麵條化

在天文物理學中，麵條化，亦稱意大利麵化或意大利麵效應（英語：Spaghettification）^[1]，指物體在強大的非均勻重力場中，受到垂直方向拉伸與水平方向壓縮而變得細長（形狀像意大利直麵）。造成物體意大利麵化的重力場，通常是由強大的潮汐力所引起。在黑洞附近，任何成分組成的物質，都無法抵抗重力場造成的形變。小範圍內，強大的垂直拉伸與水平壓縮效應可以互相平衡，因此被意大利麵化的小型物體，不會改變其體積。

史蒂芬·霍金^[2]曾描述一個假想的太空旅行：一位太空人穿過黑洞的事件視界，並被頭頂和腳尖之間強大的重力梯度「像意大利直麵一樣拉長」。此現象是由於黑洞奇異點施予身體一端的重力遠大於身體的另一端。舉例來說，若一個人的腳先進入黑洞，則腳受到的重力會遠大於頭受到的重力，人因此在垂直方向上被拉伸。同時，此人左側受水平方向力向右，右側反之，導致身體在水平方向上被擠壓。^[3]事實上，「意大利麵化」一詞在這之前就已經被提出。^[4]

恆星的意大利麵化現象，在2018年首度透過觀測距地球1億5000萬光年外的一對相互作用星系被拍攝到。^[5]

例子

在右邊的例子中，四個互相獨立的物體，在行星外排成菱形，並向着行星的重力電磁場的方向^[6]，也就是指向天體中心方向，進行加速運動。按照平方反比定律，四個物體中離行星中心最近者，將受到最大的重力加速度，四個物體排列的形狀因而被拉伸。

這四個物體可以視為一個較大物體的四個相連部分。如果是剛體，它受屈時產生的彈力將會抵抗潮汐力，而達到力平衡。但若潮汐力較大，這個物體在達到力平衡前，仍然會受到一定程度的形變成為細絲帶狀，甚至直接斷裂成一條條碎片。

潮汐力強弱的舉例比較

在由質點或球狀物體產生的重力場中，潮汐作用讓一個指向重力方向的棒狀物，產生往兩端的張力。數學表達式： $F = .mw-parser-output .sfrac{white-space:nowrap}.mw-parser-output .sfrac.tion,.mw-parser-output .sfrac .tion{display:inline-block;vertical-align:-0.5em;font-size:85%;text-align:center}.mw-parser-output .sfrac .num,.mw-parser-output .sfrac .den{display:block;line-height:1em;margin:0 0.1em}.mw-parser-output .sfrac .den{border-top:1px solid}.mw-parser-output .sr-only{border:0;clip:rect(0,0,0,0);height:1px;margin:-1px;overflow:hidden;padding:0;position:absolute;width:1px}μ l m/4r3$ ，其中 $μ$ 為重力源物體的標準重力參數， $l$ 為棒狀物長度， $m$ 為棒狀物質量， $r$ 為棒狀物中心到重力源中心的距離。對非均質棒狀物而言，若質量集中在靠近質心處，張力較小；反之張力較大。此外，潮汐力對此棒狀物的作用，也包含水平方向（從棒子兩側）向中心的壓縮。

對於大質量物體而言，張力在表面處最大，量值取決於此物體的性質，以及重力源大質量物體的密度（當此物體體積相對於重力源物體而言非常小時）。舉例來說，一根質量1 kg，長度1 m的棒子，受到一個密度與地球相仿的重力源作用，其潮汐力引起的張力只有0.4 μN。

白矮星有較大的密度，因此白矮星表面附近的潮汐力較大，可以讓上例提到的棒子，產生最大0.24 N的張力。中子星造成的潮汐力又比白矮星更大，可以讓棒子產生強達10,000 N的張力。假設這根棒子正直直朝2.1倍太陽質量的一顆中子星落下，在不考慮落下過程熔化的情況下，它在距中子星中心190 km時就會解體（中子星的半徑通常只有12 km）。^{[註 1]}

上例中，下落的物體最終會被摧毀，但人在被潮汐力扯碎前，會先死於高溫。但在黑洞附近，情形有所不同。假設附近沒有其他物質，向黑洞落下的人，最終會死於潮汐力拉扯，因為黑洞不會散發輻射能。此外，由於黑洞缺乏固體表面，不能阻止物體落下，所以物體會持續不斷落下並且被拉成細如意大利麵的長條狀物。

事件視界大小的差異

黑洞潮汐力扯碎物體的臨界點位置，取決於黑洞的大小。對銀河中心的超大質量黑洞而言，這個臨界點位於事件視界內，因此太空人可以在不感受到任何擠壓或拉扯的情況下進入事件視界，雖然這個狀態持續片刻之後，他將無可避免地不斷向黑洞中心落下而無法逃離^[8]；對於史瓦西半徑更接近重力奇異點的小型黑洞而言，潮汐力則會在太空人進入事件視界前將其扯碎^[9]^[10]。舉例來說，對於一個10倍太陽質量的黑洞而言^{[註 2]}，先前例子中的棒狀物體會在大約距黑洞中心320 km處瓦解，遠高於此黑洞的史瓦西半徑30 km；對於10,000倍太陽質量的超大質量黑洞而言，它會在距黑洞中心3,200 km處崩解，小於此黑洞的史瓦西半徑30,000 km。

註釋

^ 一根8公尺長、8公斤重的棒子，會在4倍高的地方解體^{[來源請求]}
^ 宇宙現階段能自然生成的最小黑洞，超過兩倍太陽質量^{[來源請求]}

參考資料

內文引用

^ Wheeler, J. Craig, Cosmic catastrophes: exploding stars, black holes, and mapping the universe 2nd, Cambridge University Press: 182, 2007 [2022-01-02], ISBN 978-0-521-85714-7, （原始內容存檔於2022-01-02）
^ Hawking, Stephen. A Brief History of Time. Bantam Dell Publishing Group. 1988: 256. ISBN 978-0-553-10953-5.
^ Astronomy. OpenStax. 2016: 862. ISBN 978-1938168284.
^ For example, Calder, Nigel. The Key to the Universe: A Report on the New Physics. Viking Press. 1977: 143. ISBN 978-0-67041270-9. , a companion to a one-off BBC TV documentary: The Key to the Universe.
^ Astronomers See Distant Eruption as Black Hole Destroys Star (新聞稿). National Radio Astronomy Observatory. Phys.org. 2018-06-14 [2018-06-15]. （原始內容存檔於2022-07-15）.
^ Thorne, Kip S. Gravitomagnetism, Jets in Quasars, and the Stanford Gyroscope Experiment (PDF). Fairbank, J. D.; Deaver, Jr., B. S.; Everitt, C. F.; Micelson, P. F. (編). Near Zero: New Frontiers of Physics. New York: W. H. Freeman and Company（英語：W. H. Freeman and Company）. 1988: 3, 4 (575, 576) [2022-01-02]. （原始內容存檔 (PDF)於2022-01-03）. From our electrodynamical experience we can infer immediately that any rotating spherical body (e.g., the sun or the earth) will be surrounded by a radial gravitoelectric (Newtonian) field g and a dipolar gravitomagnetic field H. The gravitoelectric monopole moment is the body's mass M; the gravitomagnetic dipole moment is its spin angular momentum S.
^ Spinning Black Hole Swallowing Star Explains Superluminous Event - ESO telescopes help reinterpret brilliant explosion. www.eso.org. [15 December 2016]. （原始內容存檔於2017-12-19）.
^ Hawley, John F.; Holcomb, Katherine A. Foundations of Modern Cosmology illustrated. Oxford University Press. 2005: 253 [2022-01-02]. ISBN 978-0-19-853096-1. （原始內容存檔於2022-04-22）. Extract of page 253 （頁面存檔備份，存於互聯網檔案館）
^ Hobson, Michael Paul; Efstathiou, George; Lasenby, Anthony N. 11. Schwarzschild black holes. General relativity: an introduction for physicists. Cambridge University Press. 2006: 265 [2022-01-02]. ISBN 0-521-82951-8. （原始內容存檔於2019-03-31）.
^ Kutner, Marc Leslie. 8. General relativity. Astronomy: a physical perspective 2nd. Cambridge University Press. 2003: 150 [2022-01-02]. ISBN 0-521-52927-1. （原始內容存檔於2022-01-02）.

其他參考資料

Melia, Fulvio. The Black Hole at the Center of Our Galaxy. Princeton University Press. 2003. ISBN 0-691-09505-1.

外部連結

Neil DeGrasse Tyson: Death by Black Hole (clear explanation of the term) （頁面存檔備份，存於互聯網檔案館）

[7] 一根8公尺長、8公斤重的棒子，會在4倍高的地方解體^{[來源請求]}

[12] 宇宙現階段能自然生成的最小黑洞，超過兩倍太陽質量^{[來源請求]}

[1] Wheeler, J. Craig, Cosmic catastrophes: exploding stars, black holes, and mapping the universe 2nd, Cambridge University Press: 182, 2007 [2022-01-02], ISBN 978-0-521-85714-7, （原始內容存檔於2022-01-02）

[2] Hawking, Stephen. A Brief History of Time. Bantam Dell Publishing Group. 1988: 256. ISBN 978-0-553-10953-5.

[3] Astronomy. OpenStax. 2016: 862. ISBN 978-1938168284.

[4] For example, Calder, Nigel. The Key to the Universe: A Report on the New Physics. Viking Press. 1977: 143. ISBN 978-0-67041270-9. , a companion to a one-off BBC TV documentary: The Key to the Universe.

[5] Astronomers See Distant Eruption as Black Hole Destroys Star (新聞稿). National Radio Astronomy Observatory. Phys.org. 2018-06-14 [2018-06-15]. （原始內容存檔於2022-07-15）.

[6] Thorne, Kip S. Gravitomagnetism, Jets in Quasars, and the Stanford Gyroscope Experiment (PDF). Fairbank, J. D.; Deaver, Jr., B. S.; Everitt, C. F.; Micelson, P. F. (編). Near Zero: New Frontiers of Physics. New York: W. H. Freeman and Company（英語：W. H. Freeman and Company）. 1988: 3, 4 (575, 576) [2022-01-02]. （原始內容存檔 (PDF)於2022-01-03）. From our electrodynamical experience we can infer immediately that any rotating spherical body (e.g., the sun or the earth) will be surrounded by a radial gravitoelectric (Newtonian) field g and a dipolar gravitomagnetic field H. The gravitoelectric monopole moment is the body's mass M; the gravitomagnetic dipole moment is its spin angular momentum S.

[8] Spinning Black Hole Swallowing Star Explains Superluminous Event - ESO telescopes help reinterpret brilliant explosion. www.eso.org. [15 December 2016]. （原始內容存檔於2017-12-19）.

[9] Hawley, John F.; Holcomb, Katherine A. Foundations of Modern Cosmology illustrated. Oxford University Press. 2005: 253 [2022-01-02]. ISBN 978-0-19-853096-1. （原始內容存檔於2022-04-22）. Extract of page 253 （頁面存檔備份，存於互聯網檔案館）

[10] Hobson, Michael Paul; Efstathiou, George; Lasenby, Anthony N. 11. Schwarzschild black holes. General relativity: an introduction for physicists. Cambridge University Press. 2006: 265 [2022-01-02]. ISBN 0-521-82951-8. （原始內容存檔於2019-03-31）.

[11] Kutner, Marc Leslie. 8. General relativity. Astronomy: a physical perspective 2nd. Cambridge University Press. 2003: 150 [2022-01-02]. ISBN 0-521-52927-1. （原始內容存檔於2022-01-02）.

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[註 1]

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[註 2]

閱論編黑洞
類型	史瓦西維迪雅角動量電荷虛構（英語：Virtual black hole）超大質量黑洞原初黑洞
尺度	微型極值（英語：Extremal black hole）電子（英語：Black hole electron）恆星質量中等質量超大質量特大質量類星體活動星系核耀變體超大類星體群光學劇變
形成	恆星演化塌縮中子相關模板緻密星夸克奇異先子 Q 托爾曼-奧本海默-沃爾科夫極限方程式白矮星相關模板超新星相關模板極超新星伽瑪射線暴雙黑洞
性質	熱力學史瓦西半徑 M-sigma 關係（英語：M–sigma relation）事件視界准週期振動（英語：Quasi-periodic oscillation）光子層（英語：Photon sphere）動圈潘羅斯過程布蘭德福–日納傑過程霍金輻射邦迪吸積（英語：Bondi accretion）意大利麵效應重力透鏡佩吉時間
模型	重力奇異點奇異點定理（英語：Penrose–Hawking singularity theorem）原初黑洞重力星（英語：Gravastar）暗星暗能量星黑星（英語：Black star (semiclassical gravity)）磁層永塌縮體模糊球（英語：Fuzzball (string theory)）裸奇異點環奇異點（英語：Ring singularity）白洞伊米爾齊參數（英語：Immirzi parameter） M理論範例（英語：Membrane paradigm）球形閃電（英語：Kugelblitz (astrophysics)）蟲洞類星（英語：Quasi-star）
爭論問題	無毛定理黑洞資訊悖論薩斯坎德-霍金爭論宇宙審查假說交替模型（英語：Nonsingular black hole models）全像原理貝肯斯坦上限黑洞互補理論（英語：Black hole complementarity）黑洞防火牆 ER=EPR 白洞熱力學
度規	史瓦西克爾萊斯納-諾德斯特洛姆克爾-紐曼
列表	黑洞列表最大質量（英語：List of most massive black holes）類星體列表
相關	黑洞物理學年表羅西X射線計時探測器超緻密恆星系統（英語：Hypercompact stellar system）黑洞飛船（英語：Black hole starship）
值得注意的	天鵝座X-1 XTE J1650-500 A0620-00 人馬座A* 半人馬座A PKS 1302-102 OJ 287 TON 618 武仙座A 3C 273 Q0906+6930 ULAS J1342+0928 SMSS J215728.21-360215.1
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