,速度越接近低光速極限質量越接近無窮大,所以這還是個工程問題謝邀沒有太空電梯了,什麼都沒有了
在光速為每秒 16。7 千米的世界裡生活是什麼樣子現在 還不得而知,但可以肯定的是,那個世界中的電子計算機和量子計算機只 能以極低的速度運行,人類可能退回到低技術社會,這是比智子更強的技 術鎖死。所以,黑域安全聲明除了自我隔絕外,還有技術自殘的一面。這 也就意味著人類將永遠沒有力量飛出自造的低光速陷阱了。
——《三體3》
黑域設定本身硬傷頗多,如果真的考慮書中所說的那種黑域——也就是除了光速啥也沒變(實際上這不可能,就好像二維平直歐幾里德空間中三條直線不可能兩兩垂直一樣),那麼大劉的太陽系黑域還是有硬傷,那就是16.7。就算不考慮16.7,比如我把它改成1km/s,那麼由於黑域內部只有光速改變了,太空電梯在勻速運動的情形下理應能飛出黑域。為什麼?很簡單,太空電梯軌道幫助電梯抵擋了很大一部分來自太陽的引力(通過繩子啥的),因此即使電梯的動能很小也能飛出去,況且勻速運動時肯定有發電廠啥的提供能量抵消引力勢能,所以肯定出的去。
這下奇怪了,別的答主都說出不去題主憑啥相信我?原因很簡單:黑域本身在現有理論框架內(指量子理論和廣義相對論)中不能存在,硬傷比@Wenshuo Wang 的後宮妹子數還多(霧),所以用這些理論論證黑域完全就是耍流氓好么!科幻為什麼要這麼認真,都像你們這樣挑刺科幻作家們都得失業啊喂......其實相比這個問題我更想要了解另一個更bug的問題,就是黑域里的恆星就停止運動不在繞銀核移動了嗎?眾所周知普通黑洞的逃逸速度大於正常光速,所以不管這個奇點怎麼移動,黑洞視界永遠都在那裡。但是黑域只是降低了某一空間的的光速,而其它空間的光速還是正常的,那麼恆星一旦移出這一區域,進入常光速空間黑域就不存在了。那麼我們都知道恆星本身受到其它天體引力的作用肯定是在移動的,目前沒有理論說空間本身也在移動,那這個悖論怎麼解釋?恆星會移動出黑域嗎?還是整個星系都會在黑域邊界被撕碎?
首先,樓主的考慮是基於我們平常所習慣的歐氏空間的,然而在黑洞中,由於強大的引力,整個時空被極度扭曲,極度非歐空間的,所以樓主的電梯進入視界之後只會不斷下墜,永無終點。
其次,黑洞不僅是「物質的黑洞」,也是「信息的黑洞」,黑洞中的信息是無法傳遞到視界之外的不能即便是太空電梯你的速度也無法達到逃逸速度啊~(光速不可超越適用於黑域)
太空電梯根本沒辦法架起來,低光速黑洞邊界本身是無堅不摧的,電梯軌道在通過邊界時會從基本粒子開始瓦解,所以,就算不考慮相對論,太空軌道在邊界也到頭了,就算人真的可以出去,出去的也不是個完整的人,而是一堆離散的粒子
題主我告訴你,太空電梯走不出黑洞。
但是——
三體里那玩意不是黑洞!不是逃逸速度等於光速的就叫黑洞,他引力還得無窮大啊!在地球上你有個梯子,可以選擇把它向上下左右前後擺,然後爬梯子前往那個方向。
但在黑洞內部,引力掰彎了空間,導致上下左右前後都是下,你無法選擇往其他方向擺梯子,只能越走越向下問題在於,題主所理解的黑洞在微觀上是靠電磁力來維持固體外形的,而電磁作用力的傳輸速度是光速。。。所以。。。
個人理解豎直的太空電梯會被空間扭曲成螺旋線,最外圈是封閉的圓,你繼續加高太空電梯也只是沿著圓周蓋塔,出不了低光速黑洞
民科回答。低光速黑洞實際上應該是四維曲率問題。在四維上黑洞是一個封閉球面,出不去。想像一隻二維螞蟻在一個三維球體內爬行。
厲害!
其實我覺得題住的思路是用某種支架把飛行器架到足夠高的地方再開始啟動也許能用很小的動力就能飛出去?或者乾脆直接架出去?
可是在那種技術條件下實現的了么
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