当光子进入黑洞会发生什么?

山后边的君 2025-03-12 02:41:16

可以说,一旦光子进入事件视界,它们就会永远消失。公认的物理理论仅知道这些。但我认为讨论不同的假设会很有趣。毕竟,例如有霍金辐射,理论上它可以与光子相关联。

我们来想一想。首先,我们要注意黑洞有不同的类型。超大质量黑洞与恒星质量黑洞之间存在区别。光子会做出不同的反应。

标准黑洞图

对于物体来说,恒星黑洞比超大质量黑洞危险很多倍,因为恒星黑洞对时空的扭曲更为强烈。超大质量黑洞因其巨大的尺寸而闻名,但它们甚至没有明确的事件视界。你可能会惊讶地发现它们的平均密度甚至比水的密度还小。

假设一个光子落入恒星型黑洞。他发现自己已经超越了事件视界。在这种情况下,事件视界是一个极限,超过这个极限,黑洞的理论逃逸速度将略大于光速。因此,即使光进入黑洞,也无法逃脱。

物质意大利面化

如果时空在事件视界之外是弯曲的,那么在事件视界之内它会变得弯曲得更加厉害,而且这种曲率会呈指数增长。

这会产生强大的潮汐力,引发面条状现象。这意味着如果物体进入该区域,物体的一端会比另一端受到更大的重力,从而导致物体破裂。

但是光子又如何呢?它没有质量。它不会变成意大利面条状。

光子中根本就没有意大利面条。事实证明,除了出口速度外,光子不会受到任何影响并会留在黑洞内部?不,还有别的事。

光子在向奇点移动时会经历连续的红移。它们是如此强大以至于最终迷失在黑洞的环境中。这就像是某种溶解。

红移生成图

一些进入事件视界的高能光子将自由落入黑洞(因为红移可以说是延迟的)并表现出基于量子力学的行为。例如,与其他光子碰撞会导致电子和正电子的形成。

在地球上,在这样的实验中,产生的电子和正电子几乎会立即湮灭,但在黑洞内部,由于强大的引力,它们可能不会湮灭。

但有些光子会残留下来。让我们丢弃那些由于波长变化而溶解并由于碰撞而变成新粒子的粒子。从理论上来说,它们能够到达柯西视界。在那里,引力和时空曲率变得无限强。

光子、电子和正电子以及所有形式的能量和物质都受到强烈的压缩和加热,形成有时被称为基本粒子等离子体的物质。

量子力学表明,这可能导致不可预测的相互作用,形成奇异的物质状态。我们对这一点之后发生的事情的理解纯粹是理论和推测,因为标准物理学在这里失效了。广义相对论和量子力学不再一致,我们没有统一的理论来描述这样的环境。

黑洞中的光子

在旋转的黑洞中,柯西视界可以让位于理论上的环奇点,其中时空的曲率变得无限大。在这个区域,所有物质和能量,包括光子,都应该被压缩成一个无限密集的环。这个过程将抹去光子所有可识别的属性,有效地将其与黑洞的质量融合,并导致黑洞增长。

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