本
文
摘
要
谢邀
题主的观察很仔细,这是一个很好的问题
首先向《星际穿越》、基普·索恩还有导演诺兰致敬,这部电影是一部非常硬的硬科幻,它非常真实的还原了黑洞的视觉效果,其中就包括题主所看到的这一现象。
黑洞是一个将空间和时间扭曲到了极致的星体,我们通常所说的黑洞表面是指黑洞的事件视界,从这一表面向内,光被束缚在了黑洞内,现有物理理论下的任何东西(除了霍金辐射)都不能从视界内逃离。
电影中库伯掉入黑洞时,从远处看黑洞是个球体,越是向下降落,黑洞的表面在他看来就越向上弯曲,直到它头顶只剩一小片天空,最终黑洞表面会在他头顶合并、封闭起来。
远处看黑洞,就是一个球体
靠近后,黑洞的视界变成了凹面,就是题主所说的那个样子。
临近视界的地方,黑洞视界快要完全覆盖掉整个视野,只有进入的那个方向能看见一小片外界的宇宙,而且由于光线的偏转,所看到的是那一小片是整个宇宙的图像。
这是因为在黑洞附近,我们通常所说的经典的空间几何(欧几里得几何)失效了,取而代之的是黎曼几何。这就好比在地球上,以北京、乌鲁木齐、海口三个市做一个三角形,而这个三角形的三条边(各市间的距离)并不遵循三角函数定理,因为他们是在一个球面上,而并不是平面上的三角形,在这里需要引入一个曲率的概念才能继续计算。这就是黎曼几何。
黑洞附近的空间正是由于曲率过大,才会出现电影中这样的效果。
其实还有更极端的,当完全掉入视界以后,我们一般认为黑洞内部只有指向奇点的一个方向,就是说不管你向上下左右前后哪个方向走,最终都会走向奇点。
进入黑洞后,由于空间的极度弯曲,已经无法用图来示意了。在那里,只有一个方向,那就是奇点的方向。
最后两幅图画的很不合理,但是用二维的图片实在难以表现空间的弯曲。