黑洞科普(二):黑洞的分類(1 / 1)

黑洞的物理性質:目前人類已知的最簡單的天體,三個物理參數就可以描述一個黑洞,即質量,角動量,電荷。

其中,

1、質量決定黑洞大小(黑洞質量>0)。

2、角動量是任何旋轉物體所具備的物理量,黑洞的角動量>=0,為0時表示黑洞不旋轉。

3、黑洞電荷>=0,表示黑洞不帶電。

所以依據2、3條將黑洞分為四種。

第一種,不帶電不旋轉黑洞(也叫史瓦西黑洞),也就是黑洞的電荷量C=0,角動量L=0。用來描述這種黑洞的隻有唯一一個參數——質量。當物體接近黑洞視界麵時,因為時間變得緩慢,物體移動的速度也會變得緩慢。同時顏色也會越變越紅,因為光的頻率會被扭曲的時空越來越低。當光到達黑洞視界麵上時,頻率會降到無限低,這個位置也叫做“無限紅移麵”。對於史瓦西黑洞來說,視界麵就是無限紅移麵。而隨著物體不斷接近黑洞,就會被黑洞的潮汐力拉長(黑洞質量越小,潮汐力越大,反之潮汐力越小。),當拉長超過臨界值時,物體就會被扯碎。而且來自黑洞之外的一切電磁波星信號會逐漸減弱。至於如果穿越了黑洞視界麵,量子學家認為,穿過黑洞視界麵後,會被高溫燒得連渣都不剩(我也不知道為什麼)。廣義相對論學家認為,物體會朝著黑洞中心的奇點不可逆的飛去。此時並不是因為飛船無法掉頭往回飛,而是時間的箭頭指向了奇點(與空間無關了),不論你做什麼都會被帶向奇點(除非能夠逆轉時間,不過這不現實。)另一方麵,在飛向奇點時,不論黑洞的質量大小,靠近奇點,潮汐力都會越變越大(如果潮汐力無限變大,物體遲早會被扯碎成基本粒子)。

話又說回來,這些都是猜測,都是宇宙未解之謎。而且史瓦西黑洞是宇宙中最不可能出現的黑洞,因為出現條件極為苛刻(我也不知道什麼條件...)。

第二種、帶電不旋轉黑洞,C>0,L=0(也被稱為R-N黑洞)。擁有兩個視界麵,當物體進入外層視界麵後會進入名叫單向膜區的空間,這個空間的時間箭頭指向黑洞的中心奇點,所以是單向的(時間箭頭指向奇點)。在物體飛向奇點的過程中,會進入第二個視界麵,也叫做內視界麵。內視界麵中為正常的時空(是不是可以開點腦洞了?),而在這裏想要靠近奇點,會有排斥力,你永遠也過不去,就算是你飛向奇點的動力大於排斥力,也過不去,因為會進入時間循環,也在物理學上稱為閉合類時線(這裏解釋一下,閉合類時線的意思是表示四維空間沿著時間方向完成一個閉環,形成一個時間圈環。)。想象一下你在這種黑洞的內視界麵空間中殺死自己,是不是很可怕,從某種意義上來說,這也可以被稱為時間囚籠,也會產生祖母駁論。(這個東西就和平行世界有關聯了。)

祖母駁論:假設你穿越回去,在你祖母童年時期殺害,那麼未來的也就不會有你的出現。既然你沒有出現,你又怎麼穿越回去殺死自己呢?跟上麵想象自己殺死自己一樣,你回到過去殺死自己,你沒出現,又怎麼回去誰殺了你自己呢?

牽扯到平行世界的理論的話,就能夠麵前解釋,就是你回到的過去並非你所在宇宙時間線上的過去,而是來到另一個宇宙時間線上,並殺死該平行世界的你,不過這解釋很勉強。

第三種、不帶電旋轉黑洞,C=0,L>0(也稱為克爾黑洞)。

第四種、帶電旋轉黑洞,C>0,L>0(也稱為克爾-紐曼黑洞)。克爾黑洞和克爾-紐曼黑洞相似,物理參數上的的區別就是一個不帶電旋轉,一個帶電旋轉。

而旋轉的黑洞和不旋轉黑洞的區別在於,旋轉的黑洞是扁圓的,不旋轉的是正圓的。這和地球因為自轉,赤道比兩極寬一樣。第二就是,無限紅移麵和外視界麵分離。這裏無限紅移麵在黑洞的兩邊略寬的一塊,以及內部一個沙漏狀的內無限紅移麵,內部沙漏狀的內無限紅移麵中是正常時空。內外兩個視界麵中,有一個單向膜區(前麵有提到過),單向膜後有一個奇環。在無限紅移麵和外視界麵之間,有一個能層,這個能層還處在黑洞外部。這個能層就非常的神奇,如果一個整體的物體,分成兩半,一半會掉入黑洞的能層,另一半就會被踢出黑洞(電影《星際穿越》中逃離黑洞就是這個原理)。需要注意的一點是,這裏並不是牛頓第三定律中的作用力和反作用力,因為根據牛頓第三定律中作用力產生的反作用力是極小的。而黑洞能層的這個過程,最早是被英國物理學家彭羅斯算出來的,所以也稱為彭羅斯過程。在黑洞的能層中,物體分為兩半,根據能量守恒定律,一半帶有負能量,另一半的能量就必然會增加,所以物體才會被黑洞能層彈出來。而那一半掉進黑洞的物體,如果撐過了黑洞潮汐力的拉扯,就會穿向單向膜,再進入奇環(注意,不是來到內視界麵)。這個奇環是正常的時空,也是科學家們猜測能夠穿越到另外一個宇宙可能通道之一。

我們常說的穿越平行宇宙的時空隧道,就是這類黑洞衍生而來的。