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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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当r rs时,冒险者就进入了单向区,我们来看看这里的时间与空间是如何互换的。eC1拜客生活常识网

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此时eC1拜客生活常识网

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也就是说,进入视界之后的冒险者,根本无法再悬停在任何地方,他必须不断靠近黑洞中心,才能感受到时间的流逝。或者干脆说,在远处观者参照系中的空间维度r,与冒险者参照系中的时间维度τ,建立起了奇妙的对应关系。对冒险者来说,r不再是个能来回移动的空间维度,而是变成了时间一样的单向维度。eC1拜客生活常识网

RN度规和克尔度规eC1拜客生活常识网

通过前面对史瓦西度规的了解,我们发现原来黑洞的视界就出现在度规的某个分量为零或者发散的地方。依照这个经验,识别其他类型黑洞的视界,自然也可以手到擒来。仅带电,不自转的RN度规是这样的:eC1拜客生活常识网

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显然,这个度规所刻画的时空结构远比史瓦西度规和RN度规复杂得多,所以也经历了更长的时间才被计算出来。史瓦西度规早在1915年就被发现,RN度规也在1916~1918年间被发现,而克尔度规的精确解却要等到1963年。eC1拜客生活常识网

克尔度规不仅复杂而且重要,因为宇宙中的天体都或多或少具有自转角动量,只有克尔度规才能更准确地反映这些天体的运动和演化。相较而言,史瓦西度规和RN度规就显得过于简化,甚至遗漏掉了许多真实宇宙中的有趣内容。eC1拜客生活常识网

转动的黑洞可以发电eC1拜客生活常识网

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这片时刻转动着的时空被称为能层,因为其中蕴含着一种特殊的能量,进入这个区域的的冒险者可以逆着转动方向抛出一个有质量的物体,自己就可以获得许多能量,继而利用这些能量来逃离出静止面。这个丢车保帅获取能量的做法叫作“彭罗斯过程”(Penrose process),是彭罗斯在1969年发现的。eC1拜客生活常识网

我们知道质量就是能量的一种形式,而彭罗斯过程本质上就是利用克尔黑洞的能层将质量兑换成能量的方法。而且这种能量兑换方式的效率非常高,我们投喂给黑洞的质量中,理论上最多可以有29%转化为我们获取的能量。别看这个效率大概跟用煤烧开水的效率差不多,但别忘了我们的分母不是煤炭中的化学能,而是整坨物质的质量。eC1拜客生活常识网

事件视界的形状

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