尽管所讨论主题的复杂性，普林斯顿大学教授史蒂芬·加布瑟（Stephen Gabser）提供了宽敞，价格适中且有趣的介绍，介绍了当今物理学领域讨论最多的领域之一。 黑洞是真实的对象，而不仅仅是思想实验！ 从理论的角度来看，黑洞非常方便，因为在数学上，黑洞比大多数天体物体（例如恒星）要简单得多。 奇怪的是，当事实证明黑洞实际上并不是那么黑。
他们里面到底是什么？ 一个人怎么能想象陷入一个黑洞？ 或者，也许我们已经陷入困境，只是还不知道呢？
在Kerr几何中，大地测量轨道完全封闭在人体工程圈中，具有以下特性：沿其运动的粒子具有负的势能，其大于其余部分的绝对质量，并且这些粒子的动能加在一起。 这意味着这些粒子的总能量为负。 彭罗斯过程中使用的就是这种情况。 在一具产生能量的飞船内，产生能量的飞船以一种炮弹射击，使其以负能量沿着这些轨道之一运动。 根据能量守恒定律，船舶接收足够的动能以补偿损失的静止质量，该损失等于弹丸的能量，并获得弹丸净负能量的正当量。 由于射弹在黑洞中射出后应消失，因此最好将其浪费掉。 一方面，一个黑洞仍然会吃掉任何东西，但另一方面，它将给我们带来比我们投资更多的能量。 因此，此外，我们获得的能源将是“绿色”！
可从Kerr黑洞中提取的最大能量取决于黑洞旋转的速度。 在最极端的情况下（以尽可能高的转速），时空旋转能量约占黑洞总能量的29％。 您可能会认为这不是很多，但是请不要忘记这只是总静止质量的一小部分！ 为了进行比较，回想一下，以放射性衰变能量运行的核反应堆所消耗的能量不到其余质量的十分之一。
旋转的黑洞地平线内的时空几何形状与Schwarzschild时空有很大不同。 跟随我们的探针，看看会发生什么。 起初，一切看上去都与Schwarzschild案相似。 和以前一样，时空开始瓦解，将所有物体拖向黑洞的中心，潮汐力开始增长。 但是在Kerr案例中，在半径消失之前，坍塌速度变慢并开始逆转。 在快速旋转的黑洞中，这将在潮汐力变得足够大以至威胁探头完整性之前发生。 为了直观地理解为什么会发生这种情况，我们记得在牛顿力学中旋转过程中存在所谓的离心力。 该力不是基本的物理力之一：它是由于基本力的共同作用而产生的，这是确保旋转状态所必需的。 结果可以表示为向外的有效力-离心力。 您在快速行驶的汽车中以急转弯的感觉。 而且，如果您曾经骑过旋转木马，您知道旋转的速度越快，抓住扶手的难度就越大，因为如果放开它们，您将被扔掉。 这种对时空的类比并不理想，但它正确地传达了本质。 Kerr黑洞的时空动量矩提供了抵消重力引力的有效离心力。 当地平线内的塌陷将时空拉至较小的半径时，离心力会增加，并最终能够首先抵消塌陷，然后使其反转。
在坍塌停止的那一刻，探针到达一个称为黑洞内部视界的水平。 此时，潮汐力很小，探针越过事件视界后，只需要有限的时间即可到达。 但是，仅仅停止时空的崩溃并不意味着我们的问题还在后面，而且旋转以某种方式消除了Schwarzschild黑洞内的奇异性。 到目前为止，到目前为止！ 的确，早在1960年代中期，罗杰·彭罗斯（Roger Penrose）和史蒂芬·霍金（Stephen Hawking）证明了关于奇点的定理系统，由此得出的结论是，如果发生重力坍塌，即使它很短，也应形成某种形式的奇点。 在Schwarzschild案例中，这是一种全面且压倒性的奇异之处，压制了地平线内的所有空间。 在克尔（Kerr）的决定中，奇异行为的表现有所不同，必须说，这出乎意料。 当探针到达内部视界时，Kerr奇点就表明了它的存在-但事实证明，这是在探针世界线的因果关系中发生的。 好像奇异总是存在，但是直到现在，探针才感觉到它的影响是如何达到的。 您会说这听起来很棒，而且确实如此。 时空图上有几个不一致之处，从中也很明显，这个答案不能被认为是最终的。
到达内层视线的观察者过去出现的奇异性的第一个问题是，此时爱因斯坦的方程无法明确预测该层外的时空会发生什么。 也就是说，从某种意义上讲，奇异性的存在会导致任何事情。 也许真正发生的事情可以用量子引力理论向我们解释，但是爱因斯坦的方程式并没有给我们提供任何发现的机会。 出于兴趣，我们在下面描述了如果您要求时空视界的交点在数学上尽可能平滑（如果度量函数如数学家所说的那样是“解析”）的情况，那么会发生什么情况，但是对于这种假设没有明确的物理依据不行 实际上，内层视界的第二个问题与之完全相反：在真实的宇宙中，物质和能量存在于黑洞之外，内层视界的时空变得非常不稳定，并且在那里形成了环状奇点。 它不像Schwarzschild解中奇异性的无限潮汐力那样具有破坏性，但是在任何情况下，它的存在都令人怀疑平滑分析函数概念的后果。 也许这很好-非常奇怪的事情是需要进行分析扩展。
本质上，时间机器在封闭的类似时间的曲线区域内工作。 除了奇点以外，没有闭合的类似时间的曲线，并且除了奇点区域中的排斥力之外，时空看起来很普通。 但是，有一些运动路径（它们不是大地测量的，因此您将需要火箭发动机）将带您到达类似时间的闭合曲线区域。 到达那里后，您可以沿t坐标在任何方向上移动，它显示了遥远的观察者的时间，但是在您自己的时间里，您始终将始终向前移动。 这意味着您可以随时随地去，然后返回到时空的遥远部分，甚至可以在离开之前到达那里。 当然，现在所有与时间旅行观念相关的悖论都变为现实：例如，如果您漫步时间说服自己放弃了过去的自我，该怎么办？ 但是，是否存在这种形式的时空以及如何解决相关的悖论是超出本书范围之外的问题。 但是，就像内部地平线上的“蓝色奇异性”问题一样，相对论的一般理论表明，具有闭合时态曲线的时空区域是不稳定的：只要您尝试将其中一些曲线与大量的质量或能量，这些区域可能变得奇异。 此外，在我们宇宙中形成的旋转黑洞中，“蓝色奇异点”本身可以防止负质量区域的形成（以及通往白洞通向的所有Kerr其他宇宙的区域）。 然而，相对论的一般理论允许这样奇怪的决定，这一事实似乎很有趣。 当然，它们很容易被认为是病理性的，但是我们不会忘记爱因斯坦本人和他的许多同时代人对黑洞说过同样的话。
»这本书的更多信息可以
在出版商的网站上找到小贩优惠券25％折扣-
黑洞支付纸质版本的书后，将通过电子邮件发送该书的电子版本。