成为意大利面条人就能研究黑洞吗？
作者：Leo Rodriguez
翻译：张砚斌
校对：王婧彧 王茸 杨伯顺 张宇辰
审阅：牧夫校对组
美编：崔郁
后台：库特莉亚夫卡 李子琦 徐⑨坤 胡永葳
原文链接：https://astronomy.com/news/2021/02/could-a-human-enter-a-black-hole-to-study-it
black hole
成为意大利面条人就能研究黑洞吗
2021.02.08
一个掉落进黑洞的人，当靠近黑洞边界的时候，将会被拉长
Leo Rodriguez and Shanshan Rodriguez, CC BY-ND
“人类能进入黑洞去研究它吗？”
Pulkeet, age 12, Bahadurgarh, Haryana, India
要解开黑洞的谜团，人类应该冒险进去研究。然而， 这里存在一个相当复杂的问题，只有当这个黑洞是超大质量且孤立的，并且进入黑洞的人不指望向整个宇宙的任何人报告这些发现时，人类才能做到这一点。
我们都是研究黑洞的物理学家，尽管是从一个很安全的距离去研究它。黑洞是我们宇宙中最多的天体物理研究对象。从宇宙大爆炸直到今天，这些有趣的天体是宇宙进化发展的一种必要成分。它们可能对我们银河系中人类生命的形成产生了影响。
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01
两种类型的黑洞
整个宇宙就是由不同类型的黑洞组成的一个巨大的“黑洞”动物园。
就像电子或质子在原子中的存在一样，这些黑洞的大小和带电性各不相同。实际上有一些黑洞还是在旋转的。与我们的讨论相关的黑洞有两种类型。第一个不旋转，是电中性的-即不带正电或负电-并且具有一个太阳的质量。第二种是超大质量黑洞，其质量是太阳质量的数百万至数十亿倍。
除了这两种类型的黑洞之间的质量差异外，它们之间的区别还在于从中心到“事件视界（一种称为径向距离的度量）”的距离。黑洞的事件视界是事物无法返回的界限。任何超过这一点的东西都会被黑洞吞噬，并从我们已知的宇宙中永远消失。
从黑洞的质量中心到无法克服黑洞引力的地方的距离叫做事件视界
Credit: Leo and Shanshan, CC BY-ND
在事件视界中，黑洞的引力是如此强大，以至于没有任何机械力可以克服或抵消它。即使是光，我们宇宙中运动最快的东西，也无法逃逸，因此被称为“黑洞”。
事件视界的径向大小取决于各个黑洞的质量，这也是一个人跌入黑洞能否生存的关键。对于一个太阳质量的黑洞，事件视界的半径将小于2英里。相比之下，我们银河系中心的超大质量黑洞的质量约为400万太阳质量，它的事件视界半径为730万英里或17个太阳半径。
因此，落入恒星大小的黑洞的人会比通过超大质量的黑洞时更靠近黑洞中心，然后才越过事件视界。这意味着，由于距离黑洞中心十分近，黑洞作用在人的头和脚趾上的引力的的差异将达到1万亿倍，并且这取决于人体的哪一端先和事件视界接触。换句话说，如果此人先落下脚，则当他们接近恒星质量黑洞的事件视界时，与头上受到的黑洞引力相比，其脚上的引力将成倍增大，该人将经历意大利面条化，并且很可能在被拉伸成细长的面条状后无法生存。
当人接近太阳大小的黑洞的事件视界时，人的头和脚趾受到的拉力存在着巨大差异，这会使人伸展到很长的面条，因此称为“意大利面条化”
Credit: Leo and Shanshan Rodriguez, CC BY-ND
现在，落入超大质量黑洞中的人到达事件视界的距离将远离引力中心，这意味着头部和脚趾之间的引力差几乎为零。因此，这个人会安然无恙地穿过视界，不会被拉长成一条又长又细的面条，会幸存下来，并无痛地漂浮在黑洞的视线之外。
一个落入超大质量黑洞的人将会幸存下来
Credit: Leo and Shanshan Rodriguez, CC BY-ND
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02
其他考虑
我们在宇宙中观察到的大多数黑洞都被非常热的物质盘所围绕，这些物质主要由气体和尘埃或其他因太靠近事件边界而落入黑洞的物体（例如恒星和行星）组成。这些盘被称为吸积盘，非常炙热和不稳定。身处这样的环境肯定不舒服，并且会使进入黑洞极为危险。为了安全进入一个黑洞，你需要找到一个完全隔离且不以周围的物质，气体甚至恒星为食的超大质量黑洞。现在，如果一个人发现了一个适合科学研究的孤立的超大质量黑洞并决定冒险，那么黑洞内部观察到或测量到的所有东西都将被限制在黑洞的事件范围内。
请记住，任何事物都无法逃脱超出事件视界内的引力，坠落者将无法将其发现的任何信息发送到此范围之外。他们的旅程和发现将永远消失在外面的宇宙中。但是只要他们能幸存下来，也许会享受这趟旅程。
『天文时刻』 牧夫出品
微信公众号：astronomycn
球状星团M53中的蓝离散星
影像来源及版权：ESA/Hubble，NASA