从黑洞里看外面,能看到什么景象？ _经验知识

这真是个清新脱俗的好问题。
首先。你很可能会看到一圈围绕黑洞旋转的极其耀眼的光芒。它被称为黑洞的光球层。
一些物理学家认为。对于足够大的黑洞。在穿过它的事件视界瞬间。你有机会看到一圈耀眼的光芒。足够大的黑洞。会让宇航员有足够长的时间存活。因此理论上宇航员的确有机会看到点东西。从黑洞里往外看的时候。会看到一道耀眼的光幕。一圈由光子组成的光环。但为什么会这样呢？请看下图。

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图示：当光子射向黑洞时会发生什么？
黑洞的引力会扭曲周围的时空。当光子通过黑洞附近时。将无法保持传统的直线前进。而会开始弯曲。当然这不是随便弯曲。而是越靠近黑洞弯曲得越厉害。当弯曲到一定程度之后。就会从弯曲变成围绕黑洞转圈。注意图中的虚线。那就是逃逸速度恰好等于光速的范围。即在虚线外的光子还有机会脱离黑洞的影响射出。而在虚线上和更靠里面一点的范围中。光子将被永远困住。它们要么在这里转圈要么最终被黑洞吞噬。
但是。光子的路径真的会被黑洞扭曲吗？这只是纸上谈兵的计算结果。还是会真实的发生在宇宙中？不妨让我们看一些更实在的证据。

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图示：爱因斯坦环显示黑洞或大质量星系对后方星系星光的大规模扭曲。
黑洞的确能大幅度的扭转光线。而这种特殊的天文现象。被称为爱因斯坦环。因为黑洞能扭曲光子路径的结论。正是来自爱因斯坦的广义相对论。而一些物理学家相信黑洞的外层围绕着一层火墙或火环的理由也同样来自爱因斯坦的广义相对论。
那么广义相对论到底说的是什么？
广义相对论说。质量会扭曲时空。质量越大越集中。对时空的扭曲就会越厉害。厉害到一定程度就会形成像黑洞这样的怪兽天体。但爱因斯坦最初没有想到黑洞。他只是用时空扭曲去解释太阳系的天体运动现象。解释的结果与用牛顿的物理学一样好。甚至更好。但计算起来要复杂得多。那为什么物理学家们要用复杂的广义相对论。而不用简单的牛顿万有引力定律呢？

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图示：对于十分靠近单恒星的单行星的简单情况中。牛顿定律预测的行星轨道（红色）。但爱因斯坦广义相对论预测的行星轨道（蓝色）是在不断变化的。这和牛顿定律相差甚远。两者不可能都是对的。
【从黑洞里看外面,能看到什么景象？】牛顿万有引力定律无法解释太阳系行星运行的所有现象。比如离太阳最近的水星。它的运行轨道无法完全用牛顿定律解释。从前的天文学家用水星附近存在某个看不到的行星来解释水星轨道的奇怪变化。但他们一直没有找到该行星到底在哪里。但如果用广义相对论。就不需要这颗找不到的行星。也能解释水星那奇怪的轨道。

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图示：水星轨道难题
同时。牛顿的万有引力定律对空间没有影响。但这正是广义相对论的核心内容。在广义相对论中的时空被质量影响。这种影响才是引力的本质。离得越近被影响的程度越深。离得越远被影响的程度越小。

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图示：牛顿的平直空间。爱因斯坦的扭曲时空
但怎样证明这一点呢？
仅仅靠解释水星的运动。还不足以说服大家接受时空本身能被质量扭曲这样惊世骇俗的观点。当时的天文观测能力远不如现在。天文学家没有想到在太空中去寻找这样的现象。比如上面那个爱因斯坦环。而是直接观察太阳背后的星星来检验广义相对论是否正确。

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图示：如果太阳真的扭曲了其身后的星光。那么当太阳离开后。我们将得到同一颗/同一批星星相互错位的照片。因为我们总是默认光走直线。我们会用直线倒推光源所在。
当太阳背后的星光通过太阳附近时。将被太阳的引力扭转。扭转的程度可以被计算出来。但太阳本身太明亮了。无法观察它背后射来的星光。还好我们有个月亮。它可以挡住太阳。在日全食是。我们有机会看到太阳背后的星星。然后我们可以对比有太阳和没有太阳时。这些星星的位置是否看起来错开了一点。就能知道广义相对论是对是错。结果证明。爱因斯坦是对的。现在。天文学家将这种效应称为引力透镜效应。