黑洞内部什么样?物体掉入是静止在视界面上,还是被黑洞吞掉?
2023-04-24 来源:飞速影视
虽然科学家能够通过广义相对论来推测黑洞的内部结构,但无论是史瓦西黑洞的奇点,还是克尔黑洞中的奇环,这些都只是建立在几何学上的一种数学解。
所以对于这种传统意义的黑洞模型,可以说它更像是一种“数学黑洞”,对于真正存在于现实宇宙中的“物理黑洞”来说,它的内部究竟是什么样,质量是怎么分布的,是不是集中在一点,这对于科学家来说都是有挑战性的问题。

相对于纯数学上的黑洞来说,人类更关心的还是现实宇宙中存在的黑洞,如果从外部观察者的视角来看,掉入黑洞的物体在靠近黑洞的过程中,它所受到的引力会越来越大,由于引力红移,它发出来的光线的波长会被拉得越来越长,直到抵达无限红移面,波长被拉到无限长,所以会看到这个物体先是会变得越来越红,然后会变得越来越暗,因为波长慢慢超出了可见光波段范围。

同时,由于引力导致的时间膨胀效应也会越来越凸显,变现出来的现象就是这个物体的动作会变得越来越慢。从时间线上来说的话,它最终会静止在视界面上,也就是说它的时间在黑洞表面停止了。
那么问题来了,根据爱因斯坦的广义相对论,对于物体本身来说它肯定能顺利进入黑洞,但是对于外部的观察者来说黑洞到底有没有把这个物体吞掉呢?外部看的话它会永远静止在黑洞表面,所以按理说黑洞永远不会把这个物体吞掉,也就是所有要被黑洞吞噬的物质,最终都应该被“冻结”在视界面上,而不会落入黑洞。

但是实际在现实中,科学家又真真切切看到了黑洞确实不断地吞噬周围物质而在慢慢变大,这又作何解释呢?物理学家也同样想不明白,一直困扰了几十年。在黑洞之前,很多科学家认为恒星的最终归宿可能不止白矮星这一种情况,当质量大于1.44倍太阳质量时,恒星残骸将会继续坍缩,但是当时还没有中子星的概念,所以科学家认为恒星如果还继续坍缩的话,那肯定会坍缩到一个体积无限小的点上。

后来科学家发现白矮星这种电子简并态之后,可能还存在着稳定的中子简并态,从而认为稳定的中子星是可以存在的。也就是说对于质量足够大的恒星当燃料耗尽时,整个恒星向中心坍缩将会是持续性的,直至坍缩到它的引力半径(史瓦西半径)。此时的光波被无限拉长,从而外界无论在各个波段都无法看到该天体发出的任何辐射,但是霍金辐射要除外。

对于恒星本身来说,它可能只需要几天就会坍缩成黑洞,但是对于外部观察者来说,只能看见恒星的半径会缩小,然后逐渐接近它的引力半径,也就是说物质只能坍缩到视界面处,并不能继续坍缩到奇点,也就是物质都被冻结在了视界面上。
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