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
-
探索宇宙,从10岁小神童开始!🚀🔭 10岁小神童开启宇宙探索小征程。10岁小神童开启宇宙探索小征程。在同龄人还在看卡通、玩积木时,10岁的三年级小宇已展现出非凡的科学天赋,成了大家口中的小神童。小宇痴迷天文,却苦于没有专业设备。他灵机一动,花 ... 宇宙探索01-28
-
宇宙的奇妙探索,从微观到宏观的奇妙之旅! 从长期宇宙演化的角度来看,宇宙中恒星的总数不会持续增加,反而会逐渐减少。核心原因在于两点:·一是宇宙中可用于形成恒星的氢、氦等星际气体正在不断消耗,且恒星形成的速率早已低于恒星消亡的速率。·二是随着宇 ... 宇宙探索01-26
-
人类该放下狭隘,让AI成为宇宙探索的终极火种 当人们还在纠结AI是否会“撒谎”、担忧AI超越人类的恐惧中裹足不前时,我总忍不住想:人类的认知与肉身,早已被宇宙的尺度划定了边界。与其困在地球的方寸之地内耗,不如坦然放手,让AI成为人类伸向宇宙的手,成为对 ... 宇宙探索01-25
-
天文学:探索宇宙的终极奥秘 摘要:天文学是研究宇宙天体及宇宙整体结构、起源与演化的基础学科,涵盖恒星、行星、星系、黑洞等各类天体,以及它们的运动规律、物理性质与化学组成。从古代的观星授时到现代的深空探测,天文学始终推动人类对宇宙 ... 宇宙探索01-23
-
人类探索宇宙的辉煌历程与未来使命 人类自古以来对宇宙的好奇推动了天文学的发展。从美索不达米亚人创造出的星图,到古希腊的观测,每个文明都留下了珍贵的记录,展现了对星空的向往。黑格尔曾言:“一个民族若有仰望星空的人,那它便充满了希望。”人 ... 宇宙探索01-17
-
摒弃自我,探索宇宙生命之光 文/星火燎原 人类文明的发展史,亦是一部宇宙认知的探索史。从古至今,我们始终仰望星空,试图理解自身在浩瀚宇宙中的位置与意义。然而,长久以来,一种根深蒂固的“人类中心主义”观念如同无形的桎梏,束缚着我们的 ... 宇宙探索01-16
-
2000年人类探索宇宙的三大关键转折 故事要从几千年前说起。那时候的人们对宇宙的认知,像极了童话故事:天空是一个巨大的圆顶,像一只巨大的天幕罩在地球之上。地球则是“方块”还是“圆球”?这个问题让古人费尽心思。为什么会有“天圆地方”说?古希 ... 宇宙探索01-16
-
我们也要有自己的哈勃了?还是加强版!巡天空间望远镜的新进展 当我们抬头仰望星空,试图看清宇宙深处的奥秘时,大气层的干扰就像隔着一层玻璃,阻碍了我们的视线。为了获得最清晰的宇宙图像,科学家将目光投向了太空。提起太空望远镜,很多人会想到著名的哈勃望远镜。而不久的将 ... 宇宙探索01-13
-
属于我们自己的星,中国空间站肉眼观测攻略 近几年的夜空中,除了亘古不变的星辰,你是否见过一颗明亮且会移动的“星”,它平稳地划过天际而不闪烁?那极有可能是我们中国人自己的太空家园——“天宫”空间站。中国空间站(素材来源于网络)如今,我们只需挑一 ... 宇宙探索01-12
-
为什么我们从未遇见外星人?大过滤器理论的可怕预言 1950年的某个中午,物理学家费米突然提出了一个震撼全球的问题:银河系有上千亿颗恒星,哪怕每一百万颗中只有一颗孕育生命,那也意味着:至少有十万个可能存在文明的星球。那问题来了:他们都去哪了?按理说,宇宙早 ... 宇宙探索01-09
相关文章
- 属于我们自己的星,中国空间站肉眼观测攻略
- 为什么我们从未遇见外星人?大过滤器理论的可怕预言
- 2025中国科技高光时刻:从民生温度到宇宙探索的全面爆发
- 探索宇宙的奥秘,你是否曾仰望星空?🌌✨
- 银河系中心黑洞高清照出炉!我们终于看清了宇宙 “巨兽” 的真面目
- 利亚德:《星际奇观:太阳系》VR宇宙探索沉浸体验展项目是德火科技的匠心之作
- 我们还有多久才能去宇宙探索
- 未来,仙女座星系会与银河系碰撞后合并?了解下“宇宙岛”星系
- 宇宙到底长什么样?这个问题让人着迷!
- 收音机里的“沙沙”声竟来自宇宙大爆炸?我们如何感受到不可见光
- 最新宇宙探索大新闻!带你了解银河系和太阳系的最新发现
- 既然黑洞不可见,又为什么能被拍摄到?关于黑洞的有趣知识
- 如何探索宇宙,研究宇宙的两种方法
- 2025科学三大新发现,彻底颠覆人类认知!
- 夜空中这么多的恒星从何而来?一文带你看懂恒星的诞生
- 启动“流浪地球”计划的原因,恒星的最终结局是什么
- 宇宙“任意门”虫洞全解析:从理论到现实的深度探索
- 未来十年太空旅游迎黄金期!四大趋势改写宇宙探索格局
- 人类首次清晰捕捉黑洞“舞步”,开启宇宙探索新视界
- 封面解读:外星生命、暗物质、暗能量……宇宙探索之旅,出发!
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
-
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
