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黑洞既然可以把光都吞噬,为什么不把银河系乃至整个宇宙吃掉?
自从爱因斯坦提出广义相对论以来,黑洞成为了物理学家们激烈讨论的热门话题。根据广义相对论,当宇宙中质量巨大的恒星耗尽核聚变反应的能量而死亡时,会发生引力坍缩,形成一个体积接近无限小的时空奇点,即黑洞。其引力极为强大,连光都无法逃脱。天文学家观察发现,银河系中心存在一个巨大无比的黑洞。
为了深入理解黑洞的特性,我们引入“黑洞视界”这一概念。简单来说,一旦进入这个边界,即使以光速飞行,也无法逃离黑洞的引力,会被其吸入。由于黑洞的引力如此强大,它似乎能不断地吞噬周围的一切,导致质量增加,引力增强。这引发了一个问题:黑洞是否会吞噬整个银河系乃至整个宇宙?
在美国版知乎Quora上,有物理学者提出一种观点,获得了众多人的认同。他认为,尽管黑洞具有极端的物理特性,但当我们将视线放宽,将其视为一个星球时,其除了质量巨大、体积极小之外,其引力与太阳或地球等天体并无太大差异。例如,若太阳被同等质量的黑洞所取代,太阳系内的行星仍会在原轨道上围绕其旋转。实际上,地球在长达46亿年的时光中,一直沿着固定的轨道绕太阳旋转。只有当物体离太阳过近时,才会被太阳所吸引并最终被焚烧。同样的道理也适用于银河系中心的超大型黑洞。它的质量是太阳的400万倍,直径却非常小,不到水星轨道的一半。任何进入黑洞视界的物体都会被吞噬,但那些离其足够远的恒星仍会如同月球绕地球一般围绕其旋转。
英国物理学家史蒂芬·霍金曾提出弦理论下的黑洞观点,认为进入黑洞的物质会被储存在特殊的高纬模里并可能被还原。然而,这一观点并未得到广泛认同。最近,斯坦福大学的物理学家伦纳德·苏斯金基于弦理论提出了一种新的观点:黑洞实际上是向内扩张的而非向外扩张的。为了更形象地理解这一观点,我们可以将宇宙的时空想象成一张弹性极佳的无限薄膜。黑洞作为一个时空奇点就像一颗重弹珠在薄膜上造成深度漏斗状的时空扭曲。尽管黑洞吞噬物质时其内部空间会增大,但其外部即黑洞视界并不会扩大。就像银角大王的紫金葫芦一样,无论吞噬多少东西,其外部大小始终不变,而内部却在不断变大。只要远离黑洞的吸引范围,就不会被其吞噬。然而需要指出的是目前的很多关于黑洞的探索都还处于“假说”阶段科学家们仍需通过大量的实验观测和理论分析进一步揭示黑洞的真实面目和运行机制以便更好地认识宇宙的奥秘。
巨型黑洞能吸走整个银河系吗?
巨型黑洞的引力极为强大,足以不断吞噬周围物质。因此,有人猜想它们有可能吞噬整个银河系。然而,我们必须明确黑洞的特性。理论上,只要引力足够强大,黑洞的内部可以无限大,似乎有潜力吸收整个宇宙。但是,涉及到黑洞能否吞噬银河系的讨论,必须考虑到史瓦西半径的因素。对于史瓦西半径小于银河系直径的黑洞来说,吞噬整个银河系几乎是不可能的。而那些史瓦西半径大于银河系直径的黑洞,理论上具备吞噬银河系的潜力。在不考虑霍金辐射的前提下,黑洞的吸入机制会受到距离的限制,即便对于大型黑洞来说,想要吸走整个星系仍然面临着距离的挑战。即便是超级巨大的黑洞,只有在其与星系之间距离足够近时,才有可能将整个星系吸入其中。关于银河系中心的巨型黑洞——人马座A*,虽然其质量巨大,达到了数百万倍太阳质量,目前并没有迹象显示它会吞噬整个银河系。这是因为巨型黑洞吞噬整个星系并非不可能,但这需要黑洞的质量足够大并且距离星系足够近。虽然银河系的中心黑洞对银河系的引力影响巨大,但由于其影响范围有限,加上周围暗物质的影响,其对整个银河系的影响相对有限。宇宙中的黑洞只是局部引力效应的体现。虽然宇宙最终可能会变成黑洞的世界,但要达到能够吞噬一个星系的黑洞大小,可能需要远超目前宇宙的年龄。因此,这个问题暂时无需过多考虑。这些天体在各自引力的相互作用下维持着微妙的平衡,形成了我们所知的银河系结构。