育儿：虎爸答小读者问

随着香瓜虎爸的《彭罗斯：不思考生物化学的诺贝尔物理学奖得主不是好的数学家》和红薯虎爸的《黑洞：群星的归宿》，普林小虎队的小老虎和好朋友们开始对彭罗斯老爷爷的三角形和黑洞感兴趣了。这不，问了好多问题呢~

• 红薯虎爸答：“就现在的技术来说，绝无可能黑洞附近的引力场超乎想象的强大当一个物体落向黑洞时，强引力会沿着黑洞中心方向拉伸物体，在垂直径向方向挤压物体，所以总的效果是物体会被拉的又细又长（也被戏称为“面条化”）。一般密度的物体在还没有到达黑洞视界的时候就已经被拉成细沙了，这一现象就是潮汐撕裂。但是，这个潮汐撕裂有一个临界距离，只有离黑洞足够近才会发生。当黑洞质量变得足够大（比如几亿倍太阳质量的巨型黑洞）的时候，潮汐撕裂的临界距离会小于视界的大小。也就是说，在物体进入黑洞视界之前不会被潮汐力撕裂。这就是电影星际穿越中发生的情况（主人公库伯穿越的黑洞就是一个巨型黑洞，所以他并没有被潮汐撕裂）。”
  

• 红薯虎爸答：“至于进入黑洞视界以后会变成什么样，目前还没有定论。原因是在接近黑洞中心的奇点（无穷大）的时候，已知的物理规律会失效。所以现在关于黑洞内部的时空是怎么样的，还是一个前沿研究领域。”
  

• 红薯虎爸答：“对于小于几十个太阳质量的恒星级别的黑洞来说，现有理论可以由恒星的演化来解释。大质量恒星（大于8倍太阳质量）演化到生命的最终阶段会以超新星爆发的形式抛掉大部分质量，剩下的致密的核心部分会形成致密星体（中子星或黑洞）。当前身星质量足够大的时候，爆炸后留下的残余物就是一个黑洞。超大型质量黑洞（质量大于几十万倍太阳质量）的形成目前是认为由较小质量的“种子黑洞”从宇宙早期开始，通过长时间的吸积物质长成这么大的，但是这个“种子黑洞”到底有多大，目前尚无定论。最后，质量介于恒星级别黑洞和超大质量黑洞之间的中等质量黑洞，理论和观测还刚起步。一种可能是通过恒星级别黑洞的合并可以形成中等质量黑洞。比如最近引力波天文台探测到了一个黑洞并合的事件，其并合的产物恰好就是一个中等质量级别的黑洞。”

• 红薯虎爸答：“地球因为质量太小，所以没有足够的引力来塌缩星体形成黑洞。”
  

• 红薯虎爸答：“没人知道现有的物理规律在接近奇点无穷大的时候会失效，所以黑洞内部的结构还是一个研究的前沿课题。这里只是一种可能性：假设你并没有被潮汐力撕裂，在进入黑洞内部（即视界以内）后，你会一路奔向奇点。但随着引力不断增强，在没有到达奇点之前，你应该已经被引力撕裂了。黑洞内部在经典理论下并没有物质（所有质量都在中心的奇点），但是存在时空结构（这个具体的时空结构还跟黑洞的其它属性有关，比如自旋）。”
  

• 红薯虎爸答：“黑洞视界以内的温度概念不太好定义，因为接近奇点的物理规律还不清晰。这里只是一种可能：奇点的能量密度相当大，所以要定义温度的话可能是普朗克尺度上的“超高”温度（10的32次方开尔文）。视界以内奇点之外可能是绝对零度。视界外表面附近可以定义一个温度，即霍金蒸发的理论 — 越大质量的黑洞霍金温度越低。一个太阳质量的黑洞的霍金温度已经接近绝对零度（约零下273摄氏度）。”
  

• 红薯虎爸答：“黑洞内部时间的定义取决于观测者在哪儿。对进入视界的观测者来说，时间一样流逝，穿越视界没有任何变化。但是对外部观测者来说，进入黑洞那个人会永远“定格”在进入视界的瞬间。”

• 红薯虎爸答：“黑洞本身因为不发光，还吸收所有能量，所以没有比它更“黑”的了。但是，当物质还没有掉到黑洞视界以内的时候，它们发出的光还是可以逃逸黑洞，被我们观测到。视界望远镜拍到的首张黑洞照片中的颜色是伪色，看起来好看而已。真正接受到的光辐射是在射电波段，肉眼是看不到的。”

  
  

除了这些小老虎和好朋友们的问题，相信很多对彭罗斯老爷爷的镶嵌和黑洞感兴趣的小朋友们的小脑袋里一定也会有很多疑问的。因此，普林小虎队特开读者讨论区，来收集小朋友们的问题。愿你的声音，你的问题，也能得到虎爸们的解答。知识，我们一起分享！科学，就在你身边！

（任意三角形）

（任意凸四边形）

对彭罗斯老爷爷的镶嵌感兴趣的小朋友们，也可以拼拼看下面的彭罗斯镶嵌的图形。这两种特殊四边形的组合，通过某个特殊的拼法，可以拼成五重周期性图形，高年级的小朋友们不妨挑战一下自己，试试看能不能拼出这个五重周期性图案（需要打印很多张）！

（图：彭罗斯镶嵌）

此外，对玛乔丽奶奶的工作感兴趣的小朋友们（见此文：逆袭！高中学历五娃妈妈的数学路），还可以试试拼下面这个美丽的五边形玫瑰花镶嵌 （沿着白线剪开，再重新拼回到一起）。特殊的五边形也可以铺满平面！

以上图片都可以保存下来，然后打印出来。如果想要更清晰的图片，欢迎后台给我们留言，我们会把大图发给您！希望小朋友们都能在拼图中找到研究数学和图形的乐趣！