在旋转黑洞能层中静止的物体超光速?
在旋转黑洞能层中静止的物体是超光速的。这句话听起来是相当矛盾的:物体怎么可能既静止又超光速呢?为了理解这句话背后的真实情况,我们还得从基础说起。
类时、类光和类空
在20世纪之前,人们认为时间是脱离三维空间的独立维度。在三维空间中,不管坐标系是如何选取的,两个固定点的距离是恒定的,我们可以用如下公式表示:ds²=dx²+dy²+dz²。
后来,闵科夫斯基提出,洛伦兹变换是由三维空间和一维时间所构成的四维时空的变换。从此,单独的空间和单独的时间便不复存在,而只有二者的结合才是一项真实的存在。为了纪念他,人们把狭义相对论中的四维时空对应的几何叫作闵科夫斯基几何。
在闵科夫斯基几何中,两点之间的距离不再是一个不变的值,取而代之的是两个事件之间的时空间隔,我们可以用公式表示: ds²=-c²dt²+dx²+dy²+dz²。与三维空间中的距离不同,时空间隔ds²不仅可以是正数,也可以是负数和零。
使ds²<0的区域是类时的,这是一个不必超过光速就可以到达的区域,两个事件之间可以有因果关系;使ds²=0的区域是类光的,在这个区域当中只能以光速运动,两个事件之间只能有一种因果关系;使ds²>0的区域是类空的,这是一个只有超光速才能到达的区域,事件之间没有因果关系。

克尔-纽曼黑洞
在爱因斯坦发表广义相对论不久,史瓦西就得到了第一个解,我们称之为史瓦西解。但史瓦西解是比较简单的,只和质量有关。后来,又有物理学家把带电量也加入进去,得到了带电施瓦西解,或称为R-N解。1963年,克尔考虑了旋转的情况,得到了克尔解。后来,纽曼等人把克尔解推广到带电的情况,得到了克尔-纽曼解。在G=C=1的自然单位制下,我们可以把它写成如下形式:

从这个公式我们可以看出,它由质量M、电荷Q和角动量J这三个参数所决定,角动量J是以单位质量角动量a=J/M来表示。当角动量为零时,它会退化成R-N解;当电荷为零时,它会退化成克尔解;当角动量和电荷为零时,它会退化成史瓦西解。

从上图两个式子我们可以看出,无限红移面和视界并不像我们所熟悉的史瓦西黑洞一样是重叠的。在无限红移面和视界之间,就是所谓的能层:外无限红移面和外视界之间是外能层,内无限红移面和内视界之间是内能层。此外,内外两个视界之间的区域是单向膜区,进入此区域的物体将不可避免向内部落去。

拖拽效应
现在,我们考虑一个在克尔-纽曼时空中静止的物体。此时,dr=dθ=dΦ=0,我们可以将克尔-纽曼解写成以下形式:

事实上,物体在无限红移面和能层中会被迫转动,而这种转动是旋转黑洞的引力场所拖动的。因为无限红移面是时空中物体可静止和不可静止的一个边界,所有它也被叫作静界。
大家都在看
-
北京天文馆“宇宙探索营”开启\中国人民抗日战争纪念馆卢沟桥抗战半景画全新升级……本周最新博物馆资讯点击—— 春天来了,本市多家博物馆以丰富多彩的活动迎接2026年的到来。北京文博推出“1分钟博物馆”资讯栏目,在新年为您推介文博最新资讯,让我们一起走进2026年的博物馆之城吧!北京天文馆“宇宙探索营”今日启动 沉浸式探 ... 宇宙探索03-15
-
科学家追踪引力波,结果发现更离谱的宇宙事件 2019年,人类接收到了一段来自宇宙深处的“低语”。这不是光,也不是普通的电波,而是一种极其特殊的信号——引力波。如果把宇宙想象成一张巨大的橡皮膜,那么当黑洞、恒星这样的大质量天体剧烈运动时,就会在这张膜 ... 宇宙探索03-10
-
以光速的20%飞行:科学家展示“实用”光帆探索宇宙 人类已在太空中行走超过六十年,却从未真正"飞快"过。即便是代表人类探索最远边疆的旅行者1号,自1977年发射至今,也不过刚刚抵达太阳系边缘,距离最近的恒星比邻星,仍有约七万年航程。如果想让探测器在一 ... 宇宙探索03-08
-
看不见的宇宙:暗物质与暗能量的证据、理论与探索 当我们在晴朗的夜空仰望星辰时,目之所及的一切——恒星、行星、星云、星系——仅仅占据了宇宙总物质-能量构成的约百分之五。其余百分之九十五的宇宙成分是人类无法直接看见、至今尚未完全理解的暗物质和暗能量。暗 ... 宇宙探索03-08
-
“大航天时代”会加速人类探索宇宙的进程吗 是的,“大航天时代”正在加速人类探索宇宙的进程。这不仅是发射次数变多,更是一场由成本革命、技术融合和全球竞争共同驱动的系统性变革,让探索从国家工程走向可持续的产业行动。成本革命打开闸门宇宙探索的最大障 ... 宇宙探索03-05
-
三种“超光速”现象,告诉你宇宙远比想象疯狂 爱因斯坦的相对论告诉我们:任何物质、任何信息,都不可能超过真空中的光速。这是现代物理最铁的定律之一。可这条“宇宙限速令”,就真的那么无懈可击吗?如果我告诉你:在宇宙刚诞生的那一瞬间,空间膨胀的速度,甚 ... 宇宙探索03-03
-
微积分:探索宇宙无限奥秘的钥匙 在人类探索世界的漫长征程中,宇宙的无限与神秘一直像磁石般吸引着我们。而微积分,这一数学领域的伟大发明,就如同一位神奇的向导,带领着我们在宇宙的无限中穿梭,探寻那些隐藏在深处的奥秘。微积分:从微观到宏观 ... 宇宙探索03-03
-
探索月相奥秘,揭示宇宙的奇妙!🌙✨ 月相的奥秘。夜空中皎洁的月亮其实本身并不发光,它就像一面悬浮在宇宙中的镜子,反射着来自右侧太阳的光芒。·当月球运行到地球和太阳之间,背光面朝向我们,这就是"新月"。·随着月球缓缓公转,我们在地球 ... 宇宙探索03-02
-
宇宙或许不是无限的,它的总质量已经被推算出来 如果我问你——宇宙有多重?你也许会笑着反问我:宇宙不是无限的吗?无限的东西怎么可能有重量呢?但问题是——我们真的确定宇宙是无限的吗?很多人从小就有一个几乎本能的认知:宇宙是无限的。夜空没有边界,星系一 ... 宇宙探索02-28
相关文章
- 微积分:探索宇宙无限奥秘的钥匙
- 探索月相奥秘,揭示宇宙的奇妙!🌙✨
- 宇宙或许不是无限的,它的总质量已经被推算出来
- 探索宇宙的奇迹,太空站俯瞰地球!🌍✨
- 宇宙探索:人类的火星梦想与深空探测
- 从水火土到夸克 2500年物质探索 重塑宇宙认知
- 暗物质捕手+天文AI,中国科学家把宇宙探索“卷”出新高度
- 航天科技究竟是什么?它为什么能让我们仰望星空,探索宇宙奥秘?
- 未来宇宙探索:与外星文明首次接触,是友是敌?
- 宇宙“发动机”,探索未知的奥秘!🔭🌌
- 我忽然明白:人类的5000年,在宇宙里只够吹一口气
- 中国科学家破解宇宙“小红点”之谜,探索宇宙新发现!
- 未来探索宇宙的科技突破:一步步走向星辰大海!
- 宇宙探索对人类的意义是什么
- 科幻小说 探索宇宙 黄新蕊
- 星际探索:以星为途,以心为岸——部藏在宇宙深处的自我救赎史诗
- 用望远镜探索宇宙奥秘:普通人也能玩转的星空探险指南
- 什么是航天?探索宇宙的奇妙旅程
- 《探索宇宙的奥秘!》
- 我们到底有多远?人类对宇宙的探索之路,未来还能走多远
热门阅读
-
预言2030年太阳将休眠,恐怖的千年极寒将来临 07-11
-
中国十大元帅之死,多高寿而善终(林彪叛逃而死) 07-11
-
因果报应真实事例,做尽坏事必遭天谴 07-11
-
这6个神奇天体有很酷的名字 06-01
-
全球人口减少可能带来的六大教训和好处 07-18
-
离太阳最近的十大恒星排名,宇宙最大十大星球 04-12
精选文章
- 创生之柱是什么?(创生之柱给予了许多恒星生命)
- 中国“天宫”空间站将在2022年前后建成 呈T字型有三个舱段最多可驻留6人 ...
- 中国51区秘密基地,窃密必被抓(抓住就杀头)
- 中国古代四大凶兽,四大神兽vs四大凶兽谁更强
- 新冠病患康复后,可能“精子减少或无精”
- 2025年宇宙探索大爆发!月全食、火星冲日等,这些天文奇观别错过
- 黑龙江50万年死火山苏醒, 内含15%电量的巨大岩浆囊
- 误会一辈子!破伤风其实是一种细菌跟生锈铁完全没关系
- 美国同步空间态势感知项目(GSSAP)军事间谍卫星多次秘密靠近俄罗斯和中国的航天器 ...
- 中国长征五号B遥一运载火箭全貌曝光 本月底在海南文昌航天发射场进行首次发射 ...
