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04 落入黑洞 Falling Into a Black Hole(第3页)

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但即使地球表面完全被海洋覆盖而没有陆地,仍然会有潮汐,其导致的海平面每天两次的变化幅度约20厘米,这仅仅是因为地球上的点到太阳距离不同,所受到的引力也有差别。

现在让我们来考虑一下比我和地球中心之间更小的距离。

当我坐着写下这一章的时候,我的头比我在书房地板上的脚要高出1米多一点。

因此,我的脚比我的头更靠近地球的中心。

因为引力遵循平方反比定律,所以会表现得好像地球的所有质量都集中在地球的正中心;而因为我的脚比我的头到这个中心的距离更小,所以我的脚会感受到更大的引力。

但实际上,这个差异是相当微弱的:每相隔1米,重力的差异是千万分之三。

这种差异这么小是因为我距离地球中心大约6400千米。

接近黑洞这样的点质量时,径向相隔1米的两个点所受到的引力差异将更加极端。

在接近奇点时,A的脚所受到的拉力将会超过他的肌腱和肌肉的承受范围,从而将它们从A身上撕扯下来,而他本人会被拉长成类似长意大利面一样的东西。

所以最好不要跳向黑洞。

动态时空

黑洞的旋转不仅对围绕它运行的物质的轨道有着重要影响,还可以影响从黑洞中提取能量的多少。

根据罗伊·克尔的工作和他的爱因斯坦场方程解,我们知道了粒子绕着黑洞转的最小轨道只取决于黑洞的旋转速度。

如图13所示,黑洞旋转的速度越快,物质在被黑洞吞没之前就能靠得越近。

尽管黑洞外面除了虚空什么都没有,但如果你让某个东西直直落向一个旋转的黑洞,它将开始绕着这个黑洞转。

在能层之外,还有可能靠火箭克服这种参考系拖曳,但在它的内部则不能这么做。

在旋转黑洞能层内部也就是事件视界之外的区域,没有任何东西可以停滞不前。

旋转黑洞实际上拖动了时空,以及周围时空中的物体。

这种参考系拖曳的另一个效应是,即使光正朝着黑洞旋转的反方向行进,它也将被带动以相同的方向绕着黑洞转。

图13 气体绕着旋转黑洞的轨道会比绕着无旋转黑洞的轨道更靠近黑洞

绕着黑洞运行

思考诸如我们的太阳在此刻突然变成一个黑洞会发生哪些事情,是非常有意思的。

你或我注意到的第一件事将会发生在8分钟后,我写作时所沐浴的美丽的春日阳光会突然消失。

虽然与第8章将会讨论的类星体和微类星体相比,我们称之为太阳的这颗孤单的恒星的光度很小,但它离地球的距离近到可以为我们的星球提供平均每平方米一千瓦的能量。

值得注意的是,这足以供养地球上的所有生命,植物得以生长,然后被动物吃掉,再然后动物又被其他动物吃掉。

太阳一直是这一切背后的推手。

但如果太阳内部的聚变停止并且(与所有人的预期相反)坍缩成黑洞,那么它将变得非常黑暗,而我们最终都会死亡(这是一个有些令人沮丧的前景,但我希望读者坚持看到第7章,在那里我们将了解到我们的太阳不是那种能形成黑洞的恒星——它的质量太轻了)。

但从动力学角度而言,对于地球这颗行星和我们所考虑的整个太阳系的行星、矮行星和小行星来说,什么都不会改变。

绕着太阳运行的所有大质量物体将在几乎相同的轨道上继续运行。

引力的作用方式是,无论太阳是否具有与现在相同的大小,或者是否坍缩成直径3公里的事件视界以内的奇点,其外面的引力都将保持不变。

在引力作用下,球对称坍缩成的黑洞并不会改变绕转物体的角动量,因此太阳系内的规律、演化和潮汐都将完全不变,只是缺少了阳光。

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