关于黑洞的常见问题

注释:我在20世纪90年代中期为加州大学伯克利分校一个致力于宇宙学教育的网站撰写了以下文章。它持续了20多年,在那期间,它似乎被广泛阅读。我没有这方面的数据,但它经常出现在谷歌搜索“黑洞”的顶部或附近,直到最近我才经常收到电子邮件和有关它的问题。

有人刚刚告诉我,原来的页面已经不存在了,所以我想我应该在这里转载,以防有人仍然感兴趣。除了最小的格式外,我没有更新任何内容。

就其价值而言,我认为大部分内容都很好,除了关于黑洞天文观测的部分,该部分已经过时了。这一领域的进步如此之大,以至于更新本文件的这一部分将是一项艰巨的任务,坦率地说,我不想这么做。当然,建议进一步阅读的那一部分也已经过时了。那里的资源仍然很好,但都很古老。

事不宜迟,就在这里。

关于黑洞的常见问题

特德·邦恩

最初写于1995年

什么是黑洞?

松散地说,黑洞是一个空间区域,它的质量如此之大,以至于附近的物体无法逃脱它的引力。因为我们目前最好的引力理论是爱因斯坦的广义相对论,所以我们必须深入研究这个理论的一些结果,以详细了解黑洞,但让我们从缓慢开始,在相当简单的情况下思考引力。

假设你站在一个行星的表面。你把一块石头直接抛向空中。假设你不把它扔得太重,它会上升一段时间,但最终由于地球引力的加速度会使它再次开始下降。不过,如果你把岩石扔得足够用力,你就可以让它完全摆脱地球的引力。它将永远持续上升。你扔石头的速度被称为“逃逸速度”。正如你所料,逃逸速度取决于行星的质量:如果行星质量非常大,那么它的重力很强,逃逸的速度很高。较轻的行星逃逸速度较小。逃逸速度还取决于你离行星中心的距离:你离得越近,逃逸速度越高。地球的逃逸速度为每秒11.2公里(约25000英里/小时),而月球的逃逸速率仅为每秒2.4公里(约5300英里/时)。

现在想象一个物体在如此小的半径内具有如此巨大的质量浓度,以至于其逃逸速度大于光速。然后,由于没有什么东西能比光跑得更快,所以没有什么东西能够逃脱物体的引力场。即使是光束也会被重力拉回,无法逃脱。

质量浓度如此之高,以至于光也会被捕获,这一想法可以追溯到18世纪的拉普拉斯。在爱因斯坦发展出广义相对论之后,卡尔·施瓦西发现了描述这种物体的理论方程的数学解。直到很久以后,随着奥本海默、沃尔科夫和斯奈德等人在30年代的工作,人们才认真思考宇宙中可能确实存在这样的物体。(是的,这就是负责曼哈顿项目的奥本海默。)这些研究人员表明,当一颗足够大质量的恒星耗尽燃料时,它无法支撑自己抵抗自己的引力,它应该坍塌成黑洞。

在广义相对论中,引力是时空曲率的表现。大量的物体扭曲了空间和时间,因此通常的几何规则不再适用。在黑洞附近,这种空间扭曲是极其严重的,并导致黑洞具有一些非常奇怪的性质。特别是,黑洞有一种叫做“视界”的东西这是一个标志黑洞边界的球面。你可以通过地平线进入,但你不能退出。事实上,一旦你跨过地平线,你注定会越来越接近黑洞中心的“奇点”。

你可以把地平线想象成逃逸速度等于光速的地方。在地平线外,逃逸速度小于光速,所以如果你发射足够大的火箭,你可以给自己足够的能量逃走。但如果你发现自己在地平线内,那么无论你的火箭有多强大,你都无法逃脱。

地平线有一些非常奇怪的几何性质。对于一个坐在远离黑洞某处的观测者来说,地平线似乎是一个美丽的、静止的、不变的球面。但一旦你接近地平线,你就会意识到它的速度很大。事实上,它正以光速向外移动!这就解释了为什么向内穿过地平线很容易,但不可能再回来。因为地平线是以光速向外移动的,所以要想穿过地平线,你必须以比光速更快的速度移动。你不能跑得比光快,所以你无法逃离黑洞。

(如果这一切听起来很奇怪,不要担心。这很奇怪。从某种意义上说,地平线是静止的,但从另一种意义上说它是以光速飞行出来的。这有点像爱丽丝透过镜子:为了呆在一个地方,她必须尽可能快地跑。)

一旦你进入地平线,时空就会被扭曲得如此厉害,以至于描述径向距离和时间的坐标会改变角色。那就是,“第页“,描述你离中心有多远的坐标,是一个类时坐标,”t吨“是一个类似太空的物体。这样做的一个后果是,您无法阻止自己移动到越来越小的值第页,就像在普通情况下一样,你无法避免走向未来(即,走向越来越大的价值观t吨). 最终,你一定会在第页= 0. 你可能会发射火箭来避免它,但这是徒劳的:无论你朝哪个方向跑,你都无法避免你的未来。一旦你越过地平线,试图避开黑洞的中心,就像试图避开下周四一样。

顺便说一句,“黑洞”这个名字是由约翰·阿奇博尔德·惠勒发明的,似乎一直沿用至今,因为它比以前的名字更吸引人。在惠勒出现之前,这些物体通常被称为“冰冻恒星”我将在下面解释原因。

 

黑洞有多大?

至少有两种不同的方式来描述物体有多大。我们可以说它有多大质量,也可以说它占用了多少空间。让我们先谈谈黑洞的质量。

原则上,黑洞的质量是没有限制的。如果你把任何质量压缩到足够高的密度,原则上都可以形成黑洞。我们怀疑,实际上存在的大多数黑洞都是在大质量恒星死亡时产生的,因此我们预计这些黑洞的重量大约相当于一颗大质量恒星。这样一个恒星黑洞的典型质量约为太阳质量的10倍,或约为10倍31公斤。(这里我用的是科学记数法:1031意味着后面有31个零的1,或者10000000000000000000000000000。)天文学家还怀疑许多星系的中心有超大质量的黑洞。据认为,它们的重量约为太阳的100万倍,或10倍36公斤。

黑洞的质量越大,所占空间就越大。事实上,Schwarzschild半径(也就是地平线的半径)和质量是成正比的:如果一个黑洞的重量是另一个的10倍,那么它的半径是另一黑洞的10倍。质量等于太阳质量的黑洞的半径为3公里。因此,一个典型的10太阳质量黑洞的半径为30公里,星系中心的100万太阳质量黑洞半径为300万公里。三百万公里听起来可能很多,但以天文标准来看,实际上并没有那么大。例如,太阳的半径约为700000公里,因此超大质量黑洞的半径仅为太阳的四倍。

 

如果我掉进黑洞会发生什么?

让我们假设你进入太空船并将其直接指向银河系中心的百万太阳质量黑洞。(事实上,关于我们的星系是否包含一个中心黑洞,还有一些争论,但我们假设目前确实存在。)从远离黑洞的地方开始,你只需关掉火箭,然后滑行进去。会发生什么?

起初,你根本感觉不到任何引力。由于你处于自由落体状态,你身体的每一部分和你的宇宙飞船都被以同样的方式拉动,所以你会感到失重。(这与地球轨道上的宇航员所发生的情况完全相同:即使宇航员和航天飞机都受到地球引力的牵引,他们也感觉不到任何重力,因为所有东西都是以完全相同的方式被牵引的。)然而,当你越来越接近黑洞的中心时,你开始感觉到“潮汐”引力。想象一下,你的脚比你的头离中心更近。当你靠近洞的中心时,引力会变得更强,所以你的脚会比你的头感觉到更大的拉力。因此,你会感到“拉伸”。(这种力被称为潮汐力,因为它与引起地球潮汐的力完全相同。)这些潮汐力随着你靠近中心而变得越来越强烈,最终会把你撕裂。

对于一个非常大的黑洞,比如你正掉入的那个黑洞,潮汐力在你到达距离中心大约600000公里的范围内之前是不明显的。请注意,这是在你跨越地平线之后。如果你掉进一个较小的黑洞,比如一个与太阳一样重的黑洞,当你距离中心6000公里左右时,潮汐力会让你感到非常不舒服,而且在你跨过地平线之前很久,你就会被它们撕裂。(这就是为什么我们决定让你跳入一个大黑洞,而不是一个小黑洞:我们希望你至少能存活下来,直到你进入黑洞。)

当你陷入困境时,你看到了什么?令人惊讶的是,你不一定会看到任何特别有趣的东西。远处物体的图像可能会以奇怪的方式扭曲,因为黑洞的引力会弯曲光线,但仅此而已。特别是,当你穿过地平线时,没有什么特别的事情发生。即使你已经越过地平线,你仍然可以看到外面的东西:毕竟,外面的东西发出的光仍然可以到达你身边。当然,外面没有人能看到你,因为你发出的光无法逃过地平线。

整个过程需要多长时间?当然,这取决于你出发的距离。假设你从一个与奇点的距离是黑洞半径十倍的点开始静止。然后,对于一个百万太阳质量的黑洞,你需要大约8分钟才能到达地平线。一旦你走到了那一步,你只需要再花7秒钟就可以到达奇点。顺便说一句,这个时间与黑洞的大小成比例,所以如果你跳进了一个较小的黑洞,你的死亡时间会更快。

一旦你跨过地平线,在剩下的七秒钟内,你可能会惊慌失措,开始发射火箭,拼命试图避免奇点。不幸的是,这是没有希望的,因为奇点就在你的未来,没有办法避免你的未来。事实上,你发射火箭的力度越大,就能越快击中奇点。最好坐下来享受这段旅程。

 

我的朋友佩内洛普一动不动地坐在安全距离处,看着我掉进黑洞。她看到了什么?

佩内洛普的看法与你截然不同。当你越来越接近地平线时,她看到你移动得越来越慢。事实上,无论她等多久,她都不会看到你到达地平线。

事实上,对于最初形成黑洞的物质,可以说大致是一样的。假设黑洞是由一颗坍缩的恒星形成的。当形成黑洞的物质坍缩时,佩内洛普看到它越来越小,接近但从未达到其施瓦西半径。这就是为什么黑洞最初被称为冻结恒星的原因:因为它们似乎“冻结”在一个略大于施瓦西半径的大小。

她为什么这样看待事情?最好的思考方式是,这实际上只是一种视觉错觉。黑洞的形成并不需要无限长的时间,穿越地平线也不需要无限长时间。(如果你不相信我的话,试着跳进去!你将在八分钟内越过地平线,几秒钟后被压死。)随着你越来越接近地平线,你发出的光需要越来越长的时间才能爬出来到达佩内洛普。事实上,当你穿过地平线时,你发出的辐射将永远停留在地平线上,永远不会到达她。你早就穿过地平线了,但光信号告诉她,在无限长的时间内,它不会到达她身边。

还有另一种方式来看待这整件事。从某种意义上说,时间在地平线附近确实比在远处慢得多。假设你乘坐宇宙飞船,降落到地平线外的某个点,然后在那里停留一段时间(燃烧大量燃料以防坠落)。然后你飞回来,重新加入佩内洛普。你会发现在整个过程中她比你老得多;你的时间过得比她慢。

那么,这两种解释(视觉幻觉解释或时间减慢解释)中哪一种是正确的?答案取决于你用什么坐标系来描述黑洞。根据通常的坐标系,称为“史瓦西坐标”,当时间坐标t吨是无穷大。所以在这些坐标系中,穿越地平线确实需要无限的时间。但原因是,施瓦西坐标对地平线附近的情况提供了高度扭曲的视图。事实上,在地平线上,坐标是无限扭曲的(或者,用标准术语来说,是“单数”)。如果你选择在地平线附近使用非奇异坐标,那么你会发现穿越地平线的时间确实是有限的,但佩内洛普看到你穿越地平线时的时间却是无限的。辐射花了无限长的时间才到达她身边。但实际上,您可以使用任一坐标系,所以这两种解释都是有效的。它们只是表达同一件事的不同方式。

实际上,在太长时间过去之前,佩内洛普实际上会看不到你。首先,当光线从黑洞中升起时,它会“红移”到更长的波长。所以,如果你发射的是特定波长的可见光,佩内洛普就会看到更长波长的光。随着你离地平线越来越近,波长变得越来越长。最终,它将不再是可见光:它将是红外线辐射,然后是无线电波。在某些时候,波长会很长,以至于她无法观察到它们。此外,请记住,光是在称为光子的单个包中发射的。假设您在越过地平线时发射光子。在某个时刻,你将在穿越地平线之前发射最后一个光子。那个光子将在某个有限的时间到达佩内洛普——对于那个百万太阳质量的黑洞来说,通常不到一个小时——然后她就再也看不到你了。(毕竟,当你穿越地平线时,你发出的光子都不会到达她身上。)

如果黑洞存在,它会吸走宇宙中的所有物质吗?

见鬼,不。黑洞有一个“地平线”,意思是你无法逃离的区域。如果你越过地平线,你注定会最终撞上奇点。但只要你呆在地平线之外,你就可以避免被吸进去。事实上,对于地平线之外的人来说,黑洞周围的引力场与其他质量相同的物体周围的场没有什么不同。换句话说,一个单太阳质量的黑洞在“吸入”遥远物体方面并不比任何其他单太阳质量物体(例如太阳)好。

 

如果太阳变成黑洞怎么办?

好吧,首先,让我向你保证,太阳无意做任何这样的事情。只有比太阳重得多的恒星才会以黑洞的形式结束生命。太阳将大致保持原状再维持50亿年左右。然后它将作为一颗红色巨星经历一个短暂的阶段,在此期间,它将膨胀吞没水星和金星,并使地球上的生命相当不舒服(海洋沸腾,大气层逃逸,诸如此类)。在那之后,太阳将以成为一颗无聊的白矮星而结束其生命。如果我是你,我会计划在这一切发生之前搬到一个很远的地方。我也不会买那些80亿年期的政府债券。

但我离题了。如果太阳为什么会变成黑洞?主要影响是这里会变得很暗很冷。地球和其他行星不会被吸入黑洞;它们将继续沿着与现在完全相同的轨道运行。为什么?因为这个黑洞的视界很小,只有大约3公里,正如我们在上面观察到的那样,只要你呆在视界之外,黑洞的引力就不会比任何其他质量相同的物体更强。

 

有任何证据表明存在黑洞吗?

 

【2021年的笔记特德:为了重申我在最初的笔记中所说的,这部分已经过时了。现在的证据比我写这篇文章时要广泛得多。如果我是你,我会跳过这一部分,寻找更多最新的信息。】

对。当然,你不能直接看到黑洞,因为光线无法穿过地平线。这意味着我们必须依赖黑洞存在的间接证据。

假设你发现了一个你认为可能存在黑洞的空间区域。你如何检查是否有?你要做的第一件事是测量那个区域的质量。如果你发现一个大质量集中在一个小体积中,如果质量是暗的,那么很可能那里有一个黑洞。天文学家在两种系统中发现了如此致密、巨大的暗天体:星系中心(可能包括我们自己的银河系)和我们自己银河系中的X射线发射双星系统。

根据科尔门迪和里奇斯通(Kormendy and Richstone)最近的一篇评论(发表在1995年版的《天文学和天体物理学年度评论》(Annual Reviews of Astronomy and Astrophysics)中),已经观察到八个星系的中心含有如此巨大的暗物体。这些星系核心的质量范围是太阳质量的一百万到数十亿倍。质量是通过观察恒星和气体绕星系中心运行的速度来测量的:轨道速度越快,将恒星和气体保持在其轨道上所需的引力就越强。(这是天文学中最常见的测量质量的方法。例如,我们通过观察行星绕太阳公转的速度来测量太阳的质量,我们通过测量物体在星系边缘的公转速度来测量星系中暗物质的数量。)

银河系中心这些巨大的暗物体被认为是黑洞,至少有两个原因。首先,很难想象它们还能是什么:它们太密太暗,不可能是恒星或星团。其次,解释类星体和活动星系这类神秘物体的唯一有希望的理论假设,这些星系的核心有超大质量黑洞。如果这个理论是正确的,那么很大一部分星系——所有现在或过去是活跃星系的星系——的中心一定有超大质量黑洞。综上所述,这些论点强烈表明,这些星系的核心包含黑洞,但它们并不构成绝对证据。

最近的两项发现有力地支持了这样的假设,即这些系统确实包含黑洞。首先,发现附近一个活动星系的核附近有一个“水脉泽”系统(一个非常强大的微波辐射源)。利用超长基线干涉测量技术,一组研究人员能够以非常精细的分辨率绘制气体的速度分布图。事实上,他们能够在距离星系中心不到半光年的范围内测量速度。通过测量,他们可以得出结论,这个星系中心的大质量物体半径不到半光年。很难想象,除了黑洞之外,还有什么别的东西能在这么小的体积内聚集这么多质量。(Miyoshi等人在1995年1月12日的《自然》杂志第373卷第127页上报道了这一结果。)

第二个发现提供了更令人信服的证据。X射线天文学家从一个星系核探测到一条光谱线,这表明在星系核附近存在着移动速度极快的原子(大约是光速的1/3)。此外,来自这些原子的辐射已经以人们所期望的方式发生了红移,即来自黑洞地平线附近的辐射。除了黑洞之外,这些观测结果很难用其他任何方式进行解释,如果它们得到证实,那么一些星系在其中心包含超大质量黑洞的假设将是相当可靠的。(这一结果由Tanaka等人于1995年6月22日出版的《自然》第375卷第659页报道。)

在我们自己的银河系中可能会发现一种完全不同的黑洞候选者。这些是更轻的恒星级黑洞,被认为是在大质量恒星在超新星爆炸中结束生命时形成的。如果这样一个恒星黑洞单独存在于某处,我们就不会有太大的希望找到它。然而,许多恒星是以双星系统的形式出现的,即在轨道上相互环绕的成对恒星。如果这样一个双星系统中的一颗恒星变成黑洞,我们也许能够探测到它。特别是,在一些包含致密物体(如黑洞)的双星系统里,物质从另一个物体上被吸走,形成一个物质“吸积盘”,旋转进入黑洞。吸积盘中的物质随着越来越接近黑洞而变得非常热,它发出大量的辐射,主要是光谱中的X射线部分。许多这样的“X射线双星系统”是已知的,其中一些被认为可能是黑洞候选系统。

假设你发现了一个X射线双星系统。你如何判断这个看不见的致密物体是否是黑洞?好吧,你当然想做的一件事是估计它的质量。通过测量可见恒星的轨道速度(以及其他一些东西),你可以计算出不可见伴星的质量。(这项技术与我们上面描述的银河系中心超大质量黑洞的技术非常相似:恒星移动得越快,保持其位置所需的引力就越强,因此隐形伴星的质量就越大。)如果发现致密物体的质量非常大非常大,那么我们所知道的任何物体都可能是黑洞。(如此质量的普通恒星将可见。恒星残骸,如中子星,将无法抵抗重力,并坍塌成黑洞。)这种质量估算和对吸积盘辐射的详细研究相结合,可以提供有力的旁证,证明所讨论的物体确实是一个黑洞。

许多这种“X射线双星”系统是已知的,在某些情况下,支持黑洞假说的证据相当有力。在1992年出版的《天文学和天体物理学年度评论》(Anne Cowley)的一篇评论文章中,安妮·考利总结了这一情况,她说已知有三个这样的系统(两个在我们的星系中,一个在附近的大麦哲伦星云中)有非常有力的证据表明,这个不可见物体的质量太大了,除了黑洞之外什么都不是。根据稍微少一些的证据,有更多这样的物体被认为可能是黑洞。此外,自1992年以来,这一研究领域一直非常活跃,到目前为止,强有力的候选人数量超过三人。

 

黑洞是如何蒸发的?

这是一场艰难的比赛。早在20世纪70年代,史蒂芬·霍金就提出了理论论据,表明黑洞并非完全是黑色的:由于量子力学效应,它们会发射辐射。产生辐射的能量来自黑洞的质量。因此,黑洞逐渐缩小。结果表明,随着质量的降低,辐射速率增加,因此黑洞继续辐射越来越强烈,并以越来越快的速度收缩,直到它可能完全消失。

实际上,没有人真正确定黑洞蒸发的最后阶段会发生什么:一些研究人员认为会留下一个微小而稳定的残骸。我们目前的理论根本不足以让我们肯定地说出其中的一种或另一种。只要我不承认,让我补充一句,黑洞蒸发的整个主题都是极端推测性的。它涉及到如何在弯曲时空中进行量子力学(或者更确切地说量子场理论)计算,这是一项非常困难的任务,其结果基本上不可能通过实验进行测试。物理学家认为我们有正确的理论来预测黑洞的蒸发,但没有实验测试是不可能确定的。

为什么黑洞会蒸发?这里有一种方法来看待它,它只是有点不准确。(我认为不可能做得比这更好,除非你想花几年时间学习弯曲空间中的量子场论。)量子力学测不准原理的一个后果是,能量守恒定律有可能被违反,但只会持续很短的时间。宇宙能够无处不在地产生质量和能量,但前提是这些质量和能量再次迅速消失。这种奇怪现象表现出来的一种特殊方式叫做真空涨落。由粒子和反粒子组成的成对粒子可以凭空出现,存在很短时间,然后相互湮灭。当粒子被创造出来时,能量守恒就被破坏了,但当它们再次湮灭时,所有的能量都被恢复了。尽管所有这些听起来都很奇怪,但我们实际上已经通过实验证实了这些真空涨落是真实的。

现在,假设其中一个真空涨落发生在黑洞的地平线附近。可能会发生两个粒子中的一个落在地平线上,而另一个逃逸。逃逸的黑洞携带着远离黑洞的能量,可能会被远处的观察者发现。对于观察者来说,它看起来就像黑洞刚刚发射了一个粒子。这个过程反复发生,观测者看到黑洞持续不断的辐射流。

 

在我到达黑洞之前,它不会从我身下蒸发掉吗?

我们观察到,从你的朋友佩内洛普(Penelope)的观点来看,他安全地留在黑洞外,穿越地平线需要无限长的时间。我们还观察到,黑洞通过霍金辐射在有限的时间内蒸发。所以当你到达地平线时,黑洞就会消失,对吧?

错了。当我们说佩内洛普(Penelope)将看到你需要永远穿越地平线时,我们想象的是一个不会蒸发的黑洞。如果黑洞正在蒸发,就会改变一切。你的朋友会看到你在她看到黑洞蒸发的那一刻穿过地平线。让我试着描述一下为什么这是真的。

记住我们之前说过的话:佩内洛普是错觉的受害者。当你离地平线很近(但仍在外面)时,你发出的光需要很长时间才能爬出来到达她身边。如果黑洞永远存在,那么光可能需要任意长的时间才能出来,这就是为什么她看不到你穿越地平线很长时间(甚至无限长时间)的原因。但是,一旦黑洞蒸发掉,就没有什么能阻止你即将穿越地平线到达她的消息。事实上,它在霍金最后一次辐射爆发的同时到达了她。当然,这一切对你来说都无关紧要:你早就跨过了地平线,被奇点压垮了。很抱歉,但你应该在跳进去之前考虑一下。

 

什么是白洞?

广义相对论方程有一个有趣的数学性质:它们在时间上是对称的。这意味着你可以对方程取任何解,想象时间倒流而不是向前,你就会得到方程的另一个有效解。如果将此规则应用于描述黑洞的解决方案,则会得到一个称为白洞的对象。由于黑洞是一个任何物体都无法逃脱的空间区域,因此黑洞的时间反转版本是一个没有物体可以落入的空间区域。事实上,正如黑洞只能吸进东西一样,黑洞只能吐出东西。

白洞是广义相对论方程的一个完全有效的数学解,但这并不意味着它们实际上存在于自然界中。事实上,它们几乎肯定不存在,因为没有办法生产。(产生一个黑洞和摧毁一个黑洞一样不可能,因为这两个过程是时间倒转的。)

 

什么是虫洞?

到目前为止,我们只考虑了普通的“香草”黑洞。具体地说,我们一直在谈论不旋转且没有电荷的黑洞。如果我们考虑旋转和/或带电荷的黑洞,事情会变得更加复杂。特别是,掉入这样一个黑洞而不撞到奇点是可能的。实际上,带电或旋转黑洞的内部可以与相应的黑洞“连接”,这样你就可以掉进黑洞,然后从黑洞中弹出。这种黑白洞的组合被称为虫洞。

黑洞可能离黑洞很远;事实上,它甚至可能位于一个“不同的宇宙”中,即一个时空区域,除了虫洞本身之外,它与我们自己的区域完全断开。因此,一个位置方便的虫洞将提供一种方便快捷的方式来进行远距离旅行,甚至旅行到另一个宇宙。也许通往虫洞的出口就在过去,这样你就可以穿越时空回到过去。总之,它们听起来很酷。

但在你申请研究经费去寻找它们之前,有几件事你应该知道。首先,虫洞几乎肯定不存在。正如我们在上文关于白洞的章节中所说的那样,仅仅因为某些东西是方程的有效数学解,并不意味着它实际上存在于自然界中。特别是,普通物质坍塌形成的黑洞(包括我们认为存在的所有黑洞)并不形成虫洞。如果你陷入其中,你不会在任何地方突然出现。你将遇到一个奇点,这就是它的全部。

此外,即使形成了一个虫洞,人们也认为它不会稳定。即使是最轻微的扰动(包括试图穿过它所引起的扰动)也会导致它崩溃。

最后,即使虫洞存在并且稳定,它们也很难穿过。注入虫洞的辐射(来自附近恒星、宇宙微波背景等)被蓝移到非常高的频率。当你试图通过虫洞时,你会被这些X射线和伽马射线炸开。

 

我在哪里可以更多地了解黑洞?

【2021年的注释泰德:我在这里列出的资料仍然很好,但毫无疑问,它们可以/应该补充更多最新的资料!泰勒和惠勒的第二本书最终出版了,书名略有不同探索黑洞。]

首先,让我承认,我抄袭了Usenet新闻组sci.physics常见问题列表中关于黑洞的文章中的一些上述材料。sci.physics FAQ每月发布到sci.phytics,也可以通过匿名ftp从rtfm.mit.edu(可能还有其他地方)获得。这篇关于黑洞的文章非常棒,是马特·迈克尔文写的。常见问题解答中也包含了其他简洁的内容。

有很多关于黑洞和相关问题的书。基普·索恩的黑洞和时间扭曲:爱因斯坦令人震惊的遗产是一个很好的选择。威廉·考夫曼的黑洞和扭曲时空也是值得一读的。R.Wald的空间、时间和重力是对非科学家的广义相对论的阐述。我自己还没有读过,但我听到了一些好消息。

这两本书都是针对没有多少物理背景的读者。如果你想要更多的“肉”(即更多的数学),那么你可能会从一本关于相对论基础的书开始。对这个主题最好的介绍是时空物理学作者E.F.Taylor和J.A.Wheeler。(这本书主要是关于狭义相对论的,但最后一章讨论的是广义理论。)泰勒和惠勒已经威胁出版一部续集,名为探测黑洞,如果它出现的话,应该会很好。时空物理学并不是假设你知道大量的物理知识,而是假设你愿意努力理解这些东西。它不是轻松阅读,尽管它比大多数物理书更有趣,也不那么令人生畏。

最后,如果时空物理学对你来说还不够,你可以尝试一下广义相对论的几种介绍中的任何一种。B.舒茨氏广义相对论的第一门课程和W.Rindler的基本相对论有几个可能性。对于那些在物理学方面有着优秀背景的非常勇敢的读者来说,广义相对论、米斯纳、索恩和惠勒的所有书籍都是他们的祖师级书籍引力R.Wald的书广义相对论引力尽管这两本书的风格迥然不同。我对黑洞蒸发所知甚少的是沃尔德的书。让我强调一下,所有这些书,尤其是最后两本,都假设你知道很多物理知识。它们不适合胆小的人。