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发信人: realyujun (枪枪), 信区: other
标  题: 黑洞(4)
发信站: 听涛站 (Wed Oct 25 23:10:31 2000), 转信

你掉入黑洞的过程会不会是无比漫长的？
黑洞的形成会不会是无比漫长的？
实用而言，不会的。在我的坐标系中，用史瓦西公制计算出的我撞到视界，甚至撞到奇
点前所用的时间是有限的。对于一个坍缩的恒星而言也是如此。如果我由于某种原因站
在了正在变成黑洞的恒星的表面上，我将在一个有限的时间内经历该恒星的灭亡。
从我的世界看，当我掉入黑洞穿越视界时，史瓦西坐标系的t 轴将会变成无穷大。尽管
它也被称作t 轴，但那并不和任何人的正确时间相对应。事实上在视界内部，t 是一个
空间的方向；而未来和r 轴逆减的方向相对应。只有在黑洞外部，t 轴才指向时间增加
的方向。但无论怎样，这并不意味着我掉入黑洞的时间将无限延长，因为实际过程的时
间是有限的。
在大距离上，相对黑洞静止的人而言，t 确实接近正确时间。但你不能武断地说在小尺
度r 上，t是“远处观察者的正确时间”。因为在广义相对论中，不能独立于坐标系宣称
两个远处事件“同时”发生。任何观察者的正确时间只能在本地定义。
或许用一种更“物理化”的语言说：“无限掉入的物体”这一概念缘于观察（被观察的
物体）发出光线的路径。视界，用相对论的用语讲，被定义为一个“光状表面”，光线
可以停在那里。对于一个理想的史瓦西（Schwarzschild）黑洞（本节我考虑的都是此种
黑洞）而言，视界永远存在。因此光线可以呆在那里而不逃逸。（如果你认为这和光线
必须以恒定速度c进行传播的事实相矛盾，那么我可以告诉你，视界正以光速c运动！广
义相对论中的相对速度也是在本地（坐标）独一无二地明确定义的。并且如果你正处于
视界上，那么你必定掉入黑洞；黑洞会以光速朝你运动过来。）在视界的外缘沿径向外
射的光线在时间t之前不会逃逸得很远。对于遥远处相对黑洞大致静止的观测者而言，时
间轴t与正常时间并不一致。
如果你呆在一个安全的距离上试图目击我掉入黑洞，由于光线延迟，你将会发现我掉入
速度将会越来越慢。但你永远不会看到我到达视界的那一刻。注意，这正是由于（所发
）光线路径的光学效应。
这对于正在灭亡的恒星本身而言也是如此。如果你试图目击黑洞的产生，你将看见黑洞
的坍缩越来越慢，但永远不会精确缩到史瓦西半径。
这给我们描述了一幅黑洞作为一种奇怪的“暂停运动”的图画：一个“冻星”及（其）
正在坠入而不动的物体的残骸；假想中的宇航员悬在黑洞上慢慢地无限坠落。然而这并
非你应该见到的。原因是：当物体接近视界时，它们也开始变暗，它们发出的光线被红
移并弱化。如果有人认为光线实际上由离散的光子构成，那么最后一个光子逃逸出来的
时间应是有限的并且不应很大。因此当物体接近黑洞时，包括正在灭亡的恒星都将停止
闪烁，由此“黑洞”得以正名。
例如，以我以前提到的8个太阳质量的黑洞为例。如果你从看见物体位于距离视界半个史
瓦西半径之外的时候时开始计时，光线从该点起将以指数级减弱，其特征时间大约2万分
之一秒。最后一个光子发出的时间约在其后的百分之一秒，（上述）时间与黑洞质量成
比例。如果我跳进黑洞，我可见的时间不会太长。
同样，如果我跳进去，我不会撞到“冻星”的表面。从在不同于我开始跳的时间/ 地点
的时空中另一点通过视界。
（有些人指出我通过黑洞的时间应比简单计算的时间要早。其理由是：我的加入使黑洞
的质量增加了，因此对于在确定史瓦西t轴上的我而言，视界向外扩展了。）这并未改变
外部观测者不能看见我通过（视界）的情况，因为视界仍旧是类光的；在视界上或视界
内发出的光从未能逃逸出较大的距离。如果从观测者看见我通过视界外一个史瓦西半径
处起计时，在视界的外部边缘上发出的光会花很长时间才能到达观测者。
所有这些并非说黑洞不能被用于（制造）时间“小游戏”，如此FAQ中其他地方提到的“
双生子佯谬”。设想我并没有掉入黑洞，而是燃烧掉不计其数的燃料抵抗黑洞的引力以
停在视界外一固定值为r的距离上。如果此后我返回了家园，我所增加的年龄将会比你增
加得少。在这种情况下，广义相对论就不能用于解释我们两人所经历的正确时间，因为
我们的年龄在旅行结束时作了本地的比较。

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