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04落入黑洞……FallingIntoaBlackHole
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太近是有多近
如果你或者你的东西不幸落入黑洞会发生什么?在我们详细考虑这个问题之前,了解特定观测者的特定视角或参考系的影响是很重要的。
这意味着不同的观测者会看到非常不同的事情。
你如何看待落入黑洞的物体完全取决于你离这个物体有多远(以及你是否就是那个物体)。
在黑洞的事件视界之外的一个光子,因为它在视界之外,所以理论上可以逃离。
而在事件视界内,故事将会不同了——光子无法逃离黑洞的引力场。
但即使在事件视界之外,离开黑洞的光子也不会毫发无损地逃脱。
光子会由于要克服引力做功而损失能量。
这是一个引力势阱的例子,就像你将自己从深井中拉出来需要能量一样,光子也需要消耗能量以使自己远离大质量天体附近的区域;甚至从在地球引力中移动的光子当中,人们也已经测量到了这种效应。
光子的能量与其波长成反比:高能光子波长短,而低能光子波长长。
光子在从黑洞逃离时会失去能量,因此其波长会增加。
这会改变光的颜色,使其在光谱上从蓝色端(短波)向红色端(长波)移动。
这种移动被称为引力红移,产生于时空本身的延展,或由于黑洞之类的大质量物体作用而弯曲的地方。
要注意的是约翰·米歇尔虽然在暗星问题上给出了重要的原创想法,却错误地认为当光从势阱中爬出时速度会降低。
我们现在知道了受大质量恒星所影响的是光的波长(也就是频率)。
黑洞附近的时间会受到什么影响
在第1章和第2章中,我描述了时空是如何因质量(也就是自身会产生引力场的事物)的存在而变形的,而这意味着在黑洞附近不仅是空间,时间也会受到影响。
想象一下,你想与史瓦西黑洞保持安全的距离,但是你又想了解在其附近时间是如何表现的。
因此,你安排了26名固定的观察者安全驻扎在黑洞外靠近事件视界的地方。
这些观察者按照从A到Z的顺序命名,并且排成一条直线,其中A最接近事件视界,而Z最接近安全地待在远处的你。
从A到Z的每个观察者都有一个精确的时钟,来测量他们所在的特定位置的时间。
为说服A到Z参与这个实验,你还为他们每个人额外提供了一个不同寻常的时钟作为礼物。
这些时钟经过调整,与你所在的安全位置的时钟读数相同。
最接近你的参与者Z会发现他所拥有的两个时钟所读取的时间略有不同,因为他自己的时钟测量的是当地时间(术语叫作“固有时”
),其运行会比与你在更远更安全的距离所测量到的时间相同的礼物时钟更慢一点。
参与者Z到A所整理出的结果将显示出一个显著效应:与他们特别调整过的礼物时钟上所显示的远处的时间相比,越接近黑洞测时的时钟“运行得越慢”
。
爱因斯坦的广义相对论所描述的这种效应被称为时间膨胀。
对于更加靠近黑洞的字母表开头的观察者来说,效应会越来越明显。
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