1700901331
图解时间简史:人人都可以读懂的霍金 3 旋转黑洞 另一种黑洞
1700901332
1700901333
星球或银河等天体旋转的情形是很普遍的。我们现在假设,黑洞正在旋转着,那么它内外两侧的时空就会变成什么样的呢?
1700901334
1700901335
正如前面讲过的,由于旋转中天体的重力崩坏,黑洞才得以形成。这样的话,只要把黑洞想象成也是在旋转着的话,就不会觉得不自然了。而且,如果黑洞确实在旋转的话,它内外两侧的时空就会变得非常有趣,同时还拥有不可思议的力量。我们可以假设,在正在旋转着的黑洞附近,光朝四面八方射出来。于是,光因为重力而被拉向内部的同时,黑洞的旋转方向也会被拉扯。这是因为黑洞拉扯周围的时空而旋转着。即使光本身打算朝向黑洞中心笔直地飞进去,但仍然不知什么时候就远离了中心。
1700901336
1700901337
1700901338
旋转黑洞和不旋转黑洞
1700901339
1700901340
旋转黑洞也叫作克尔黑洞,具有不重合的两个视界和两个无限红移面。视界是黑洞的边界;无限红移面指的是光在这个面上发生无限红移,即光从一个边界射出后发生引力红移。如果红移后的频率为零,那么这个边界就是无限红移面。
1700901341
1700901342
按照彭罗斯的推理,能量较低的粒子在穿入能层后,会从能层中获得能量,从而在穿出能层时有很高的能量。如果反复操作此过程,粒子就提取黑洞的能量,使能层变薄。这些能量是黑洞的转动动能,因此在能层变薄后,黑洞转动的动能会减少。到了能层消失时,克尔黑洞就退化为不旋转的施瓦西黑洞。此时,粒子不能再继续提取黑洞的能量了。
1700901343
1700901344
在克尔黑洞中的中心奇异区的是一个奇环——而非奇点,那是由奇点围成的一条圆圈线。当黑洞旋转的速度越来越快时,内外视界就有可能合二为一,此时的黑洞称为极端克尔黑洞。如果旋转速度再快一点,视界就会消失,奇环就裸露在外面。这一说法与彭罗斯的宇宙监督假设是矛盾的。因此在这一前提下,黑洞的转速是受限的。此时,如果飞船从外部飞入,就一定会穿过内外视界间的区域,并且在进入内视界内部后可以在其中运动而不一定会停在奇环上。同时,飞船还可以从这里进入其他的宇宙,并从另一个宇宙的白洞出来。
1700901345
1700901346
在另一种情况下,宇宙监督定理可能会认为内视界内部区域不稳定,从而飞船也许在到达这个区域之前就已经撞向奇环了。宇宙监督定理是英国数学家彭罗斯提出的,认为每一个奇点外面都有一个视界包围,以防止奇点性质被抛到整个宇宙时空中。因此,宇宙监督不仅不允许我们所处的宇宙受奇异性的干扰,同时也封住了一切可穿越虫洞的入口,不允许我们去发现别的宇宙。
1700901347
1700901348
1700901349
黑洞的外侧
1700901350
1700901351
如同前面叙述过的,黑洞的表面叫作事象的地平面。没有旋转的情况时,在地平面的外侧,例如与重力取得平衡的架好的火箭,对于黑洞而言它可能处于静止中。然而,在黑洞旋转时,周围的时空本身也会被黑洞拉扯。所以,即使在地平面的外侧,直到某个距离为止,在逐渐接近的过程中,不管再怎么努力,都无法使它静止下来。仿佛是被黑洞的旋转拉着一样不停运动起来。
1700901352
1700901353
1700901354
黑洞的内侧
1700901355
1700901356
在黑洞的内侧,则发生了更有趣的现象。由于旋转的影响,又出现了另一个事象的地平面。朝外射出的光,明明是停留在它的位置上,却又出现在外侧的事象的地平面。如果黑洞没有旋转的话,事象的地平面就只会有一个,一旦落入其中,就连朝外射出的光也只能朝内行进。
1700901357
1700901358
然而,如果黑洞正在旋转的话,因旋转而产生的离心力就会发挥作用,似乎要抵消重力似的。因此,朝外射出的光虽然是变成朝内行进,但是随着越来越接近中心,它的速度就会逐渐变慢,直到在某个地方速度减为零。那个地方就称为内部的事象的地平面。在内部的地平面中,只有当离心力胜过重力时,朝外射出的光才能够朝外行进。可是,一旦落入内部的地平面之中的话,就再也没有机会逃到外面去。
1700901359
1700901360
1700901361
1700901362
1700901363
图解时间简史:人人都可以读懂的霍金 黑洞的旋转
1700901364
1700901365
旋转黑洞
1700901366
1700901367
如果黑洞在旋转的话,那么它内外两侧的时空会有很大的变化,并且具有很强的力量。假设在正在旋转着的黑洞附近,光朝四面八方射出来,此时光会由于重力作用而被拉向黑洞内部。同时,黑洞的旋转方向也会被拉扯。
1700901368
1700901369
1700901370
1700901371
1700901372
相关链接
1700901373
1700901374
白洞 白洞(white hole)被认为是性质与黑洞正相反的天体。它有一个封闭的边界,内部的物质(包括辐射)与黑洞不同,可以经过边界发射到外面去,但边界外的物质不能落进白洞。所以,白洞像一个不断向外喷射物质(能量)的喷泉。就目前来说,尚无观测证据证明白洞是否存在。有一种观点认为白洞并不存在。这是由于白洞外部的时空性质和黑洞是一样的,可以把它周围的物质吸积到边界上形成物质层。此外,就目前的理论,大质量恒星演化到晚期可能经坍缩而形成黑洞;但白洞的形成过程无从知晓。有一种可能就是白洞是宇宙大爆炸时的残留物。
1700901375
1700901376
1700901377
1700901378
[
上一页 ]
[ :1.70090133e+09 ]
[
下一页 ]