如果人掉進黑洞…會被「拉成麵條」嗎? 給地球人的黑洞指南

▲▼ 黑洞 。(圖/中央研究院提供)

▲「事件視界望遠鏡」拍下首張黑洞影像, 距離地球5500萬光年 。(圖/中央研究院提供)

記者王致凱/編譯

「事件視界望遠鏡(Event Horizon Telescope)計畫」於台灣時間10日晚間公開人類史上首張「黑洞照片」,寫下天文史新頁。但對於黑洞這個宇宙中最神秘天體,人們好奇究竟什麼是黑洞,人如果跌入黑洞會怎麼樣呢?《紐約時報》(The New York Times)特別為所有的「地球生靈」,整理出幾條有關「黑洞」的有趣指南。

黑洞是個飢餓的野獸

黑洞會吞噬所有靠近它的一切,就連光也無法抵抗它的強大引力,而周遭的所有行星、恆星、氣體,都成為滋養黑洞的養分。

黑洞的邊緣被稱為「事件視界」(event horizon),是一條沒有歸路的邊界,千萬注意要遠離這條邊界,因為一旦過了邊界,就連光都會被吸入黑洞,沒有辦法逃脫,而沒有任何東西比光速還快。

幾乎我們知道的全部宇宙運作機制,都取決於黑洞

可能有些人想錯了,或者我們不得不承認,人類仍然不具備瞭解宇宙奧秘的能力。黑洞火牆悖論質疑最明確的科學理論。愛因斯坦(Albert Einstein)、波爾欽斯基(Joseph Polchinski)、霍金(Stephen Hawking),或者根本沒有人知道;如果我們能夠真正知道物理資訊在黑洞內會發生什麼變化,我們對於宇宙的一切知識都可能改變。

註:火牆悖論(firewall paradox)是物理學上一個假說,認為當觀察者落入黑洞的事件視界,會遭遇高能量子密集聚在一起而形成的「火牆」。此概念由阿姆黑利(Ahmed Almheiri)、馬若夫(Donald Marolf)、波爾欽斯基和蘇利(James Sully)等4位物理學家於2012年提出,但學界對此仍有爭議,因為其違反愛因斯坦廣義相對論中的「等效原理」。

▼過去對於「雙黑洞」產生重力波的想像圖。(圖/路透社)

▲▼雙黑洞,重力波。(圖/路透社)

如果不小心掉入黑洞,目前還不清楚你究竟會怎麼死

人掉進黑洞,會被重力撕成碎片呢?還是火牆會直接讓你消失?又或者你身體內的某些「本質」會因為黑洞而浮現?學界始終沒有定論。

根據愛因斯坦1915年的廣義相對論,如果你掉入黑洞,重力還來不及將你「拉成麵條」,你就會先毫髮無損的落入「事件視界」,最終被塞進奇異點(Singularity)裡,也就是黑洞中密度趨近於無限的核心。

但波爾欽斯基和他的團隊則以量子理論反駁,認為事件視界將會成為一道炙熱的能量火牆,將你的身體直接燒成碎片。

霍金的觀點則保留了上述兩種理論。霍金在2014年1月表示,黑洞並不是我們所想的那樣,「沒有事件視界,也沒有奇異點,他們就是不相同。」根據霍金的說法,黑洞的邊緣被稱為時空的第四維度,像天氣一般波動,因此不認為有清晰的邊界。

霍金所說的黑洞邊緣,就像是一個「光線的煉獄」,光線試著逃離黑洞,但卻緩慢的消散並向內移動,卻又未被拉進奇異點。霍金說,事件視界始終保持不變,甚至因為黑洞緩慢的能量外洩而縮小。根據霍金的說法,落入黑洞中,你會被「炒碎」並逸散到太空中,就像「霍金輻射」一樣。

黑洞會唱歌

2003年,天文學家法比安(Andrew Fabian)領導的團隊利用美國NASA的錢卓拉X射線天文台(Chandra X-ray Observatory)發現了宇宙中最長、最古老、最低沉的「黑洞之歌」。儘管這對人耳來說實在太低沉,無論如何人都不可能直接聽見。

黑洞控制星系的大小

天文學家認為,當星系物質在黑洞周圍旋轉、升溫時,形成的能量會射出X射線,這些X射線能為類星體(quasar)提供能量。

幾乎每個星系都有黑洞

雖然在地球附近沒有黑洞,但幾乎在每一個星系,包括我們自己所在的銀河系,以及地球上可觀測到的1000億個星系,都有黑洞存在的跡象。

黑洞是恆星的墓碑

1967年7月2日,一顆衛星記錄到來自外太空的一次伽馬射線爆發,現在回想起來,這可能是第一個表明黑洞真實存在的跡象。時至今日,科學家們相信伽馬射線爆發,代表著垂死恆星嚥下的最後一口氣,以及相當恆星質量大小的黑洞誕生。

▲▼星星, 星空, 觀星, 銀河, 旅行一個人慢慢走(圖/記者徐文彬攝)

▲天文學家相信,在已知的所有星系中幾乎都黝黑動的存在(圖/記者徐文彬攝)

「黑洞無毛」

2011年3月28日,天文學家觀測到距離40億光年外的一次伽馬射線爆發,是人類首次觀察到可能有一個蟄伏的黑洞吞了一顆星星。但無論黑洞吞了什麼,吞了一顆恆星、一頭驢子、一台iPhone,或是吞了你的高中老師,結果都是一樣的。

正如物理學家惠勒(John Archibald Wheeler)所說的「黑洞無毛」(A black hole has no hair),意即黑洞只有質量、角動量以及電荷三個守恆量,其他任何物質所具備的性質都不存在。

循著光亮,探索黑暗

因為光線無法逃離黑洞,所以要看見裡面的東西是不可能的。拍下黑洞邊緣的影像非常困難,要獲得清晰的圖像更是一件大事。

黑洞並非永恆

隨著「霍金輻射」洩漏到宇宙,量子效應顯示黑洞最終將會蒸發。但要使黑洞完全蒸發殆盡,需要比宇宙的年齡還要好幾倍長的時間。

歐洲的大磁鐵不會摧毀這顆星球

在歐洲核子研究組織(CERN)2008年啟用大型強子對撞機(LHC)前,反對者憂心它可能製造出黑洞,吞沒地球。他們10多年前也曾對美國布魯克黑文國家實驗室的相對論性重離子對撞機(RHIC)發出類似疾呼。但根據他們的計算方法,穿透地球大氣層的超高能宇宙射線每年約在地球上形成100個微小黑洞,如果這是個問題,那麼地球早就已經崩塌成「無限」。

2008年6月,安全審查宣布LHC實驗安全無虞後,實驗正式開始,結果地球不但沒有毀滅,人類還發現了俗稱「上帝粒子」的希格斯玻色子(Higgs boson)。

▼在歐洲核子研究組織(CERN)的大型強子對撞機。(圖/達志影像/美聯社)

▲▼ 義大利物理學教授史楚米亞(Alessandro Strumia)在歐洲核子研究組織(CERN)發表性別歧視言論。(圖/達志影像/美聯社)

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