人如果落入黑洞會是什麼結果?會有什麼感覺?

黑洞 蘭州牛肉麵 冥王星 地球 物理 星宇飄零2099 2019-06-10

我喜歡這種腦洞大開的問題了。要討論人體進入黑洞的過程是什麼感覺之前,要先確定是什麼樣的黑洞,因為不同的黑洞,人體進入的過程是有天淵之別的。

按照目前理論,黑洞形成後對於外界只剩下三個物理量:質量、電荷和角動量。自然我們要對黑洞進行分類也只能通過這三個物理量的組合。為了簡化問題,我們吧電荷這個物理量忽略掉吧,因為作為一個人,我們都是由中性原子構成的,在我們還有感覺的情況下,黑洞電荷對我們的影響應該沒有另外兩個物理量大吧,而且關於電荷,好像已經超出廣義相對論範疇了。

因此我們就先以質量和角動量來把黑洞簡單分一分,為了不要寫得太長篇,就簡單分為四種吧:小質量的不自轉黑洞、小質量的高速自轉黑洞、超大質量的不自轉黑洞和超大質量的高速自轉黑洞。

人如果落入黑洞會是什麼結果?會有什麼感覺?

黑洞

小質量的不自轉黑洞(典型史瓦西黑洞)

小質量指的是恆星質量黑洞,一般幾倍太陽質量,按照奧本海默極限,大約在3.2倍太陽質量以上,可以假設為5倍太陽質量,下同。

5倍太陽質量的靜態史瓦西黑洞的視界半徑大約為15km,由於視界就是黑洞的邊界,因此我們說進入黑洞指的就是進入視界。在這麼小的半徑範圍內質心卻擁有5倍的太陽質量,其引力可想而知,由於半徑太小,在視界附近的引力梯度異常巨大,也就是就是時空彎曲的變化將極其嚴重,形象點說就是時空的坡度將變得“很陡”。由於三維空間的距離平方反比率(其實這個在極度彎曲的空間已經不太適用了),而對於一個2米不到的人體,在15公里的半徑範圍上,5倍太陽質量的中心引力,頭和腳的引力差將大得……一時語塞,不知道該用什麼形容詞了……反正就很大很大就對了。其實不用到視界附近,實際上很遠的地方的引力差(即一般所說的潮汐力)已經足夠把人體拉成蘭州拉麵了,當然由於人體並沒有蘭州拉麵那麼好的韌性,所以早就斷成細胞、分子了……

會不會很奇怪引力差為什麼能把人拉成蘭州拉麵?可以這樣理解,由於引力的距離平方反比率,一個2米的人體在一個半徑很小的範圍內,頭和腳的重力加速度將相差非常大。來看看計算重力加速度的公式吧:g=GM/R^2(黑洞附近實際上這條公式應該已經不適用了)當半徑R很小時,半徑增減2米得到的重力加速度結果將相差很大。由於黑洞質量太大了,用經典重力加速度公式實際算出來的數值並不準確,只是為了方便理解,比如在黑洞外1000公里半徑範圍上,頭尾引力加速度分別為663622.43km/s^2和663619.78km/^2,你減一下發現,頭和腳的重力加速度將達到2.65km/s^2,這相當於把你的的頭固定,然後給你的腳加一個2.65km/s^2的加速度,你猜猜會怎麼樣?我猜是會很爽的,反正會在你還沒感覺有多疼痛的時候就已經身首異處了……這樣說比較血腥,我們還是說蘭州拉麵吧……

人如果落入黑洞會是什麼結果?會有什麼感覺?

經典公式計算下的5倍太陽質量半徑1000km範圍的重力加速度差

超大質量不自轉黑洞(超大質量史瓦西黑洞)

質量設置多大好呢?就1億倍太陽質量吧,剛剛發佈的人類拍攝到第一個黑洞視界面的M87星系黑洞就是這個大小。65億倍太陽質量黑洞的史瓦西半徑大約192億km,相比之下,冥王星軌道半徑才60億公里左右,也就是達到冥王星公轉軌道半徑的3倍多……在這樣的半徑距離上,引力梯度將非常小了,時空相對平緩,對於這樣的大小的黑洞,在視界處的人體頭腳2米的引力差將足夠小,甚至不會比現在地球上大,這樣的黑洞人體將能安全通過。當人落入這樣的黑洞,將看到視界慢慢變大並佔滿整個視野,然後眼前一黑……對於外界,你就進入永恆了,但對於你自己,你將快速向奇點陷落,隨著加速下落,離奇點的距離越來越近,引力梯度將漸漸變大,時空彎曲越來越嚴重,最終你還是躲不過被拉成蘭州拉麵的命運……

人如果落入黑洞會是什麼結果?會有什麼感覺?

65億倍太陽質量視界處的重力加速度差

小質量的高速自轉黑洞(典型克爾黑洞)

5倍太陽質量的克爾黑洞的的視界半徑大約……等等,克爾黑洞的視界半徑不同於史瓦西半徑,史瓦西半徑只由一個參數——質量決定,而克爾黑洞在史瓦西黑洞的基礎上還增加了一個角動量的參量,這體現在黑洞的自轉速度上。我們同樣來點極端的,給它一個極端的轉速,也就是它物理允許的最高轉速,那麼它的視界半徑將比史瓦西半徑小一倍左右,約8km吧。由於高速自轉的黑洞將帶動周圍時空繞自身旋轉,這被稱為參考系拖拽效應。因此人體落入黑洞的過程將不再是直掉進去,而是沿著被黑洞自轉扭成螺旋形的時空落向黑洞,這樣雖然史視界半徑比史瓦西黑洞更小了,但引力梯度反而也更小了,也就是說同樣在視界處,高速自轉的黑洞人體頭腳的引力差將更小。然而由於這黑洞實在太小了,人還是會被它拉成蘭州拉麵……

超大質量的高速自轉黑洞(超大質量克爾黑洞)

根據我上面給出的超大質量黑洞數據你一定猜到了,這個黑洞就是新近發佈的人類拍攝的第一個黑洞視界圖片——M87橢圓星系中心黑洞!

人如果落入黑洞會是什麼結果?會有什麼感覺?

65億倍太陽質量的M87橢圓星系中心黑洞

進入這種帶吸積盤的黑洞你得做好隔熱防輻射措施,否則還沒接近視界就被燒得灰飛煙滅了。由於克爾黑洞比同質量的史瓦西黑洞的引力坡度更小,所以可以很舒服地進入視界,然後你可能會有幾種結局,一種是由於黑洞轉的太快了,你將經過漫長的時間都落不到引力梯度足夠大的區域從而被扯成蘭州拉麵,你有可能在無限的下落中餓死了……還有一種情況就是在下落中掉進時空坡度相對平緩的下落奇點或外飛奇點,這在《星際穿越》裡被稱為溫和的奇點,你同樣有可能活下來,但落入奇點會發生什麼就不知道了……還有一種就跟之前的史瓦西黑洞結局一樣,隨著向中心奇點下落,離中心奇點半徑縮小,你的頭腳引力差將迅速增大,最終還是被拉成蘭州拉麵……

總結

在所有拉成蘭州拉麵的過程中,你都會經理痛苦的五馬分屍一樣的過程……不會是好的感受……珍惜生命,遠離黑洞!

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