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黑洞真的是圆的吗?证据是什么?

黑洞真的是圆的吗?证据是什么?

一个黑洞由两部分组成:一个奇点(该处引力无穷大,广义相对论似乎在这里失效了)和一个将奇点的可怖面目从宇宙剩余部分隐藏起来的事件视界。

奇点有多种形态,事件视界也是一样。它取决于我们允许黑洞有多复杂,以及我们让它能有多少个维度。对于奇点来说,因为我不是个高维理论粉丝,所以我们假设我们生活在三维宇宙(三维空间加一维时间),它的形态取决于坍缩形成黑洞的恒星是否在旋转。

一个非旋转的黑洞(也称史瓦西黑洞)的事件视界是球状的。它是这种形态的原因是它不可能是其他形态。如果物质本身是各向同性的,那么在这里重力是没有方向的(各向同性),一颗垂死的非旋转恒星就是这种情况。

你会问:你怎么证明上述观点?好吧,让我们从技术角度分析一下。你可以在任何一本有关广义相对论的书籍上找到相关证据。视界事实上也就是基灵视界的r = 2M,它与任何常数t超曲面相交得到一个二维球体(即圆面)。证明完毕。

作为对比,旋转黑洞(也称克尔黑洞)的事件视界会在赤道部分向外凸出。这种情况与地球类似。

你会发现我并未提及奇点。阐述奇点的性质简直就是个笑话,因为黑洞中的时空尽管对于他们自身而言是完美自洽的(就像有个生活在黑洞中的宇航员单从重力上来看是永远不会知道自己就在一个黑洞中!),但对黑洞以外的人而言就很尴尬了,因为从所有影响来看,时间和空间的规则都改变了。人们通常称史瓦西奇点为“点奇点”,但是它事实上是个三维球对称空间,时间作为球的半径 r,并且当我们在黑洞外部用径向坐标系来描述它的时候就会存在某个 r = 0 的时刻。更可能的情况是,它会是沿时间方向的柱状形态。

类似的,克尔奇点——通常也被称为“环奇点”——有着环状拓扑结构。你可以从几何学的角度将它想象为一个同样由时间担任空间角色的隧道,事实上也就是一个虫洞!

事件视界相对来说更直观,理解了它至少能让你晚上睡个好觉,而奇点则正好相反......