在某些方麵,黑洞並不總是那麼標新立異。
任何有質量的物體都有引力。你有,我有。錘子有,地球有,太陽有,黑洞也有。你從一個物體那裏感受到的引力取決於兩個方麵。一是那個物體的質量:當一個物體的質量增加一倍,它對你的引力也會增加一倍。
引力的另一個決定因素是你與這個物體的距離——實際上是你和它的重心(center of mass)的距離。記得吧,前麵曾描述過,引力隨著距離的增加成倍地下降,這反過來也就意味著引力在你靠近時成倍地增加。
我們以太陽為例。它很重——足有2×127(2後麵27個零)噸,而且也很大——大約86萬英裏寬。如果你可以在不被蒸發的情況下站在太陽表麵,感受到的萬有引力相當於地球上28倍。
不過這是你從太陽那得到的最大的引力了。如果你往後退(是個不錯的選擇),你受到的引力會下降(因為距離遠了)。而且如果站在表麵,你也不能再近了。如果要再近一些,就要進入太陽了。那樣的話雖然你更接近太陽的中心,但現在你的外麵也有物質了。你可以想象這些物質會對你產生向上的引力,抵消部分向下的引力。越接近太陽的中心,你受到的引力越小。在正中心,就感受不到引力了。
現在,我們稍微調整一下。維持太陽的質量不變而壓縮它的體積,它的直徑變為,比如3.6英裏。既然所有的質量現在被打包到一個隻有之前體積1/24 的球體裏,表麵的引力會猛增……但是你在43萬英裏外(初始的太陽半徑)感受到的引力完全一樣!
很簡單:質量沒變,距離也沒變。既然引力僅取決於這兩個變量,你感受到的引力和正常情況下的太陽就應該是一樣的。
不同的是,如果這時你再次靠近,引力就會上升(之前它是下降的,因為那時你在太陽裏麵)。太陽變得很小,你可以不斷向它靠近,而且隨著你的靠近,引力不斷增加。引力變大、變大……直到你來到距離中心1.8英裏的地方(直徑的一半),在這個點上,你的麻煩真的來了。
太陽的引力會相當強,光線都無法逃脫(你肯定在想,它們會去哪兒呢?)。是的——如果我們可以把太陽壓縮到那個尺寸,它就變成了一個黑洞!
在這裏,很重要的一點是:對於離得很遠的物體來說,來自一個黑洞的引力與來自一個比黑洞大很多但質量相同的物體的引力是完全相同的。在一個無限遠的點上,質量是太陽十倍的黑洞的引力與質量同樣是太陽十倍的普通恒星的引力是完全一樣的。
黑洞是很危險的,因為你有可能會靠近它。這是它的真正威力所在。它們不一定要比其它物體質量高——很多恒星的質量比黑洞大很多。它們靠的是“個頭”,或者也可以說是它們的缺陷:黑洞都很“矮小”。你可以靠得很近,而你一旦真的靠近,它們的引力將急劇增加。
假設你很“勇敢”(或者說莽撞),嚐試著接近黑洞,會有什麼樣的後果呢?
如果你的腳先進入黑洞,那麼你的頭大概離黑洞有6英尺(當然,這取決於你的身高)。既然引力取決於距離重心的距離,黑洞對你的腳的引力比對你的頭的引力大。在較遠的距離時,你的頭和腳所受的引力的區別很小,不過當你靠近時,差距會拉大。
這種作用力被稱為潮汐力(tidal force)。地球就經受著來自月亮的潮汐力:靠近月球的一麵受到的月球的引力比遠離月球的一麵要大一點。受此影響,正對著月球的一端會產生一個凸起。不過讓人想不到的是,地球實際上產生了兩個凸起:正對著月球有一個,遠離月球的另一端也有一個!
原來,由於月球對地球中心的引力比對遠端要大——中心離月球更近,因此,月球實際上是在把地球的中心拉離遠端,最後的結果就是在遠離月球的一麵出現了一個凸起。對於一個受潮汐力作用的物體來說,它仿佛在被拉伸著——就像是一隻手拿著橡皮筋的一端,另一隻手拿著另一端,然後向外拉。