【极重篇｜第三章 ：广义相对论的预言：黑洞】03 进入黑洞会怎样

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严老师讲义 

了解了真正的黑洞是什么，以及它是怎么形成的，我们自然会想做一些实验和操作。

以现在的科技水平距离真的做黑洞实验还非常远，毕竟我们2019年才真正拍摄到了黑洞的照片。这一节我们就对黑洞做一些思维实验，当我们真的接近黑洞，甚至进入黑洞，会看到哪些神奇的效果。

3.3.1 潮汐力

当你尝试靠近一个黑洞，首先会被拉长成一根面条。这个把你拉成一根面条的力，叫做潮汐力。严格意义上来说，它不是一个真实的力，而是因为时空扭曲的不均匀导致的，只是它的效果体现为一种力。

潮汐力，顾名思义，跟地球上为什么会有潮汐的原因是一样的。

地球的潮汐是因为月球的引力作用在地球的海水上导致的。

从引力的观点看潮汐力的产生，是因为引力差。一个有大小的物体，在天体的引力场的作用下，靠近天体的那一端，感受到的引力是更大的，远离天体那一端感受到的引力是更小的。

根据牛顿第二定律，我们知道物体的加速度正比于所受到的外力。既然靠近天体的那一端受到的力更强，那么必然加速度更大，远离天体的那一端相反。

如果我们把这个物体想象成一根弹簧，这根弹簧一头对着天体，另外一头远离天体。弹簧对着天体的那一端会更快的加速，远离那一端加速没那么快。弹簧两端运动的加速度不一样，在一定时间内它们跑过的距离就不一样。

比如说，这跟弹簧原本只有1米长，但是靠近天体那一端加速度大，一秒钟走了1米，远离那一端加速度小，一秒钟只走了0.5米。这样一来，这根弹簧就被拉长为1.5米，这就是潮汐力的作用，它有把物体拉长的趋势。

这就是为什么地球上会有潮汐， 在月亮引力差的作用下，地球上的海平面被两端拉高了。不难想象，如果靠近像黑洞引力如此强劲的天体，必然会受到很强的潮汐力，所有靠近它的东西，都会被拉得细长，甚至拉断。

这是从万有引力的角度分析，但我们知道，根据广义相对论这是不正确的，我们可以不用引力的观点，只用时空扭曲来解释这个问题。

比如，把一根圆柱体放在一个天体引力场中，它靠近天体的地方空间压缩更为剧烈，远离天体的地方相反。那么整根圆柱体的形状就会发生改变，变成一个细长的圆锥梯形。圆柱体当中会感受的形变带来的应力，这个力的效果，就是潮汐力。

当你试图靠近一个黑洞，你一定会受到非常强烈的潮汐力的撕扯。所以不要说进入黑洞，连靠近黑洞都十分困难，十分痛苦。

黑洞的潮汐力

3.3.2 黑洞外的人看黑洞里：我们能进入黑洞吗？

即便能熬得住潮汐力，我们真的能进入黑洞吗？

从广义相对论的角度去看待这个问题，我们要明确这里是对于谁来说，能不能进入黑洞。？

先站在黑洞外的观察者的角度来看这个问题，根据广义相对论，引力场越强的地方，时间的流逝速度就越慢。

这里说的是相对一个处在弱引力场的观察者来说，处在强引力场的人的时间的流逝速度是更慢的。本身处在强引力场的人，不会觉得自己的时间流逝速度变慢。

我们假设有两个人，他们分别是爱因斯坦和普朗克。普朗克准备去探索一下黑洞，爱因斯坦站在离黑洞比较远的地方看着普朗克往黑洞进发。

这个过程中，爱因斯坦会发现当普朗克越发靠近黑洞，普朗克的时间流逝速度就会越来越慢。

在出发去黑洞之前，普朗克和爱因斯约定好每隔一分钟普朗克给爱因斯坦发一条信息。当普朗克越靠近黑洞，外面的爱因斯坦会发现，他接收到信息的时间间隔就越来越长。

普朗克按照自己手表上显示的时间，每隔一分钟发一条信息给爱因斯坦。但这一分钟，在外面的爱因斯坦看来，是越来越长的。因为普朗克的引力场越来越强，它时间被压缩了。

如果我们把这个情况推到极致，当普朗克真的靠近黑洞，他的一分钟对爱因斯坦来说会越来越趋向于无限久。

为什么呢？因为根据黑洞的定义，外界正常时空的时间间隔，在视界线上会被极致压缩成零。不管你外面的时间是多少，到黑洞里都会被压缩成零。

也就是对于外面的人来说，越靠近视界线，时间流逝的速度就会越慢。爱因斯坦看普朗克的动作越发会是慢动作，推到极致普朗克干脆就不动了。对于外面的爱因斯坦来说，他根本等不到普朗克进入黑洞。

3.3.3 黑洞里的人看黑洞外：宇宙瞬间完结

我们再换到普朗克的角度来看看，他自己能不能进入黑洞？

答案应该是可以的。对普朗克来说来说，视界线离自己有限远，并且自己的时间以正常的速度流逝。所以他可以轻松跨过视界线，一旦他到达视界线，整个宇宙就在这一瞬间结束了，除非宇宙能存在的时间是无穷久的。

因为当普朗克靠近视界线，外面的时间流逝速度就越快。自己的一秒钟，可能一开始等于外面的两秒钟，随着他的靠近，一秒钟变成外面的一小时、一天、一年、一世纪、一亿年，十亿年。

所以当普朗克非常接近视界线，他会看到的是宇宙在转瞬之间全部结束。

因此，除非宇宙可以永远存在下去，否则普朗克大概也看不到自己进入黑洞。因为如果宇宙迎来某种终结，我们无法知晓这个黑洞内会发生什么事。看来黑洞确实是十分危险的存在，我们也曾经说过，进入黑洞就出不来了。

就目前的情况看，在有限的时间里，我们似乎根本没法真正进入黑洞。如果不进入黑洞，只是非常接近黑洞，我们还能出的来吗？下一节我们来集中讨论这个问题。