假設(shè)我擁有一個合適的宇宙飛船和一種自我毀滅的沖動，我決定去進(jìn)入黑洞，去一個不帶電的、不旋轉(zhuǎn)的黑洞（史瓦西黑洞）。在我掉進(jìn)這個或是其他類型的黑洞里之前，我將無法看到事件視界內(nèi)的任何東西。但是，當(dāng)我到達(dá)那里時，它看起來并不是一個很特別的地方，只是我會看到周圍天空因光線的彎曲而出現(xiàn)奇怪的扭曲。但一旦我失敗，我就注定完蛋了。沒有引力能幫到我，因為引力不能阻止注定會發(fā)生的事，我最終不得不撞上奇點。在我到達(dá)奇點之前，由于時空的彎曲，會有巨大的潮汐力將我和我的飛船擠壓到某個方向，并在另一個方向拉伸，直到我看起來像一根意大利面。在奇點處，現(xiàn)在所有的物理學(xué)對將要發(fā)生的事都是沒有用的，但我不在乎，我肯定會死的。             黑洞模擬圖像  來源: kuaibao

對于一些太陽質(zhì)量的普通黑洞來說，在視界之外有很大的潮汐力，所以我甚至可能無法活著進(jìn)入黑洞。例如，對于一個8個太陽質(zhì)量的黑洞，潮汐致命的r值大約為400公里，而史瓦西黑洞的半徑僅為24公里。但潮汐應(yīng)力與M/r3成正比。因此致命的r是質(zhì)量的立方根，而黑洞的史瓦西半徑與質(zhì)量成正比。所以對于大于1000個太陽質(zhì)量的黑洞，我可能會活下來，而對于更大的黑洞，我甚至可能在穿越地平線并進(jìn)入黑洞之前都不會注意到潮汐力。

你會不會永遠(yuǎn)困在黑洞里？黑洞會不會永遠(yuǎn)存在？這沒有任何有用的意義。在我到達(dá)事件視界之前，甚至在我到達(dá)奇點之前，用史瓦西公式在我的時間線上的度量計算的“本征時間”是有限的。坍塌的恒星也是如此：如果我以某種方式站在恒星表面等它坍縮成為黑洞，我將在有限的時間內(nèi)經(jīng)歷恒星的消亡。             

可能會被潮汐力撕裂的宇航員  來源:163

當(dāng)我掉進(jìn)黑洞時，在我的時間線上，當(dāng)我穿過事件視界時，史瓦西坐標(biāo)t變成無窮大。不過，這并不符合任何人的本征時間，它只是一個稱為t的坐標(biāo)。事實上，在事件視界內(nèi)，t實際上是一個空間方向，而未來則對應(yīng)于r的減小。它只是在黑洞外，甚至沒有指向時間增加的方向。這并不意味著我要花很長的時間來適應(yīng)，因為本征的時間是有限的。

在很長的距離內(nèi)，t確實接近某個人相對于黑洞處于靜止?fàn)顟B(tài)的本征時間。但是沒有任何非任意的意義，在較小的r值下，你可以稱t為“一個遙遠(yuǎn)的觀察者的本征時間”，因為在廣義相對論中，沒有坐標(biāo)獨立的方式來表示兩個遙遠(yuǎn)的事件“同時”發(fā)生。任何觀察者的適當(dāng)時間只是局部定義的。

一種更具物理意義的說法是，通過觀察出現(xiàn)的光線的路徑，事物會永遠(yuǎn)陷入其中。在相對論中，視界被稱為“類光表面”，光線可以留在那里。對于一個理想的史瓦西黑洞（我在這一段中正在考慮）來說，地平線是永遠(yuǎn)存在的，因此光線可以在那里停留而不逃逸。（如果您想知道這與光必須以恒定速度c傳播這一事實是如何相協(xié)調(diào)的，那么，地平線正在以c傳播！GR的相對速度也僅在局部明確定義，并且如果您在活動中 您一定會落入地平線；它以光速射向您。）直接從地平線外向外射出的光束直到t的后期值才逃逸到很遠(yuǎn)的地方。對于距離黑洞很遠(yuǎn)且與黑洞大致處于靜止?fàn)顟B(tài)的人來說，坐標(biāo)t確實與適當(dāng)?shù)臅r間很好地對應(yīng)。

所以，如果你從安全的距離觀察，試圖目睹我掉進(jìn)洞里，你會看到隨著光線延遲的增加，我摔倒得越來越慢。你永遠(yuǎn)也看不到我真正到達(dá)事件視界。我的手表，對你來說，會越來越慢，但永遠(yuǎn)也達(dá)不到我掉進(jìn)黑洞時看到的時間。請注意，這實際上是由光線路徑引起的光學(xué)效應(yīng)。

對于垂死的恒星本身也是如此。如果你試圖目睹黑洞的形成，你會看到恒星的坍縮越來越慢，從來沒有精確到史瓦西半徑。             

人類拍攝的第一章黑洞照片  來源: zcool

現(xiàn)在，這導(dǎo)致了黑洞的早期圖像是一種奇怪的懸浮動畫物體，一個“凍結(jié)的恒星”，有固定的下落的碎片,思想實驗的宇航懸員在它上面,以永遠(yuǎn)減慢的下落。然而，這并不是你所看到的。原因是，當(dāng)物體接近視界時，它們也會變暗。它們發(fā)出的光會發(fā)生紅移和變暗，如果你認(rèn)為光實際上是由離散的光子組成的，那么最后一個光子的逃逸時間實際上是有限的，而且不是很大。因此，當(dāng)它們靠近時，包括垂死的恒星在內(nèi)的物質(zhì)會消失，因此“黑洞”這個名字是合理的。

以之前提到的8個太陽質(zhì)量黑洞為例。如果從你看到距離視界半個史瓦西半徑的物體的那一刻開始計時，從那時起，光線將以約0.2毫秒的本征時間呈指數(shù)方式變暗，而最后一個光子的時間大約是百分之一秒。時間的比例與黑洞的質(zhì)量成正比。如果我跳進(jìn)一個黑洞，我不會在很長時間內(nèi)保持可見。

而且，如果我跳進(jìn)去不會撞到“冰凍恒星”的表面，它會在時空中的另一個點穿過視界。

（有人指出，我真正進(jìn)入事件視界的時間要比簡單的計算要早一點。原因是我在黑洞中的加入增加了它的質(zhì)量，因此在有限的史瓦西坐標(biāo)系下，將視界移到我周圍。這實際上并沒有改變外部觀察者是否看到我通過的情況，因為事件視界仍然是像光一樣的；在事件視界或其內(nèi)部發(fā)出的光永遠(yuǎn)不會逃逸到外面，而在事件視界之外發(fā)出的光到達(dá)觀察者需要很長的時間，比如，從觀察者看到我在黑洞外經(jīng)過半個史瓦西半徑時開始計時。）

所有這些并不意味著黑洞也不能用于時間性技巧，就像“孿生悖論”在這個常見問題中提到的其他地方。假設(shè)我沒有掉進(jìn)黑洞，而是停下來，在視界外以恒定的r值等待，燃燒大量的火箭燃料，以某種方式讓我可以承受住巨大的壓力。如果我回到家，我會比你老。在這種情況下，廣義相對論可以說明我們兩個人在適當(dāng)時間的不同，因為我們的年齡可以在旅程的開始和結(jié)束時進(jìn)行局部比較。

你能看到宇宙末日嗎？

如果一個外部觀察者看到我在墜落時逐漸減速，那么我可能會看到宇宙在逐漸加速，當(dāng)我穿過地平線時，我會看到宇宙在壯觀的閃光中結(jié)束，這似乎是合理的。但事實并非如此。一個外部觀察者看到的東西取決于我所發(fā)出光會做什么。然而，我所看到的，取決于光在到達(dá)我面前的作用。我不可能從遙遠(yuǎn)的未來事件中得到光明。在任意遙遠(yuǎn)的未來發(fā)生的遙遠(yuǎn)的事情永遠(yuǎn)不會在我的“過去的光錐”上結(jié)束，那是在給定時間到達(dá)我的光線構(gòu)成的表面。

至少，這是一個不帶電、不旋轉(zhuǎn)的黑洞的故事。對于帶電或旋轉(zhuǎn)的黑洞，情況就不同了。

             在理想化的解決方案中，這些洞可以包含“類時間的蟲洞”，這些蟲洞可以有效地作為通向不相連區(qū)域的大門，不同的宇宙。我可以穿過蟲洞，而不是撞到奇點。但是在蟲洞的入口，作為一種內(nèi)部事件視界，一個無限的加速效應(yīng)確實發(fā)生了。如果我掉進(jìn)蟲洞里，我會看到外面宇宙的整個歷史一直演到最后。更糟糕的是，隨著圖像速度的加快，光線變得藍(lán)移，更加充滿活力，因此當(dāng)我進(jìn)入蟲洞時，會發(fā)生“無限藍(lán)移”，這會使我受到強(qiáng)烈的輻射。顯然有充分的理由相信，無限的藍(lán)移將危及蟲洞本身，取而代之的是一個奇點，其危害性不亞于我設(shè)法錯過的奇點。無論如何，這將使蟲洞旅行成為一項具有可疑實用性的事業(yè)。             

蟲洞示意圖  來源:163

霍金輻射怎么辦？在你到達(dá)那里之前黑洞不會蒸發(fā)嗎？

（首先，需要給你一個提醒：關(guān)于蒸發(fā)黑洞的真正理論并不多。以下大部分是從Wald的GR文本中的信息推斷出來的，但是真正發(fā)生的事情，特別是當(dāng)黑洞變得非常小的時候，還不清楚。因此，對下面的內(nèi)容要有所保留。）

簡言之：不會的。這需要一些詳細(xì)說明。

從熱力學(xué)的觀點，史蒂芬·霍金認(rèn)識到黑洞應(yīng)該有一個非零的溫度，因此應(yīng)該發(fā)射黑體輻射。他最終找到了一個量子力學(xué)機(jī)制?？梢哉f，黑洞應(yīng)該非常非常緩慢地通過輻射損失質(zhì)量，這種損失隨著黑洞變小而加速，最終在輻射爆發(fā)中完全蒸發(fā)。對于外部觀察者，這是在有限的時間內(nèi)發(fā)生的。

我剛才說過，外部觀察者永遠(yuǎn)不會觀察到一個真正進(jìn)入地平線的物體！如果我跳進(jìn)去，你會看到黑洞從我下面蒸發(fā)出來，讓我完好無損，但在很遠(yuǎn)的將來會因為引力時間膨脹而陷入困境嗎？             

電影《星際穿越》中的黑洞  來源:baidu

你不會的，原因是上面的討論只適用于一個沒有因蒸發(fā)而收縮為零的黑洞。請記住，我的墜落速度明顯減慢是由于在視界附近發(fā)出的光線路徑。如果黑洞真的蒸發(fā)了，那么由于接近視界而導(dǎo)致的逃逸光延遲只能持續(xù)到視界消失的時間！當(dāng)我墜落時，考慮一下你對我的外在看法。

如果黑洞是永恒的，那么發(fā)生在我身上的時間（通過我的手表）會越來越接近我墜落的時間（假設(shè)你的視力不受光子的離散性或紅移的限制）。

如果黑洞是致命的，你會看到這些事件發(fā)生的時間越來越接近黑洞蒸發(fā)的時間。返推，你就會計算出我穿越事件視界的時間，就在洞消失的那一刻?。ó?dāng)然，即使你能看到我，圖像也會被蒸發(fā)的洞里的所有輻射淹沒。）不過，我自己不會經(jīng)歷那場災(zāi)難；我會穿過地平線，只留下我的光。就我而言，我可怕的命運不受蒸發(fā)的影響。

當(dāng)然，所有這些都假設(shè)你能看到我。實際上，最后一個光子的時間早就過去了。此外，當(dāng)黑洞縮小為零時，還有霍金輻射的明亮背景。

（考慮到我不會進(jìn)入這里，一些物理學(xué)家認(rèn)為黑洞不會完全消失，會留下一個殘洞?，F(xiàn)在的物理學(xué)并不能真正決定這個問題，就像它不能決定奇點到底發(fā)生了什么一樣。如果有人能計算出量子引力，也許這能提供一個答案。）

本文章信息來源:

有關(guān)致命半徑、暗化和最后一個光子的時間的數(shù)字來自米斯納、索恩和惠勒引力（舊金山：W.H.弗里曼公司，1973年），第860-862頁和第872-873頁。第32章和第33章（IMHO，這本書最好的部分）對我描述的一些現(xiàn)象有很好的描述。

關(guān)于蒸發(fā)和蟲洞的信息來自羅伯特·沃爾德的廣義相對論（芝加哥：芝加哥大學(xué)出版社，1984）。413頁上著名的蒸發(fā)孔共形圖解決了科學(xué)物理中的幾個爭論（盡管它的準(zhǔn)確性受到質(zhì)疑）。

史蒂文溫伯格的引力和宇宙學(xué)（紐約：約翰威利和兒子，1972）為我提供了歷史日期。第八章討論了Schwarzschild解的一些性質(zhì)，第十一章描述了引力坍縮。