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天文|黑洞究竟为何物，基础四问，给天文小白们( 二 )


可能的最快的速度可以逃离 ，
什么是黑洞的分解
现在谈谈更有趣的点 ， 黑洞的组成是什么？下面你可以看到一个黑洞的相关成分的简化版本 。 首先 ， 我们谈论黑洞是怎么被压缩成一个点 。 正如我们所预料的 ， 尽管实际上我们真的不知道黑洞是否真的是一个点声源 。 无论这个点声源是物理的还是数学的 ， 它叫做一个重力奇点 。 这个奇点有一个区域逃离速率超过光速 ， 由Schwarzschild半径定义 。 光不能逃出黑洞的的超越边界叫做黑洞边界即时空中的界限
天文|黑洞究竟为何物，基础四问，给天文小白们
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质量弯曲时空 ， 如果黑洞的质量密度扭曲时空到一个光都受到限制的程度 。 下面的图片给我们形容了它长啥样 ， 尽管那是扭曲时空的二维代表 ， 但实际上空间是扭曲的三维时空 。 因此最好还是想想时空内部弯曲 ， 创造出一个重力井(下面有照片示意）
天文|黑洞究竟为何物，基础四问，给天文小白们
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为更科学的东西做好准备了吗 ， 让我们来看一个黑洞的更完整的解剖图 ， 下面是一个Schwarzschild黑洞 ， 它是一个更普遍的黑洞模型 ， 它是一个不用充电的不回转的黑洞 ， 没有Schwarzschild 十进制提供一个在黑洞里发生了什么的简单模型 ， 几分钟后我们将会看到一个会回转的黑洞
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图像来源 ， 版权所有Martin Silvertant
像你能看到的 ， 和黑洞相比这是两到三个额外的成分 。 一个黑洞有一个外部的边界 ， 和一个内部的边界 ， 或者柯西边界 。 柯西边界的一边包括关闭着的像空间一样的测地线 ， 另一边包括关闭着的像时间一样的测地线 。 一个测地线是在扭曲的时空里两点之间最短的小路 。 当事件掉进黑洞里 ， 它走最短的路径 ， 并且超过柯西边界空间-时间测地线后反过来了 。 所以超过内部的黑洞边间 ， 你不再在空间中旅行 ， 而是在时间中旅行 。 如果你想要穿过这个边界 ， 你会向着无法避免的未来即奇点移动 。
在施瓦茨半径之外 ， 有一个叫做光子层的界限 ， 这里重力很强 ， 光子被强迫在轨道中运行 。 在那个界限之上 ， 你将会移动到黑洞的边界 ， 但是在光子层里 ， 光子会在轨道中运行至少一小会（轨道是不稳定的） 。 有趣的是圈子里的光子轨道是当你被定位在光子层中 ， 在你的后面出发的光子将会绕着黑洞的轨道运行 ， 并且将会被你的眼睛捕捉住 ， 所以你可以在你的脑袋背后看到它 。
【天文|黑洞究竟为何物，基础四问，给天文小白们】并且最后 ， 让我们看一个回转的黑洞 ， 它要么是一个克尔黑洞（一个不需要电池的回转的黑洞）要么是一个克尔纽曼黑洞（一个需要电的回转的黑洞） ， 黑洞只能有三个基础的属性:大 ， 电池和角动量
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图像来源 ， 版权所有 Martin Silvertant

星星转动 ， 并且当一个大星星塌陷进一个黑洞 ， 它的角动量不只是保存在黑洞里 ， 但是当他的半径大幅度下降 ， 它的角动量也将随之上升 。 想象一下 ， 当一个滑冰运动员停下他的手臂提升自旋速率 ， 他瞬时的惯性将会下降 。
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图像来源：无界

黑洞的回转会造成 Schwarzschild半径将会由于离心力变成献身在修道院的人 。 而且重力奇点不再是一个点声源 ， 但是是一个二维的环奇点 。 回转黑洞的一个重要的额外部分是能层（“黑洞”周围假设的封闭区） ， 这是一个在黑洞的外层边界上的区域 。 这个能层触碰到了回转黑洞的南北极的黑洞的边界 ， 并且扩大成为一个在赤道上的更大的半径 ， 依靠黑洞的转动速度 ， 这个能层将会要么像一个扁球要么像一个南瓜饼的形状 。
当一个黑洞转动时 ， 它以随着离黑洞边界距离下降的速度在转动的方向上扭曲时空 ， 意味着离黑洞边界更近的时空将会被扭曲到一个比离黑洞边界更远的空间更重的程度 。 这个过程以参考系拖拽著名 。 由于这个拖拽的影响 ， 而且有一个离得很远的外部的监测器在能层下的物体固定不动 ， 否则这个物体因为当地的时空移动得比光速还快 ， 而显然这是不可能的 。 因为能层在黑洞边界以外但是由于黑洞的转动在当地的物体会通过得到一些速率从而逃出黑洞 。
作者: quora
FY: 午晶晶
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