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黑洞之书 · 第四章

《黑洞之书》第四章:自转的黑洞

本章从不旋转的施瓦西解扩展到描述旋转黑洞的克尔解。宇宙中的黑洞几乎都带自旋,其主要效应是参照系拖拽:黑洞拖拽周围时空,使轨道平面本身绕自旋轴进动,且越靠近黑洞拖拽越强。

本章从不旋转的施瓦西解扩展到描述旋转黑洞的克尔解。宇宙中的黑洞几乎都带自旋,其主要效应是参照系拖拽:黑洞拖拽周围时空,使轨道平面本身绕自旋轴进动,且越靠近黑洞拖拽越强。在能层内,拖拽极端到一切粒子(包括光子)都必须绕黑洞旋转,由此可借彭罗斯过程提取黑洞的旋转能——飞船在能层内沿负能量轨道发射抛体,抛体落入黑洞,飞船获得超过投入的能量;极端黑洞约29%的静止质量当量储存在旋转时空中。自旋还使等时面在极点变平、赤道凸起。旋转有上限,超过则视界消失、奇点裸露,彭罗斯的宇宙监察猜想认为自然界形成的奇点都被视界掩盖。

视界之内,角动量产生类似离心力的效应,使坍缩在内视界处减速逆转。但奇点定理仍保证奇点存在,克尔奇点呈环状,位于观测者因果过去,爱因斯坦方程在此无法唯一预测。若假设解平滑延展,穿过内视界可进入新区域:向外经白洞被射出到新的克尔黑洞,形成黑洞—白洞的无限序列;穿过奇环则到达负质量裸奇点区域,并可进入封闭类时曲线区,实现时间旅行,但这些区域不稳定,蓝片奇点(外部光子蓝移到极高能量)可能阻止其形成。

最后介绍带电黑洞:黑洞可通过电荷这一"长毛"保持电荷守恒,解为克尔–纽曼度规,不旋转情形即赖斯纳–努德斯特伦解。电荷与自旋类似,有最大承载量形成极端黑洞;因同性相斥及星际介质中和,宇宙中的黑洞几乎都接近电中性。

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