3-3黑洞旅遊指南

(三)黑洞旅遊指南

1.拉麵條現象

理論上，假設太空人趨近黑洞時，便會被一股強大的重力扯入，在扯入之前，太空人會被拉扯為細長形狀，並且因光線扭曲而紅移；也就是說，在太空人尚未進入事件視界之前，外界的觀測者會看見太空人的影像拉長且趨於紅色，最後便被巨大的重力撕裂，此為「拉麵條現象」。

 

 

 

 

 

2.落入吸積盤

先前已提過，吸積盤的溫度極高(約攝氏1億度)，更精確地說，欲往黑洞內移動，所受的能量會愈高。物理學中，能量可以視為「熱」與「運動」的合共，也因此，當物質愈往黑洞(重力阱)下掉，便會感受到「加熱」與「加速」的兩種狀態，直到落入奇異點絞碎。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3.光線的扭曲

愛因斯坦的廣義相對論中，已經提到「重力」會使光線偏折，而具有重量的物質皆有一定的重力，當重量大、重力也愈大。也就是說，黑洞擁有極為強大的重力，那麼周遭的光線也必定會有所扭曲，因此，若太空船行經黑洞附近，所見的景象也必有所視差。我們舉一個假想例子:假設觀測者(也就是我們)位於黑洞前，某物(在此比喻為大象)則在我們所見的黑洞後方，然而，由於黑洞重力場致使光線彎曲，因此，我們所見的大象影像便是在黑洞的左後方(如下圖示)。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4.影像與時間的紊亂

假設我們在黑洞周圍航行，當即將抵達事件視界時，由於重力會使光線紅移，因此在外界看見趨近黑洞的我們的影像皆呈紅色。再加上光線彎曲效應，影像更會隨之扭曲，甚至能見紊亂重疊的影像─這即是我們進入事件視界前的一幕。那麼，強大的重力場還會造成什麼效應?當重力愈大，則時間會漸慢。如果我們再通過事件視界前，仔細看著手錶，則會發現:愈趨近黑洞內，時間將會漸慢而停止，最後，將伴隨著紊亂的時空落入事件視界。

 

 

 

5.黑洞的鏡像

順帶一提:當我們趨近於黑洞時，光線是扭曲混亂的，甚至能看見自己的「鏡像」。這種現象的產生，係因為從我們背部反射出的光線環繞黑洞一圈後，再回到我們面前。也就是說，如果我們在此拿起鏡子照臉，鏡中自己影像的後方，還會再出現一張自己的臉。而此現象，則是因為自己正面反射出的光線，正好與方才反方向，也繞了黑洞一圈後，又在自己身後製造出正面影像。倘若我們所面臨的對象是星系中心的「超重黑洞」，則大約在數百萬公里外的星系盤上，便能在前方見到自己的背影。當我們進入了事件視界，下一站即是時間與空間的終點─奇異點。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6.粒子漩渦

黑洞能將所有物質(包含光)吸入，在吸入之時，當然周圍的能量場也會跟著遭殃，所以，黑洞視界附近應該具有強大的各種能量。物質由粒子構成，因而被黑洞吸入之時會由物質分解成粒子狀態，到了視界附近，則會伴隨著各種能量，如同攪拌器般的快速捲入黑洞，這種現象我將它稱作「粒子漩渦」，亦即掉落黑洞的粒子如同漩渦般地被捲入奇異點而絞碎。

 

 

7.最後的畫面

當我們愈陷入黑洞之時，身後的世界會逐漸變亮且變小，其中背後星空的色彩也會由紅轉黃，由黃再變綠，最後由綠轉藍。這是因為進入黑洞能量增高後，光的波長變短，導致眼前一切藍移。反之，正如先前所提過的，外界看著我們不斷接近黑洞的身影時，影像會呈現紅色。

接著，我們來探討屆時的感覺與外界所見:假如位在遠方的家人，看著逐步接近黑洞的我們，他們所見的影像是我們移動愈來愈慢，甚至如同定格動畫一般，呈現滯留的畫面。以本銀河系中央超重黑洞為例，當距離史瓦西半徑1.00004倍遠處的嬰兒，正好迎接1歲生日時，距離史瓦西半徑1.01倍遠處的嬰兒，早已成為15歲的少年；距離史瓦西半徑1.5倍遠的地方的嬰兒，則已是88歲的老人；而位在地球的嬰兒，已屆150歲高齡，早已壽終正寢(如左下圖示)─也就是說，當前往黑洞者遲遲無法再趨進一步時，遠方觀看的家人年紀卻不斷增長、衰老。儘管如此，外界看見的我們仍是以極為緩慢的速度趨向前，也就會是永遠停滯在那裏的畫面。

如果遠方觀測者看見的我們，是如同定格動畫般的緩慢，那麼實際上自己的感受又是如何?事實上，一步步逼近黑洞的我們，會在一瞬間越過史瓦西半徑，僅在數秒內就被吸進黑洞裡─這即是我們的體驗。而造成外界與本身的視點差距之原因，便是因為外界和身陷黑洞的我們時間流動差距是不一樣的(所在位置的重力大小不同)。假設我們的目標是銀河系中央的超重黑洞(質量約為太陽10⁶倍)，那麼我們實際上由史瓦西半徑落入奇異點時，所感受到的時間只有短短15秒──當然，在外界看來，我們的影像仍是滯留在外，遲遲不落入黑洞裡。

※製造黑洞: 根據研究推論，質量小於10-5公克以上的物質不可能壓縮成黑洞；質量僅有10-5公克的物質，只要縮小到10-33公分，就能成為黑洞，而在此情形下，密度可能會成為每立方公分1094公克，等同於將宇宙縮小到原子核般的尺度。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

如果遠方觀測者看見的我們，是如同定格動畫般的緩慢，那麼實際上自己的感受又是如何?事實上，一步步逼近黑洞的我們，會在一瞬間越過史瓦西半徑，僅在數秒內就被吸進黑洞裡─這即是我們的體驗。而造成外界與本身的視點差距之原因，便是因為外界和身陷黑洞的我們時間流動差距是不一樣的(所在位置的重力大小不同)。假設我們的目標是銀河系中央的超重黑洞(質量約為太陽10⁶倍)，那麼我們實際上由史瓦西半徑落入奇異點時，所感受到的時間只有短短15秒──

當然，在外界看來，我們的影像仍是滯留在外，遲遲不落入黑洞裡。