黑洞科普(二):黑洞的分類
黑洞的物理性質(zhì):目前人類已知的最簡單的天體,三個(gè)物理參數(shù)就可以描述一個(gè)黑洞,即質(zhì)量,角動(dòng)量,電荷。
其中,
1、質(zhì)量決定黑洞大?。ê诙促|(zhì)量>0)。
2、角動(dòng)量是任何旋轉(zhuǎn)物體所具備的物理量,黑洞的角動(dòng)量>=0,為0時(shí)表示黑洞不旋轉(zhuǎn)。
3、黑洞電荷>=0,表示黑洞不帶電。
所以依據(jù)2、3條將黑洞分為四種。
第一種,不帶電不旋轉(zhuǎn)黑洞(也叫史瓦西黑洞),也就是黑洞的電荷量C=0,角動(dòng)量L=0。用來描述這種黑洞的只有唯一一個(gè)參數(shù)——質(zhì)量。當(dāng)物體接近黑洞視界面時(shí),因?yàn)闀r(shí)間變得緩慢,物體移動(dòng)的速度也會(huì)變得緩慢。同時(shí)顏色也會(huì)越變越紅,因?yàn)楣獾念l率會(huì)被扭曲的時(shí)空越來越低。當(dāng)光到達(dá)黑洞視界面上時(shí),頻率會(huì)降到無限低,這個(gè)位置也叫做“無限紅移面”。對于史瓦西黑洞來說,視界面就是無限紅移面。而隨著物體不斷接近黑洞,就會(huì)被黑洞的潮汐力拉長(黑洞質(zhì)量越小,潮汐力越大,反之潮汐力越小。),當(dāng)拉長超過臨界值時(shí),物體就會(huì)被扯碎。而且來自黑洞之外的一切電磁波星信號(hào)會(huì)逐漸減弱。至于如果穿越了黑洞視界面,量子學(xué)家認(rèn)為,穿過黑洞視界面后,會(huì)被高溫?zé)眠B渣都不剩(我也不知道為什么)。廣義相對論學(xué)家認(rèn)為,物體會(huì)朝著黑洞中心的奇點(diǎn)不可逆的飛去。此時(shí)并不是因?yàn)轱w船無法掉頭往回飛,而是時(shí)間的箭頭指向了奇點(diǎn)(與空間無關(guān)了),不論你做什么都會(huì)被帶向奇點(diǎn)(除非能夠逆轉(zhuǎn)時(shí)間,不過這不現(xiàn)實(shí)。)另一方面,在飛向奇點(diǎn)時(shí),不論黑洞的質(zhì)量大小,靠近奇點(diǎn),潮汐力都會(huì)越變越大(如果潮汐力無限變大,物體遲早會(huì)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(xiàn)的黑洞,因?yàn)槌霈F(xiàn)條件極為苛刻(我也不知道什么條件...)。
第二種、帶電不旋轉(zhuǎn)黑洞,C>0,L=0(也被稱為R-N黑洞)。擁有兩個(gè)視界面,當(dāng)物體進(jìn)入外層視界面后會(huì)進(jìn)入名叫單向膜區(qū)的空間,這個(gè)空間的時(shí)間箭頭指向黑洞的中心奇點(diǎn),所以是單向的(時(shí)間箭頭指向奇點(diǎn))。在物體飛向奇點(diǎn)的過程中,會(huì)進(jìn)入第二個(gè)視界面,也叫做內(nèi)視界面。內(nèi)視界面中為正常的時(shí)空(是不是可以開點(diǎn)腦洞了?),而在這里想要靠近奇點(diǎn),會(huì)有排斥力,你永遠(yuǎn)也過不去,就算是你飛向奇點(diǎn)的動(dòng)力大于排斥力,也過不去,因?yàn)闀?huì)進(jìn)入時(shí)間循環(huán),也在物理學(xué)上稱為閉合類時(shí)線(這里解釋一下,閉合類時(shí)線的意思是表示四維空間沿著時(shí)間方向完成一個(gè)閉環(huán),形成一個(gè)時(shí)間圈環(huán)。)。想象一下你在這種黑洞的內(nèi)視界面空間中殺死自己,是不是很可怕,從某種意義上來說,這也可以被稱為時(shí)間囚籠,也會(huì)產(chǎn)生祖母駁論。(這個(gè)東西就和平行世界有關(guān)聯(lián)了。)
祖母駁論:假設(shè)你穿越回去,在你祖母童年時(shí)期殺害,那么未來的也就不會(huì)有你的出現(xiàn)。既然你沒有出現(xiàn),你又怎么穿越回去殺死自己呢?跟上面想象自己殺死自己一樣,你回到過去殺死自己,你沒出現(xiàn),又怎么回去誰殺了你自己呢?
牽扯到平行世界的理論的話,就能夠面前解釋,就是你回到的過去并非你所在宇宙時(shí)間線上的過去,而是來到另一個(gè)宇宙時(shí)間線上,并殺死該平行世界的你,不過這解釋很勉強(qiáng)。
第三種、不帶電旋轉(zhuǎn)黑洞,C=0,L>0(也稱為克爾黑洞)。
第四種、帶電旋轉(zhuǎn)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(shù)上的的區(qū)別就是一個(gè)不帶電旋轉(zhuǎn),一個(gè)帶電旋轉(zhuǎn)。
而旋轉(zhuǎn)的黑洞和不旋轉(zhuǎn)黑洞的區(qū)別在于,旋轉(zhuǎn)的黑洞是扁圓的,不旋轉(zhuǎn)的是正圓的。這和地球因?yàn)樽赞D(zhuǎn),赤道比兩極寬一樣。第二就是,無限紅移面和外視界面分離。這里無限紅移面在黑洞的兩邊略寬的一塊,以及內(nèi)部一個(gè)沙漏狀的內(nèi)無限紅移面,內(nèi)部沙漏狀的內(nèi)無限紅移面中是正常時(shí)空。內(nèi)外兩個(gè)視界面中,有一個(gè)單向膜區(qū)(前面有提到過),單向膜后有一個(gè)奇環(huán)。在無限紅移面和外視界面之間,有一個(gè)能層,這個(gè)能層還處在黑洞外部。這個(gè)能層就非常的神奇,如果一個(gè)整體的物體,分成兩半,一半會(huì)掉入黑洞的能層,另一半就會(huì)被踢出黑洞(電影《星際穿越》中逃離黑洞就是這個(gè)原理)。需要注意的一點(diǎn)是,這里并不是牛頓第三定律中的作用力和反作用力,因?yàn)楦鶕?jù)牛頓第三定律中作用力產(chǎn)生的反作用力是極小的。而黑洞能層的這個(gè)過程,最早是被英國物理學(xué)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(jù)能量守恒定律,一半帶有負(fù)能量,另一半的能量就必然會(huì)增加,所以物體才會(huì)被黑洞能層彈出來。而那一半掉進(jìn)黑洞的物體,如果撐過了黑洞潮汐力的拉扯,就會(huì)穿向單向膜,再進(jìn)入奇環(huán)(注意,不是來到內(nèi)視界面)。這個(gè)奇環(huán)是正常的時(shí)空,也是科學(xué)家們猜測能夠穿越到另外一個(gè)宇宙可能通道之一。
我們常說的穿越平行宇宙的時(shí)空隧道,就是這類黑洞衍生而來的。