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宇宙謎團:克爾黑洞中心存在著時空通道

黑洞裡邊存在著時空空洞?這是一個十分讓人抓狂的問題。儘管目前我們有足夠的理論去論證它,但我們每遇辦法去實驗,這成為了一個揮之不去的陰影。



宇宙謎團:克爾黑洞中心存在著時空通道


大部分人熟悉的黑洞其實有一個更確切的名字:史瓦西黑洞(Schwarzschild black hole)。這種黑洞在外部有一個視界(event horizon)充當有去無回的「極限點」 (「point of no return」),在內部則有一個密度無限大的奇點。它以卡爾-史瓦西( Karl Schwarzschild)命名。


1915年,在愛因斯坦廣義相對論發布僅1個月後,史瓦西就為不旋轉的球形體找到了愛因斯坦場方程的數學方案。儘管如此,直到1963年,數學家羅伊-克爾才發現了旋轉的球形體的相應方案。因此,一個旋轉的黑洞被稱為克爾黑洞。它有一些不尋常的屬性。


克爾黑洞中心是不是奇點而是奇環 - 由自身動量維持的一維環形。它有兩個視界(外部視界和內部視界)以及一個橢圓形的能層(ergosphere)。由於慣性系拖拽效應(frame dragging),在能層裡面時空本身與黑洞一起以超光速旋轉。當通過外部視界進入黑洞,空間路徑變成時間路徑。


這意味著像史瓦西黑洞一樣,克爾黑洞中心必然會產生奇點。但是穿過內部視界,時間路徑又變回空間路徑。唯一的區別是時空逆轉了。這意味著奇環附近的重力變成往外推的排斥力。實際上,除非恰巧從黑洞中心線進入,否則根本就不可能進入奇環。此外,多個奇環還可以通過時空互相連接,因此奇環可以充當蟲洞。

不過除非是奇環旋轉得足夠快產生的裸奇點,否則無法從另一邊的黑洞出去。通過奇環可能進入另一個時空,比如說另一個宇宙。在那裡,你可以看到光從黑洞外面進來,卻看不到光從裡面出去。你甚至有可能被帶到一個負宇宙(negative universe)上的「白洞」(white hole)。


不過沒人知道這到底意味著什麼。白洞是廣義相對論預言的一種與黑洞相反的特殊天體,是大引力球對稱天體的史瓦西解的一部分。白洞僅僅是理論預言的天體,到現在還沒有任何證據表明白洞的存在。其性質與黑洞正相反。白洞有一個封閉的邊界。與黑洞不同的是,白洞內部的物質(包括輻射)可以經過邊界發射到外面去,而邊界外的物質卻不能落到白洞裡面來。因此,白洞像一個噴泉,不斷向外噴射物質和能量。


我們無法得知這一確切答案,但可以預知的是,這個問題有很大的確定性。


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