掉进黑洞是什么感觉？或许你会看到完全不一样的世界！

• 从黑洞外面，所有的物质都会发出光线并且始终可见，而事件视界后面的任何东西都无法发出。但如果你是那个陷入黑洞的人，那么你所看到的将是有趣且违反直觉的，我们知道它实际上会是什么样子。

宇宙有许多可怕的方法可以摧毁某些东西。在太空中，如果你试着屏住呼吸，你的肺就会爆炸; 如果你呼出每一分子的空气，你就会在几秒钟内消失。在某些地方，当你的身体被吸出时，你会冻结固体; 在其他地方，你的原子会变成等离子体。但是，在宇宙处理某人的所有方式中，我认为没有比将人送入黑洞更令人着迷的了。

这是一个非常有趣的问题，也是科学可以回答的问题。我们来看看。

• 大量弯曲的时空的例证，在黑洞的事件天际之外。随着您越来越接近质量的位置，空间变得更加严重弯曲，最终导致一个位置，即使光线也无法逃脱：事件视界。该位置的半径由黑洞的质量，光速和广义相对论的规律来设定。从理论上讲，应该有一个特殊的点，一个奇点，其中所有的质量都集中在静止的，球对称的黑洞上。

根据我们的引力理论，爱因斯坦的广义相对论，只有三个因素决定了黑洞的性质。它们如下：

1. 质量，或物质的总量和等效的能量（通过 E = mc2）进入形成和生长黑洞到其现状。
2. 在历史上落入黑洞的所有带正电和负电的物体中，黑洞中存在的电荷或净电荷。
3. 角动量或旋转，它是黑洞固有的旋转运动总量的量度。

实际上，我们宇宙中物理存在的所有黑洞应该具有大质量，大量的角动量和可忽略不计的电荷。这使事情变得非常复杂。

• 当一颗足够大的恒星结束它的生命，或者两颗足够巨大的恒星残余物合并时，就会形成一个黑洞，其中一个事件视界与其质量成正比，并且周围有一个吸收物质的吸积盘。当黑洞旋转时，事件视界外部和内部的空间也会旋转：这是框架拖动的效果，这对于黑洞来说可能是巨大的。

当我们通常想到一个黑洞时，我们想象的更为简单：只用它的质量来描述。它具有围绕单个点的事件视界，以及围绕该点的区域，光不能从该区域逃逸。该区域是完美的球形，并且具有将光可以从其不能逃离的区域分开的区域的边界：事件视界。事件视界位于特定距离（Schwarzschild半径），在所有方向上均匀地远离奇点。

这是一个逼真的黑洞的简化版本，但是开始考虑在两个不同的地方发生的物理学的好地方：事件视界之外和事件视界内部。

• 一旦你越过门槛形成一个黑洞，事件视界内的一切都会变成一个奇点，最多只是一维的。没有3D结构可以完整地存活。

在事件视界之外，引力的行为就像你通常所期望的那样。空间由于质量的存在而弯曲，这使得宇宙中的每个物体都经历向中心奇点的加速。如果你从这个黑洞开始离开很远的地方，在休息时，让一个物体落入其中，你会看到什么？

假设你能够保持静止状态，你会看到这个无意义的物体慢慢加速离开你，朝着这个黑洞。它将加速到事件视界，保持相同的颜色，然后会发生奇怪的事情。它似乎会减速，逐渐消失，颜色变红。但它不会完全消失; 不是很快，也不是永远。相反，它只会接近这种状态：越来越暗，越来越难以察觉。事件视界就像物体光的渐近线; 如果你看起来足够努力，你总能看到它。

• 这位艺术家的印象描绘了一个类似太阳的恒星因接近黑洞而被潮汐破坏所撕裂。之前落入的物体仍然是可见的，虽然它们的光线会显得微弱和红色（很容易移动到人眼看不见的红色），这与它们越过事件视界时所经过的时间量成比例。

现在，想象一下相同的情景，但这一次，不要想象你正在远远地观察那些骇人听闻的物体。相反，想象一下你自己就是一个令人信服的对象。你拥有的经验会有很大的不同。

由于空间曲率变得严重，事件视界似乎变得比你预期的要大得多。在事件视界周围，空间是如此扭曲，你开始看到外部宇宙的多个图像，好像它们被反射和倒置。

一旦你越过事件视界，你不仅会看到外面的宇宙，还会看到事件视野内的宇宙的一部分。你收到的光会蓝移，但随后会再次红移，因为你不可避免地会走向奇点。在最后时刻，空间奇怪地看起来完全平坦。

这样做的物理是复杂的，但计算是简单的，并且最优雅的科罗拉多大学的安德鲁·汉密尔顿进行了一系列 的论文 跨越 后期 2000年代到 早期的 2010年代。汉密尔顿还根据这些计算，在你陷入黑洞的过程中创造了一系列壮观的可视化效果。

我们可以从检查这些结果中学到许多经验教训，其中许多都是违反直觉的。尝试理解它的方法是改变你可视化空间的方式。通常情况下，我们认为空间是一种固定的织物，我们认为观察者在某处被“淹没”。但在事件视野中，你总是处于运动状态。空间从根本上处于运动状态 - 就像一条移动的走道 - 不断地将空间中的一切都移向奇点。

• 在事件视界内外，空间像移动人行道或瀑布一样流动，具体取决于您想要如何显示它。在事件视界，即使你以光速跑（或游），也不会克服时空的流动，这会让你陷入中心的奇点。

它会如此迅速地移动所有东西，即使你用无限的力量直接从奇点加速，你仍然会朝着中心落下。事件视界之外的物体仍然可以从各个方向遇到你的光，但你只能从事件视界内看到一部分物体。

定义任何观察者可以看到的边界之间的边界线在数学上由心形描述，其中心形的最大半径分量接触事件视界，而最小半径分量终止于奇点。这意味着奇点，即使它是一个点，也不会不可避免地连接掉其他所有东西。如果你和我同时落入事件视界的两侧，我们将永远无法在地平线穿越之后看到彼此的光。

• 当你陷入黑洞或者只是非常接近事件视界时，它的大小和比例看起来比实际大小要大得多。对于一个看着你陷入其中的外部观察者，你的信息将在事件视野中被编码。随着黑洞蒸发，这些信息会发生什么变化仍然没有答案。

其原因在于宇宙本身的动态结构。在事件视界内，空间移动得比光快，这就是为什么没有任何东西可以逃离黑洞。这也是为什么，一旦进入黑洞，你就会开始看到奇怪的东西，比如同一个物体的多个图像。

你可以通过问一个类似“奇点在哪里？”之类的问题来理解这一点。

从黑洞的事件视界内部，如果你朝任何方向移动，你最终都会遇到奇点。因此，令人惊讶的是，奇点出现在各个方向！如果你的脚直接指向你正在加速的方向，你会看到它们在你下方，但你也会看到它们在你的上方。所有这一切都是直接计算的，即使它非常违反直觉。这仅仅是为了简化案例：非旋转黑洞。

• 2017年4月，与Event Horizon望远镜相关的所有8个望远镜/望远镜阵列都指向Messier 87.这就是超大质量黑洞的样子，事件视界清晰可见。只有通过VLBI我们才能达到构建这样一个图像所需的分辨率，但是有一天可能会将它提高几百倍。阴影与旋转（克尔）黑洞一致。

现在，让我们来看一个有趣的案例：黑洞旋转的地方。黑洞的起源归功于物质系统，如恒星，它总是在某种程度上旋转。在我们的宇宙中（和广义相对论），角动量是任何近距离系统的绝对保守量; 没有办法摆脱它。当物质集合向下折叠到小于事件视界半径的半径时，角动量会被捕获到那里，就像质量一样。

我们得到的解决方案现在要复杂得多。爱因斯坦在1915年提出了广义相对论，而卡尔施瓦兹希尔德在几个月后，即1916年初推出了非旋转黑洞解决方案。但是，下一步是以更现实的方式对这个问题进行建模 - 考虑如果黑色洞也有角动量，而不是单独的质量 - 直到 罗伊克尔在1963年找到确切的解决方案才解决。

• 具有质量和角动量的黑洞的精确解是由Roy Kerr在1963年发现的，并且揭示了，而不是具有点状奇点的单个事件视界，内部和外部事件视界，以及内部和外部的ergosphere，加上一个相当大的半径的环状奇点。

更天真，更简单的Schwarzschild解决方案与更现实，更复杂的Kerr解决方案之间存在一些基本和重要的差异。没有特别的顺序，这里有一些迷人的对比：

1. 旋转黑洞不是单一的事件视界解决方案，而是有两个数学解决方案：内部和外部事件视界。
2. 在外部事件视界之外，有一个称为ergosphere的地方，其中空间本身以等于光速的旋转速度被拖动，并且落在那里的粒子经历巨大的加速度。
3. 允许的角动量与质量的最大比率; 如果角动量太大，黑洞会将能量辐射（通过引力辐射）直到它低于该极限。
4. 并且，也许最令人着迷的是，黑洞中心的奇点不再是一个点，而是一维环，其中环的半径由黑洞的质量和角动量决定。

• 阴影（黑色）＆旋转黑洞的视野和ergospheres（白色）。在图像中显示的a的数量与黑洞的角动量与其质量的关系有关。请注意，黑洞的事件地平线望远镜所看到的阴影远大于黑洞本身的事件视界或能量圈。

考虑到这一切，当你落入一个旋转的黑洞时会发生什么？当你陷入一个非旋转的黑洞时会发生同样的事情，除了所有空间的表现都不像它正在向一个中心奇点下降。相反，空间也表现得好像沿着旋转方向被拖动，就像旋转的漩涡一样。角动量与质量的比率越大，旋转的速度越快。

• 虽然时空如何在旋转黑洞的（外部）事件视界之外和之内流动的概念类似于非旋转黑洞的概念，但是当你考虑什么时，有一些基本的差异会导致一些令人难以置信的不同细节。经历那个地平线的观察者将看到外部（和内部）世界。当您遇到外部事件视界时，模拟会中断。

这意味着如果你看到有东西落入，你会看到它变得越来越暗，但也会沿着旋转方向被涂抹成环状或圆盘状。如果你陷入其中，你就会被鞭打，就像你正在用一些令人抓狂的旋转木马来吸引你走向中心。当你达到奇点时，它就会成为一个环; 你身体的不同部位会遇到奇点 -在克尔黑洞的内部表面 - 在不同的空间坐标。当你从事件视界内部接近奇点时，你将逐渐无法看到自己身体的其他部分。

你应该从这一切中获取的最深刻的信息是空间结构本身就在运动中，而事件视界被定义为即使你能够以最终的宇宙速度极限移动的位置 - 光速 - 无论你选择什么方向，你总会遇到奇点。

安德鲁·汉密尔顿的可视化是最好的，最科学准确的模拟真实看起来像什么，并且是如此违反我所能真正推荐的是你一遍又一遍地看着它们直到你欺骗自己认为你明白它。这是令人毛骨悚然，美丽的，如果你冒险到足以让自己飞到一个黑洞并穿过事件视界，这将是你见过的最后一件事！