这是我在知乎的里的一个回答,因为跟上一篇文章《如何才能解开黑洞奇点之谜?》关系比较密切,因此把它贴了出来。阅读原文为知乎的原答案。
首先,我们要明白黑洞它不是一个洞,我们一般看到的那个黑圆圈是黑洞的视界(因为视界内光也出不来,所以是完全黑的)。在视界以内,引力会超过其他所有的作用力,所以:物体一旦被吸入黑洞视界内部,强大的引力会把一切物体都吸向奇点(这里只考虑最简单的不旋转的黑洞)。
也就是说,从黑洞的视界内部到奇点这一段空间里,空空如也,什么都没有。
问题的关键就出在这个奇点的形成上。
奇点的形成
为什么这么说呢?根据广义相对论,在恒星坍缩形成黑洞的时候,如果恒星已经被包围在视界内部了(这个视界的大小只跟星体的质量有关),那么它将不可避免的继续坍缩(引力超过一切),它越坍缩,密度越大,引力越大,坍缩得越快,进而如此往复。
如果没有任何其他的力或者机制阻止它,上面那个循环会越滚越厉害,一直滚到最终的“密度无限大,时空曲率无限大,体积无限小”。然而,广义相对论里暂时是找不到什么机制阻止它的,所以,根据广义相对论,一个“密度无限大,体积无限小”的奇点就不可避免的产生了。
然后,广义相对论就制造了一个自己都无法解释(相对论无法处理这种无穷大的东西)怪物。
所以,你该明白了吧:如果按照广义相对论,黑洞吸入的东西最后都去了奇点,奇点之后的事情广义相对论就无能为力了,因为它在奇点处失效了。
但是这样的答案你满意么?我觉得不满意,因为把最终的结果推给一个物理定律都失效的奇点,这未免有点,就像古代人民把最终问题推给神一样,神我无法解释。
好在物理学家们对这个结果也非常不满意,他们也觉得真实的宇宙不应该产生这种无穷大无穷小的东西,一定有什么其他的机制能够阻止这个“密度无穷大,体积无穷小”的无赖奇点的产生,而是一定有,为什么呢?
量子引力
上面那个无穷大的奇点是根据广义相对论推导出来的,但是我们都知道广义相对论的背景是平滑时空。但是,在量子尺度上,时空不再是平滑的,而是着存在剧烈的真空量子涨落,这里的时空就像泡沫,像煮沸的水面一样,在这里,广义相对论显然是不再适用的。
奇点是无限小,无限小就比量子尺度还小,那么你觉得恒星坍缩到量子这个尺度的时候,量子的定律会让奇点继续按照广义相对论预言的路子再走下去么?存在剧烈量子涨落的时空会让广义相对论继续这样胡来?
我们相想也觉得不可能,要处理量子尺度的引力问题,引力肯定需要量子化,这种新的引力理论就叫量子引力(科学家们都在找,但是还没找到~),它在宏观层面退化为广义相对论。
所以,恒星坍缩到量子尺度之后,支配它的新定律应该是未来的量子引力,这种量子引力应该能够阻止无穷大奇点的诞生。到时候,我们才能真正了解这些被吸入黑洞的物体的命运。
关于黑洞奇点和量子引力的探索,我刚刚写了一篇文章《如何才能解开黑洞奇点之谜?》,有兴趣可以看看:
长尾科技:如何才能解开黑洞奇点之谜?
能否塞满黑洞
前面我们已经说了,黑洞的视界半径只跟它的质量有关。
那么我们这样推测一下:如果黑洞吸入新的物体,它的质量应该是增加的,质量增加之后它的视界半径也会变得更大,它的引力波及的范围也会变得更大,慢慢的会让越来越多的星球围着他转,我们银河系的中心就是一个大黑洞。
所以,你想要的用水填满水井这样的方式去填满黑洞,恐怕是不行了的,黑洞会越填越大。
另一方面,按照霍金辐射,黑洞也是会蒸发的,它会辐射出各种东西然后使自己的质量减小。
还有一个重要的地方:这个集中了黑洞几乎所有质量的奇点的命运到底是怎么样的?奇点会不会偷偷的把一些东西弄到其他的空间甚至是宇宙里去?这些在量子引力没有搞清楚之前,都不好说。
所以,黑洞的质量有可能增加(吸入物体),也可能减少(霍金辐射),还有那个不知道会怎样的奇点等着量子引力来处理。最终会怎样,不好说。
不过我还是比较倾向于认为最终有一种机制能让他们达到一种动态的平衡,因为只有平衡状态才能持久。
当然,也有可能并不是这样,没准最终就有一个黑洞最后把整个宇宙都给吸进去了,把所有的物质都吸入奇点,最后再来一次宇宙大爆炸呢?
再或者说我们的宇宙本来就是一个大黑洞,宇宙的边缘就是黑洞的视界,宇宙就这样不停的爆炸再收缩,再爆炸再收缩呢?
以上为脑洞~
至于最终的结果会是怎样,我希望未来的你能给出答案。而我,只是一个科普的,我只负责吊起你的胃口,引起你的兴趣~
点击阅读原文可以查看知乎原回答。
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