黑洞真的無法逃離么?如果無法以大於光速的初速度拋出物體,那麼能否用推進器始終保持某個正常速度推出呢? |

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.

【時見疏星的回答(56票)】:

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。

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。

然後回答通天塔的問題

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通過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。)

    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。

    【陳浩的回答(9票)】:

    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。

    【Ivony的回答(4票)】:

    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。

    【李虹銘的回答(4票)】:

    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」

    【張玥的回答(1票)】:

    @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.

    【wheeler的回答(0票)】:

    假如把你投入黑洞。 那麼 一個詭異的現象是。 你會在視界附近越來越暗 並且越來越慢的進入黑洞。 事實上 鑒於類空區的存在。 在黑洞外的觀察者看來。 你是可以逃離的。只不過需要無用多的時間。 也就是。你永遠也無法逃離。當你逃離的時候 已經過了永遠。

    【張彩路的回答(0票)】:

    早期黑洞的概念

    黑洞概念的起源要回溯到1783年,雖然那得黑洞概念與我們如今所說的黑洞其實沒太大的關係。英國地質學家米歇爾(John Michell)利用牛頓萬有引力定律和光的微粒說得到了一個推論,如果一顆直徑比太陽大幾百倍,密度與太陽一樣的星球,物體在它表面的逃逸速度將會超過光速C。這意味著該星球對遠方觀測者來說將成為一顆「暗星」(dark star),因為作為微粒的光將無法從它表面逃逸到遠方就被引力拉了回來。不久之後(1796年)法國數學家拉普拉斯 (Pierre-Simon Laplace)在其著作《世界體系》中也提出了類似的推論。這個在今天看來只有中學水平的推論,就是黑洞概念的萌芽。但是,真正現代意義上黑洞概念的起源是在愛因斯坦發表「廣義相對論」之後的事情。

    這裡有黑洞的詳細介紹自己看吧太多無法複製了http://www.idemag.cn/portal.php?mod=topic&topicid=1

    【HolyPerry的回答(1票)】:

    保持某個正常速度也就是受力平衡了吧,不能存在加速度。那麼物體就只能做圓周運動了。所以,掉入黑洞視界的物體不一定永遠的落向奇點,還有可能圍繞奇點運動。就像地球繞太陽運行一樣。

    【荊全齊的回答(0票)】:

    進入黑洞一切信息丟失,也就意味這你變成一團漿糊了,完完全全的漿糊。不可能出來了

    【楊博霄的回答(1票)】:

    根據相對論來說,光速是只可以接近但不能達到的,而整個狹義相對論的體系就建立在這一假設之上,目前看來狹義相對論是正確的,所以就不能以大於光速的初速度拋出物體了

    【莊園的回答(0票)】:

    落入黑洞的一切物質所攜帶的信息都會丟失。最終以能量輻射的方式極為緩慢的釋放出來,所以你可憐的宇宙飛船一旦掉入黑洞是不可能原樣出來了,但攜帶的能量與金屬可以轉化為能量輻射出來,只是速度極為緩慢。可以買一本史蒂芬·霍金的《時間簡史》了解為何黑洞可以釋放能量輻射。

    【鋼盅郭子的回答(0票)】:

    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

    【胡威的回答(0票)】:

    變形金剛 里的機器人 好像沒能跑出去,也許是因為機器人不夠多,塞進去的東西少了,然後就被弄進黑洞了

    【武化柱的回答(0票)】:

    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。

    原文地址:知乎


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