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04 落入黑洞 Falling Into a Black Hole(第2页)

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与远处观测者使用的时钟相比,本地时钟(不管是原子钟还是生化钟)越靠近黑洞,运行速度就会越慢。

假设让另一组26个观测者处在一个不同的黑洞的相同情况下,进行你实验的另一项任务。

他们的排列方式与第一个黑洞附近的同名观测者相同。

不过在第二种情况下,黑洞的质量是第一次实验中黑洞的两倍。

相比第一个实验,你为第二组观察者所准备的作为礼物的特别时钟需要进行彻底的调整,直到每个特别时钟所需调整到的速率恰好是第一组实验中对应的时钟的两倍。

因为它们到黑洞中心的距离与第一组完全相同,而第一个黑洞的质量仅有第二个黑洞的一半。

黑洞质量越大,时间膨胀效应也会越大,而且越接近事件视界这种效应会变得越极端。

请注意,这种时间膨胀不是因为时钟离黑洞更近,而离你这个远处的安全观测者更远造成的。

光有额外的传播时间,对于远离黑洞的观察者来说,仅仅补偿传播时间是不够的。

无论你用哪种可靠的方法,当时钟越接近黑洞时,所测得的时间流逝的速率就越慢。

时间本身被拉长了(或者实际上是膨胀了)。

黑洞附近时间膨胀的必然结果是什么?在黑洞附近的观测者的参考系与离黑洞非常遥远的观测者的参考系中,其效应产生的结果截然不同,实际上可以说是天差地别。

现在让我们考虑一下,在你的第一个实验中,如果观察者A变得有点粗心并且弄掉了他的第一个时钟(就是他可以测量他所在位置固有时的那个)并使它落向黑洞会发生什么。

尽管发生了这场灾难,他仍然可以紧紧抓住你吸引他参与实验的礼物时钟。

你和A都会看到他的第一个时钟向洞口移动。

时钟会发现自己越来越快地进入黑洞。

你和A会注意到在下落的时钟上读到的时间与A的另一个时钟(被调整为比本地时钟运行得更快,与你的时间相同的时钟)上的时间差异更大了。

过了一会儿,你和A又会注意到下落的时钟的读数停止了。

从事件视界向远处的观测者发出的光子似乎无限期地停在了那里。

任何落入黑洞的物体在穿过事件视界的临界半径之后所发生的事情,对外部的观测者来说都是不可知的。

因此,事件视界可能会被当成时空中的一个洞。

正如我们在第1章中看到的那样,光无法从事件视界中逃出,这就是为什么事件视界是黑色的。

然而,在通过事件视界直线下落的时钟的参考系中,生活远非一成不变的。

从时钟的角度来看,假设黑洞的质量是我们太阳的10倍,那么它将在仅仅十万分之一秒内落到奇点。

如果时钟不幸落入一个质量是我们太阳的10亿倍的超大质量黑洞(例如我们在第8章讨论类星体时将遇到的那个),那么它在极大的事件视界和奇点之间的旅程将会是悠闲的几个小时。

黑洞附近的潮汐力

假设A一时心软希望与他掉落的时钟重新团聚,并想知道脚朝下跳进黑洞会发生什么。

接下来的事可以证明这种跳跃将是一个严重的错误,因为他最后生存的概率将为零。

作用在他脚上和头上的引力之间的差异将会变得非常大,诸如大质量物体的引力场之类都有这种特征,它们都是平方反比例场。

地球与月球的距离很远,但即使这样,地球两侧受到的月球引力的微小差异(也就是所谓的潮汐力),也会导致每天两次的涨潮落潮。

一般来说,由不同位置的引力差异所导致的力都被称为潮汐力。

还有其他因素可以丰富潮汐涨落的细节,例如由于月球的相对角度产生的引力以及大陆板块的具体形状。

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