就算有物体可以超光速,速度超过黑洞的逃逸速度,其实我们仍然不能离开黑洞。因为黑洞把周围的时空极度弯曲形成了“时空闭环”,所以你速度再快也没用,更何况目前任何物体都无法超光速。这就好好比于一个人要去美国,他说自己可以拥有很快的速度,但是连路都没有,你如何去呢?时空闭环就是“没有路”的意思。
我们先来解释下“时空闭环”,由于“时空”这个东西是四维物体(x,y,z,t),目前我们空间发现的维度只有三维(注意:只是空间维度是三,非空间维度还有多少目前尚无定论),所以要把一个四维物体通过三维的空间展示出来,是非常困难的,所以我们还得先把“时空”这个物质“降维”。
假设目前去掉一个维度z,那么时空这个物体就剩下(x,y,t)的“三维时空”了,这里为啥可以随意去掉z,因为x,y,z三个维度都是空间维度,且这三个维度属性完全一致。由于时空变得只有三个维度我们就可以把它展示在“三维空间”里面。(因为我们空间目前只有三维,所以一个大于三维的事物是无法完整展示再我们的空间中,必须降维)。
由于目前时空中,只有x,y两个空间维度,所以目前你能活动的范围只能是一个平面范围,假设此时这个平面中间有个黑洞(当然此时黑洞也被降维了,变成一个小圆薄片了),由于黑洞会对周围的时空进行弯曲,所以黑洞会以这个平面的各个方向把时空往黑洞里面吸,从而时空就朝向黑洞中心塌陷了。
这里我们要注意:由于x和y形成的二维空间并未弯曲,但是加上t形成的“三维时空”就弯曲了,说明时空弯曲的主要是由t来造成(当然x和y这两个维度对时空弯曲也有帮助,并不是说弯曲的功劳全是t做的),所以这个“时空闭环”让物体无法逃逸黑洞的关键就是t。
上两期文章我专门讲解了“黑洞”无法逃逸的原因,并不是黑洞的“逃逸速度”超过光速,而是因为黑洞将周围的时空形成“闭环”,造成压根没有“路”让物体可逃逸。
这个“时空闭环”到底是什么?我们可以这样理解,由于你所活动的范围是一个平面,你在平面上任意一点的空间坐标是(x,y),接下来就是时间坐标t,我们假设在这个平面垂直上方的高度表示t这个维度,t一直增加,就等效于你开始脱离平面往上飞起来了,时间过得越久,你就越往更高的地方飘,虽然脱离了这个平面,但是在空中做垂线与平面相交你会发现,这个投影依然是在这个平面上的,如下图所示。
如果你的空间坐标一直不变,那么时间t这条线肯定会垂直于平面呈现直线往上走,因为你在空中往这个平面的投影(也就是空中做垂线与平面相交的点)是不变的(因为空间坐标没变),这里需要注意的是,由于平面中心有个黑洞,你如果没有一个反向力拉物体,物体是会滑向黑洞的,所以刚刚说空间坐标保持不变,其实要做到这点必须有一个反向力维持住物体处于静止。
说到这里时空闭环依然还没解释清楚,我接着往下说,当你想通过一个反向黑洞的力F把物体从这个平面拉出来,按照牛顿力学解释,只要F大于引力,我只要保证物体有一点点速度在往反方向走,接下来只需让F=引力,物体即可慢慢被我拉出(保证物体只有一点点速度是为了防止速度太快造成的“质量增加效应”)。但是根据广义相对论,该物体就算处于黑洞,引力依然不是力,是时空弯曲的体现,所以你用F力拉物体,当你把物体往外面拉一点,虽然空间维度来看,你可以持续把物体往外面拉,但是时间维度你会发现,你往空中飘压根就飘不动了,如下图所示。
往空中飘不动,对应的物理含义就是:往这个方向走,时间会几乎静止。但是当你改变运动方向,比如围绕黑洞做圆周运动,你会发现你的时间开始慢慢又在动了,也就是你又可以往更高的地方飘了。如果你往黑洞方向走,黑洞表示非常高兴,因为黑洞就是要吸收一切事物,这就是所谓“顺势而为”,你会发现,你的时间变得更顺畅了,你在空中更加自由的往更高的地方飘了。
所以大家明白了吧,黑洞之所以无法逃逸,不是因为物体不能超过光速,导致物体达不到“逃逸速度”,而是因为黑洞使得周围时空形成闭环,你想往黑洞反方向走,空间维度允许你这么做,时间维度不允许你这么做,越往反方向走,你的时间越凝固。
同时还有一点要说明,刚刚说你在平面上飞起来了,其实是指你的时间维度在增加,你本人还是在这个平面上并未飞起来,只是我们把垂直与于平面的这个维度用t来表示,由于t只能增加,无法倒流,所以你只能越来越往上飞,无法中途突然下降,也无法平行于平面飞。