作者：Leo Rodriguez
翻譯：張硯斌
校對：王婧彧 王茸 楊伯順 張宇辰
審閱：牧夫校對組
美編：崔郁
后臺：庫特莉亞夫卡 李子琦 徐⑨坤 胡永葳
原文鏈接：https:///news/2021/02/could-a-human-enter-a-black-hole-to-study-it
black hole
成為意大利面條人就能研究黑洞嗎
2021.02.08
一個掉落進黑洞的人，當(dāng)靠近黑洞邊界的時候，將會被拉長
Leo Rodriguez and Shanshan Rodriguez, CC BY-ND
“人類能進入黑洞去研究它嗎？”
Pulkeet, age 12, Bahadurgarh, Haryana, India
要解開黑洞的謎團，人類應(yīng)該冒險進去研究。然而， 這里存在一個相當(dāng)復(fù)雜的問題，只有當(dāng)這個黑洞是超大質(zhì)量且孤立的，并且進入黑洞的人不指望向整個宇宙的任何人報告這些發(fā)現(xiàn)時，人類才能做到這一點。
我們都是研究黑洞的物理學(xué)家，盡管是從一個很安全的距離去研究它。黑洞是我們宇宙中最多的天體物理研究對象。從宇宙大爆炸直到今天，這些有趣的天體是宇宙進化發(fā)展的一種必要成分。它們可能對我們銀河系中人類生命的形成產(chǎn)生了影響。
black hole
01
兩種類型的黑洞
整個宇宙就是由不同類型的黑洞組成的一個巨大的“黑洞”動物園。
就像電子或質(zhì)子在原子中的存在一樣，這些黑洞的大小和帶電性各不相同。實際上有一些黑洞還是在旋轉(zhuǎn)的。與我們的討論相關(guān)的黑洞有兩種類型。第一個不旋轉(zhuǎn)，是電中性的-即不帶正電或負電-并且具有一個太陽的質(zhì)量。第二種是超大質(zhì)量黑洞，其質(zhì)量是太陽質(zhì)量的數(shù)百萬至數(shù)十億倍。
除了這兩種類型的黑洞之間的質(zhì)量差異外，它們之間的區(qū)別還在于從中心到“事件視界（一種稱為徑向距離的度量）”的距離。黑洞的事件視界是事物無法返回的界限。任何超過這一點的東西都會被黑洞吞噬，并從我們已知的宇宙中永遠消失。
從黑洞的質(zhì)量中心到無法克服黑洞引力的地方的距離叫做事件視界
Credit: Leo and Shanshan, CC BY-ND
在事件視界中，黑洞的引力是如此強大，以至于沒有任何機械力可以克服或抵消它。即使是光，我們宇宙中運動最快的東西，也無法逃逸，因此被稱為“黑洞”。
事件視界的徑向大小取決于各個黑洞的質(zhì)量，這也是一個人跌入黑洞能否生存的關(guān)鍵。對于一個太陽質(zhì)量的黑洞，事件視界的半徑將小于2英里。相比之下，我們銀河系中心的超大質(zhì)量黑洞的質(zhì)量約為400萬太陽質(zhì)量，它的事件視界半徑為730萬英里或17個太陽半徑。
因此，落入恒星大小的黑洞的人會比通過超大質(zhì)量的黑洞時更靠近黑洞中心，然后才越過事件視界。這意味著，由于距離黑洞中心十分近，黑洞作用在人的頭和腳趾上的引力的的差異將達到1萬億倍，并且這取決于人體的哪一端先和事件視界接觸。換句話說，如果此人先落下腳，則當(dāng)他們接近恒星質(zhì)量黑洞的事件視界時，與頭上受到的黑洞引力相比，其腳上的引力將成倍增大，該人將經(jīng)歷意大利面條化，并且很可能在被拉伸成細長的面條狀后無法生存。
當(dāng)人接近太陽大小的黑洞的事件視界時，人的頭和腳趾受到的拉力存在著巨大差異，這會使人伸展到很長的面條，因此稱為“意大利面條化”
Credit: Leo and Shanshan Rodriguez, CC BY-ND
現(xiàn)在，落入超大質(zhì)量黑洞中的人到達事件視界的距離將遠離引力中心，這意味著頭部和腳趾之間的引力差幾乎為零。因此，這個人會安然無恙地穿過視界，不會被拉長成一條又長又細的面條，會幸存下來，并無痛地漂浮在黑洞的視線之外。
一個落入超大質(zhì)量黑洞的人將會幸存下來
Credit: Leo and Shanshan Rodriguez, CC BY-ND
black hole
02
其他考慮
我們在宇宙中觀察到的大多數(shù)黑洞都被非常熱的物質(zhì)盤所圍繞，這些物質(zhì)主要由氣體和塵埃或其他因太靠近事件邊界而落入黑洞的物體（例如恒星和行星）組成。這些盤被稱為吸積盤，非常炙熱和不穩(wěn)定。身處這樣的環(huán)境肯定不舒服，并且會使進入黑洞極為危險。為了安全進入一個黑洞，你需要找到一個完全隔離且不以周圍的物質(zhì)，氣體甚至恒星為食的超大質(zhì)量黑洞?，F(xiàn)在，如果一個人發(fā)現(xiàn)了一個適合科學(xué)研究的孤立的超大質(zhì)量黑洞并決定冒險，那么黑洞內(nèi)部觀察到或測量到的所有東西都將被限制在黑洞的事件范圍內(nèi)。
請記住，任何事物都無法逃脫超出事件視界內(nèi)的引力，墜落者將無法將其發(fā)現(xiàn)的任何信息發(fā)送到此范圍之外。他們的旅程和發(fā)現(xiàn)將永遠消失在外面的宇宙中。但是只要他們能幸存下來，也許會享受這趟旅程。
『天文時刻』 牧夫出品
微信公眾號：astronomycn
球狀星團M53中的藍離散星
影像來源及版權(quán)：ESA/Hubble，NASA
