了不起的物理

51 如果黑洞進不去,它是怎麽吸東西的?

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前篇說到,理論上黑洞根本就無法進入,但其實在現實中,黑洞在不斷地吸收物質,還有黑洞合並的現象發生。這又是為什麽呢?

黑洞吸收物質的過程,並非把物質吸引到自己原本的視界線範圍內,而是當周邊物質與視界線接近到一定程度時,黑洞的視界線會擴大,把被吸的物質包含進去。這個吸收過程,並非黑洞在那裏不動,等著物質進去,而是當物質靠近到一定程度,黑洞就會“主動出擊”,把物質“攬”進去,進去後,黑洞的範圍變大了。所謂黑洞吸收物質,其實是黑洞的視界線擴大來迎合物質。

我們可以考慮一個相對容易理解的過程:兩個黑洞合並。兩個黑洞的合並不應理解為一個黑洞進入另一個黑洞。可以想象原本隻有一個黑洞的時候,我們研究這個黑洞視界線外的某一區域,既然是在黑洞視界線之外,此處的時空尺度並未被壓縮為零,所以它是正常時空。但隨著另一個黑洞的靠近,這個本來不是黑洞內部的點,也會疊加另一個黑洞的引力,因此此處的時空尺度會被壓縮得越發劇烈。當另一個黑洞來到足夠近時,該點的時空尺度已被壓縮為零,於是它就變成了黑洞內部的一個點,原黑洞的視界線範圍就擴大了。所以說黑洞的融合過程,並非一個黑洞進入另外一個黑洞,也不是兩個黑洞發生碰撞,而是在兩個黑洞靠近的過程中,每個黑洞的視界線範圍都在不斷擴大,當兩個黑洞靠得足夠近時,它們中間的區域疊加了兩個黑洞的引力,在兩個黑洞還未碰到一起時,中間區域就已經被轉化為黑洞的一部分了。

前篇提到,一個觀察者無法進入黑洞,我們假設這個觀察者是一個純粹的時空觀察者,這個觀察者被抽象成質量為零,所以他永遠無法達到黑洞邊緣。但黑洞吸收物質的過程是什麽樣的呢?比如,黑洞撕碎一個恒星,吸收恒星物質的過程,其實是恒星的物質靠近黑洞邊緣時,恒星的質量也會壓縮周圍的時空,當恒星靠近黑洞到一定程度時,它周圍的時空尺度被壓縮為零,恒星的位置就自然變成了黑洞的一部分,它被黑洞擴大了的視界線包含進去了。這才是對於黑洞吸收物質以及黑洞合並過程的正確理解。