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作者：Leo Rodriguez
翻譯：張硯斌
校對：王婧彧 王茸 楊伯順 張宇辰
審閱：牧夫校對組
美編：崔郁
后臺：庫特莉亞夫卡 李子琦 徐⑨坤 胡永葳
原文鏈接：https://astronomy.com/news/2021/02/could-a-human-enter-a-black-hole-to-study-it
black hole
成為意大利面條人就能研究黑洞嗎
2021.02.08
一個(gè)掉落進(jìn)黑洞的人，當靠近黑洞邊界的時(shí)候，將會(huì )被拉長(cháng)
Leo Rodriguez and Shanshan Rodriguez, CC BY-ND
“人類(lèi)能進(jìn)入黑洞去研究它嗎？”
Pulkeet, age 12, Bahadurgarh, Haryana, India
要解開(kāi)黑洞的謎團，人類(lèi)應該冒險進(jìn)去研究。然而， 這里存在一個(gè)相當復雜的問(wèn)題，只有當這個(gè)黑洞是超大質(zhì)量且孤立的，并且進(jìn)入黑洞的人不指望向整個(gè)宇宙的任何人報告這些發(fā)現時(shí)，人類(lèi)才能做到這一點(diǎn)。
我們都是研究黑洞的物理學(xué)家，盡管是從一個(gè)很安全的距離去研究它。黑洞是我們宇宙中最多的天體物理研究對象。從宇宙大爆炸直到今天，這些有趣的天體是宇宙進(jìn)化發(fā)展的一種必要成分。它們可能對我們銀河系中人類(lèi)生命的形成產(chǎn)生了影響。
black hole
01
兩種類(lèi)型的黑洞
整個(gè)宇宙就是由不同類(lèi)型的黑洞組成的一個(gè)巨大的“黑洞”動(dòng)物園。
就像電子或質(zhì)子在原子中的存在一樣，這些黑洞的大小和帶電性各不相同。實(shí)際上有一些黑洞還是在旋轉的。與我們的討論相關(guān)的黑洞有兩種類(lèi)型。第一個(gè)不旋轉，是電中性的-即不帶正電或負電-并且具有一個(gè)太陽(yáng)的質(zhì)量。第二種是超大質(zhì)量黑洞，其質(zhì)量是太陽(yáng)質(zhì)量的數百萬(wàn)至數十億倍。
除了這兩種類(lèi)型的黑洞之間的質(zhì)量差異外，它們之間的區別還在于從中心到“事件視界（一種稱(chēng)為徑向距離的度量）”的距離。黑洞的事件視界是事物無(wú)法返回的界限。任何超過(guò)這一點(diǎn)的東西都會(huì )被黑洞吞噬，并從我們已知的宇宙中永遠消失。
從黑洞的質(zhì)量中心到無(wú)法克服黑洞引力的地方的距離叫做事件視界
Credit: Leo and Shanshan, CC BY-ND
在事件視界中，黑洞的引力是如此強大，以至于沒(méi)有任何機械力可以克服或抵消它。即使是光，我們宇宙中運動(dòng)最快的東西，也無(wú)法逃逸，因此被稱(chēng)為“黑洞”。
事件視界的徑向大小取決于各個(gè)黑洞的質(zhì)量，這也是一個(gè)人跌入黑洞能否生存的關(guān)鍵。對于一個(gè)太陽(yáng)質(zhì)量的黑洞，事件視界的半徑將小于2英里。相比之下，我們銀河系中心的超大質(zhì)量黑洞的質(zhì)量約為400萬(wàn)太陽(yáng)質(zhì)量，它的事件視界半徑為730萬(wàn)英里或17個(gè)太陽(yáng)半徑。
因此，落入恒星大小的黑洞的人會(huì )比通過(guò)超大質(zhì)量的黑洞時(shí)更靠近黑洞中心，然后才越過(guò)事件視界。這意味著(zhù)，由于距離黑洞中心十分近，黑洞作用在人的頭和腳趾上的引力的的差異將達到1萬(wàn)億倍，并且這取決于人體的哪一端先和事件視界接觸。換句話(huà)說(shuō)，如果此人先落下腳，則當他們接近恒星質(zhì)量黑洞的事件視界時(shí)，與頭上受到的黑洞引力相比，其腳上的引力將成倍增大，該人將經(jīng)歷意大利面條化，并且很可能在被拉伸成細長(cháng)的面條狀后無(wú)法生存。
當人接近太陽(yáng)大小的黑洞的事件視界時(shí)，人的頭和腳趾受到的拉力存在著(zhù)巨大差異，這會(huì )使人伸展到很長(cháng)的面條，因此稱(chēng)為“意大利面條化”
Credit: Leo and Shanshan Rodriguez, CC BY-ND
現在，落入超大質(zhì)量黑洞中的人到達事件視界的距離將遠離引力中心，這意味著(zhù)頭部和腳趾之間的引力差幾乎為零。因此，這個(gè)人會(huì )安然無(wú)恙地穿過(guò)視界，不會(huì )被拉長(cháng)成一條又長(cháng)又細的面條，會(huì )幸存下來(lái)，并無(wú)痛地漂浮在黑洞的視線(xiàn)之外。
一個(gè)落入超大質(zhì)量黑洞的人將會(huì )幸存下來(lái)
Credit: Leo and Shanshan Rodriguez, CC BY-ND
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02
其他考慮
我們在宇宙中觀(guān)察到的大多數黑洞都被非常熱的物質(zhì)盤(pán)所圍繞，這些物質(zhì)主要由氣體和塵?；蚱渌蛱拷录吔缍淙牒诙吹奈矬w（例如恒星和行星）組成。這些盤(pán)被稱(chēng)為吸積盤(pán)，非常炙熱和不穩定。身處這樣的環(huán)境肯定不舒服，并且會(huì )使進(jìn)入黑洞極為危險。為了安全進(jìn)入一個(gè)黑洞，你需要找到一個(gè)完全隔離且不以周?chē)奈镔|(zhì)，氣體甚至恒星為食的超大質(zhì)量黑洞?，F在，如果一個(gè)人發(fā)現了一個(gè)適合科學(xué)研究的孤立的超大質(zhì)量黑洞并決定冒險，那么黑洞內部觀(guān)察到或測量到的所有東西都將被限制在黑洞的事件范圍內。
請記住，任何事物都無(wú)法逃脫超出事件視界內的引力，墜落者將無(wú)法將其發(fā)現的任何信息發(fā)送到此范圍之外。他們的旅程和發(fā)現將永遠消失在外面的宇宙中。但是只要他們能幸存下來(lái)，也許會(huì )享受這趟旅程。
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