三种解散黑洞事件视界的方法以及两种保护机制


三种解散黑洞事件视界的方法以及两种保护机制


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三种解散黑洞事件视界的方法以及两种保护机制


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三种解散黑洞事件视界的方法以及两种保护机制


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事件视界将黑洞从宇宙中分隔开来 , 从真实的意义上来说 , 黑洞的内部是它自己独立的时空 。 事件视界听起来很可怕 , 但它也是一种保护机制 , 如果没有它的存在 , 无限密集的奇点就暴露在外面的宇宙中 。 因此 , 我们将拥有裸奇点 , 这将破坏我们对因果关系的理解 , 我们宝贵的物理定律将变得错乱 。
【三种解散黑洞事件视界的方法以及两种保护机制】
考虑到这个可怕的后果 , 彭罗斯提出了宇宙审查假说 , 它指出每个引力奇点都必须被一个事件视界所包围 。 许多物理学家认为这个假说是真的 , 但却不知道它为什么是真的 。 不过也有其他物理学家开始怀疑它的有效性 。 今天 , 我们将研究天体物理学 , 看看究竟如何形成裸奇点 , 以及宇宙如何工作以保护自己不受伤害 。
解散黑洞视界根据所谓的无毛定理 , 黑洞只能具有三个属性:质量、电荷和角动量 。 质量是黑洞形成的原因 , 所以最简单的黑洞只有这个属性 。 史瓦西黑洞就是最简单的黑洞 , 由于没有什么可以对抗空间的向内流动 , 所以事件视界是不可避免的 。
除此之外 , 还有旋转黑洞或克尔黑洞 。 在它的内部 , 我们发现快速旋转已经将点状奇点旋转成一个环状奇点 。 形成环的相同旋转也将空间结构拖入一个漩涡 , 该漩涡抵消了由奇点质量引起的向内拉力 。 结果是我们在奇点周围得到了这个区域 , 在该区域中超光速向内的空间流动停止了 , 这就有点像台风眼一样 。 随着克尔黑洞自转增加 , 内部视界的半径在扩大 , 在某个非常高的旋转速率下 , 内视界会和外层合并然后一起消失 。 不再有空间向内流动超过光速的区域 , 取而代之的是正常平稳运行的环奇点——裸奇环 。

没有旋转的带电黑洞也有类似的情况 , 它是由Reissner–Nordstr?m度规来描述的 。 在黑洞的中心奇点处存在电荷 , 导致负压再次抵抗引力 。 该黑洞也有一个内部视界 , 在其内部空间和时间看起来很正常 。 投入黑洞的电荷越多 , 它的内部视界就越大 。 和旋转黑洞的情况是一样的 , 在达到某些电荷量的时候 , 内外视界会合并且消失 , 剩下的就是一个裸奇点 。

事实上 , 带电黑洞还有另一种方法形成裸奇点 。 黑洞通过霍金辐射将其质量泄漏出去 , 这意味着一个带电黑洞会在保持电荷的同时 , 慢慢缩小其外部视界 。 当外部视界缩小与内部视界相遇时 , 它们会消失留下一个裸奇点 。 旋转黑洞不会发生这样的事 , 因为霍金辐射会同时减少其角动量和质量 。

保护机制宇宙审查假说告诉我们 , 宇宙总能阻止引力奇点被剥夺其事件视界 , 但它并没有告诉我们其中的物理机制 。 不过 , 我们还是要谈谈我们所能理解的 。
旋转的黑洞从它们吞下的东西中获得角动量 。 物质通常不会直接落入黑洞 , 它会随着轨道的衰减而螺旋进入 , 正是这个轨道角动量被反馈到黑洞 。 但是 , 为了让围绕黑洞运行的物体落入其中 , 它实际上必须失去一些角动量 , 否则它将永远保持轨道运行 。 例如 , 如果黑洞周围有一个气体盘 , 那么气体只会向内盘旋 , 因为角动量是通过摩擦向外移动的 。 当气体到达黑洞时 , 它已经失去了开始时的大部分角动量 。

黑洞旋转得越快 , 气体必须失去更多的角动量才能落入其中 。 那是因为周围空间被旋转的黑洞所拖动 , 相当于给气体赋予了更多绕轨运行的角动量 。 在极端情况下 , 一个旋转速度快到将要失去视界的黑洞 , 它周围的气体可以完全靠空间拖拽绕轨运行 , 而不需要自己拥有角动量 。 因此 , 该极端黑洞就无法再从吸积中获得角动量 , 也就无法增加旋转速度来突破极限形成裸奇环 。
对于带电黑洞 , 情况要简单得多 , 我们实际上并不期望任何真正的天体黑洞会保留电荷 。 任何物质附近的带电黑洞都会排斥同种电荷并吸引和吞噬异种电荷 , 这会导致黑洞所带电荷被迅速中和 。 就算我们有一种方法可以把同种电荷投入带电黑洞中 , 电荷增加的同时质量也会增加 。 并且根据质能方程 , 电场的能量也会产生有效质量来防止内视界的扩大赶上外视界 , 从而阻止裸奇点的产生 。

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