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进入黑洞冒险,我们能看到什么样的神奇时空结构?

常驻编辑 经典语录 2022-09-15 克尔   黑洞   奇点   时空   结构   参照系   电荷   视界   能量   神奇   时间
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至此,我们已经大略浏览了四种黑洞的结构样貌,可是我相信大多数读者肯定不会满足于如此泛泛的走马观花。为了说得更清楚些,我们先用半分钟时间认识两个相对论中的物理概念——“线元”和“度规”。eC1拜客生活常识网

“线元”可以粗略地理解为时空中临近两点的微小间隔,记做ds。在平直时空中,eC1拜客生活常识网

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所谓求解广义相对论方程,其实就是计算出度规的所有分量。对时空几何性质的所有刻画,都藏在这个矩阵里。eC1拜客生活常识网

知道了这些,我们就可以根据一个线元的表达式,来阅读出时空度规,继而揣度时空的样子。比如,把不自转,不带电,质量为M的物体放在极坐标原点,它周围的真空线元表达式是eC1拜客生活常识网

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当s 的时候,史瓦西度规回到了平直时同城约会广告空的样子,说明在无穷远处时空弯曲的效应逐渐消失。那么在黑洞附近的时空又是如何弯曲的呢?让我们派出一位冒险者到临近视界的地方进行考察。三维空间中,冒险者所处的位置是一个点,而四维时空中,由于时间的不断流逝,即使冒险者静止不动这个位置仍是一条线,被称为“世界线”。eC1拜客生活常识网

黑洞附近的时间膨胀eC1拜客生活常识网

相对论告诉我们,世界线是个绝对的物理对象,无论从哪个参照系中计算,这条线上的同一段ds的长度都必然相同。我们选取两个特殊的参照系,一个是相对黑洞静止的参照系,另一个是冒险者自己的随动参照系。eC1拜客生活常识网

前一个参照系中,我们照旧使用已经提到过的公式来计算冒险者世界线的线元。eC1拜客生活常识网

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其中dτ就是冒险者自己所感受到的时间变化。eC1拜客生活常识网

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两个参照系中冒险者的世界线是同一根,所以eC1拜客生活常识网

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空间维变成时间维eC1拜客生活常识网

说回物理,我们来看看冒险者穿过视界进入黑洞内部之后的情景。也许有人会提出质疑:冒险者在视界处已经达到了时间膨胀的极限,远处的观者即使等到地老天荒宇宙毁灭也无法等来冒险者穿过视界的时刻呀?eC1拜客生活常识网

小啦,格局小啦。eC1拜客生活常识网

虽然远处的观者在自己所体验的时间里等不到,但不代表冒险者无法到达。事实上,按照冒险者自己所体验的时间,他完全可以在有限时间内到达并顺利穿过视界。当然他最好有非常坚硬的铠甲和非常微小的身躯,以免被潮汐力扯碎。

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