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黑洞是什么?黑洞还有很多种?奇点也不止一个?

关于黑洞是什么这样的问题,其实我平常都会讲一下它的前史,但因为关于黑洞的前史我现已讲过不止一次了,所以这篇文章我将彻底不讲前史。黑洞这个姓名给人一种奥秘感,觉得会是一个阴沉沉的奥秘物体。不过事实上尽管…

关于黑洞是什么这样的问题,其实我平常都会讲一下它的前史,但因为关于黑洞的前史我现已讲过不止一次了,所以这篇文章我将彻底不讲前史。

黑洞这个姓名给人一种奥秘感,觉得会是一个阴沉沉的奥秘物体。不过事实上尽管它的确有点可怕,但其实它特简略,从前有人说过黑洞是世界中最简略的天体,因为它只要三个物理量,也便是它只需要用三个物理量就能够被精确描绘,这三个物理量分别是:质量、电荷和角动量。这三个物理量便是现在已知的黑洞的悉数了。

不过绝大多数人听说过的黑洞其实只要一个物理量,那这是世界中最简略的天体了,它叫史瓦西黑洞。它是由史瓦西半径公式给出的一个只要质量这一个物理量的天体。通过把必定的质量代入史瓦西半径公式,就能够计算出一个半径,而当一切的质量都会集到这个半径以内时,这个天体就会变得不行见,因为世界中速度极限的光速也无法从这个半径范围内逃离了,这个半径构成的一个球面称为视界面,而这个视界面作为鸿沟的球形天体就叫黑洞。严厉说这个叫史瓦西黑洞。

依据广义相对论,黑洞的视界面是一个单向膜,视界面以内是单向的,所以不会有任何物体会在视界内往视界跑。也便是说,一切落入视界的物体都会不行逆地落向黑洞中心的奇点。它之所以不行逆的原因便是在视界内时空发生了交换,从视界面到中心奇点的方向从空间方向变成了时刻方向。所以落入视界的物体我外界看来并非沿空间方向落向奇点,而是沿着时刻方向落向奇点。而奇点在广义相对论里被界说为时刻为0的点,用人话讲便是时刻的结尾!

史瓦西黑洞是一种十分极点的黑洞,它要求的初始条件十分严苛:总电荷为0,总角动量为0,用人话说便是不带电,不自转。这关于一个由生命晚期的大质量恒星中心坍缩构成的大质量天体来说,基本上是不行能完成的,因而一般来说,自然界不存在严厉意义上的史瓦西黑洞。

那么自然界的黑洞都是什么黑洞?能够确认的是一般都是带自旋的黑洞,这种称为克尔黑洞。至于带不带电,一般也以为会带电,但这个咱们其实欠好确认。

关于克尔黑洞,它其实便是一种高速旋转的史瓦西黑洞,也是相对简略的,但现已比史瓦西黑洞杂乱很多了。科幻电影《星际穿越》里的黑洞便是一个极点的克尔黑洞,说它极点是因为它的自旋速度极高,现已挨近其自旋速度的理论上限了。

上面这个便是《星际穿越》里的克尔黑洞——卡冈图雅,这是挨近其自旋赤道面的视角,有没有发现它的左右是不对称的?这便是克尔黑洞的典型特征,咱们看到的是黑洞的吸积盘,它会在克尔黑洞高速自旋所发生的时空拖拽下沿一个方向绕黑洞高速旋转,这将使其中一边的吸积盘高速接近咱们,而另一边则高速远离咱们,这就发生了严峻的多普勒效应,导致接近一边的吸积盘比远离那一边的吸积盘更亮。

这种依据理论领会的克尔黑洞更符合事实,不过或许这会导致黑洞缺少美感,所以电影里并没有这样出现。而关于克尔黑洞的奇特特性咱们能够从电影里了解,因为这电影的科学参谋是尖端的广义相对论威望,2017年度诺贝尔物理学奖得主基普·索恩,所以你其实彻底能够把这部电影作为一部科普启蒙电影来看。

在电影中,男主角库珀落入了高维文明放置在黑洞奇点旁的超体空间中,你没看错,那是一个奇点旁,但这个奇点并非史瓦西黑洞中的中心奇点,而是一个极点克尔黑洞特有的,绕中心奇点旋转的外飞奇点。在理论里,这个奇点时空曲率并没有中心奇点那么大,并且因为高速绕中心奇点旋转,所以当库珀与它相遇时会在极短时刻内擦肩而过,库珀的身体得以保存。

从上图你看见什么?没错,还有一个下落奇点,它跟外飞奇点相同都是极点克尔黑洞里高速绕中心奇点旋转的,而那个给库珀传送奇点数据的AI塔斯所落通过并记录下数据的奇点便是下落奇点。

到这儿是不是现已觉得黑洞其实一点也不简略了,其实还有更杂乱的,便是带电的黑洞。关于带电黑洞,这篇文章的篇幅太长了,今后有时机咱们再讲吧。

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