周一 · 知古通今|周二 · 牧夫专栏

周三·风月同天|周四·观测指南

周五·深空探测|周六·茶余星话|周日·太空探索

作者：Sam Baron

翻译：周奕宏

校对：杨欣冉

编排：喻思敏

后台：李子琦

原文链接：https://www.space.com/are-black-holes-time-machines

一位艺术家对黑洞的图解。

图片来源:Mark Garlick/ Science Photo Library /Getty Images

黑洞构成了天然的时间机器，我们可以利用它穿越到过去和未来。但别指望我们很快就能回去参观恐龙。

目前，我们还没有能让我们靠近黑洞的宇宙飞船。但是，即使把技术问题放在一边，你也绝对不会试图用黑洞穿越到过去的。

01

黑洞是什么？

黑洞是一种质量极大的物体，通常在垂死恒星自身坍缩时形成。

如行星和恒星一般，黑洞周围也有引力场。引力场让我们能够站在地球上，同时使得地球绕着太阳转。

根据经验，一个物体质量越大，它的引力场就越强。

地球的引力场使得进入太空极其困难。这就是我们制造火箭的原因:我们必须快速飞行以摆脱地球引力。

黑洞的引力场非常强，甚至连光都无法逃脱。这令人印象深刻，因为光是科学上已知的最快的东西!

顺带一提，这就是黑洞呈现黑色的原因:我们无法看到从黑洞上反射回来的光线，就像在黑暗中从树上反射回来的手电筒光束那样。

02

拉伸空间

爱因斯坦的广义相对论告诉我们物质和能量对宇宙有奇特的影响。物质和能量使空间弯曲和拉伸。一个物体质量越大，它周围空间的弯曲、拉伸程度就越大。

一个大质量物体在空间中形成了一种类似山谷的结构。当其它物体靠近时，它们就掉入山谷。

地日在扭曲时空上的三维插图。

图片来源:vchal via Shutterstock

这就是为什么当你足够接近任何大质量物体时，包括黑洞，你会向它坠落。这也是光无法逃离黑洞的原因:山谷的两侧如此陡峭，以至于光的速度不够快，无法爬出黑洞。

当你从远处接近黑洞时，黑洞形成的山谷会变得越来越陡峭。它变得足够陡峭以至于光无法逃逸的点被称为事件视界。事件视界不仅引起想要成为时间旅行者的人的兴趣，对哲学家也是一样，因为事件视界对我们如何理解时间的本质带来影响。

03

拉伸时间

当空间被拉伸时，时间也会被拉伸。靠近大质量物体的时钟要比靠近小质量物体的时钟走得慢。

与地球上的时钟相比，黑洞附近的时钟走得非常慢。黑洞附近的一年可能意味着地球上的80年，正如你可能在电影《星际穿越》中看到的那样。

通过这种方式，黑洞可以被用来穿越到未来。如果你想跳到地球的未来，只需在黑洞附近飞行，然后返回地球。

如果你离黑洞中心足够近，你的时钟会走得更慢，但只要你没有穿过事件视界，你仍然可以逃脱。

04

时间循环

那过去呢?这就是事情变得真正有趣的地方。黑洞将时间弯曲得如此之大，以至于时间可以自我回绕。

想象一下，拿一张纸，把两端连接起来形成一个环。这就是黑洞对时间的影响。

这就创造了一个天然的时间机器。如果你能以某种方式进入这个物理学家称之为闭合时间型曲线的循环，你会发现自己处于一条始于未来，终于过去的轨迹上。

在循环内部，你也会发现因果关系变得难以厘清。过去的事情会导致未来发生的事情，而未来又会导致过去发生的事情!

05

隐患

这样，你发现了一个黑洞，你想用你可靠的宇宙飞船回去拜访恐龙。祝你好运。

有三个问题。首先，你只能穿越到黑洞的过去。这意味着，如果黑洞是在恐龙灭绝之后形成的，那么你就无法回到足够久远的过去。

其次，你可能必须穿过事件视界才能进入循环。这意味着要在过去的某个特定时间退出循环，你需要退出事件视界。这意味着你需要比光还要快，我们很确定这是不可能的。

第三，也可能是最糟糕的，你和你的飞船将经历“拉面效应”。听起来很美味，对吧?

遗憾的是，事实并非如此。当你穿过视界时，你会被压扁，就像面条一样。事实上，你可能会被拉伸得很薄，就像一串原子在虚空中盘旋。

所以，虽然思考黑洞的时间扭曲特性很有趣，但在可预见的未来，拜访恐龙将不得不停留在人们的幻想中。

责任编辑：杨欣冉

牧夫新媒体编辑部

『天文湿刻』 牧夫出品

微信公众号：astronomycn

韦伯揭开黑暗面

影像来源：NASA, ESA, CSA, and M. Zamani (ESA)

谢谢阅读