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03 黑洞的特征 Characterizing Black Holes(第1页)

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03黑洞的特征CharagBlackHoles

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我们在第1章中介绍了质量奇点的概念,它由引力坍缩形成,并被一个叫事件视界的界面所包围。

这种类星体中不自转的被称为史瓦西黑洞,这个名词专门表示不转的黑洞:用术语来说就是它们没有自旋。

简单地说,除了位置以外,能够将两个史瓦西黑洞区分开的唯一特征就是其质量有多大。

我们将会在第7章了解黑洞是如何生长的,但目前只要知道引力作用下的坍缩是关键因素就够了。

如果坍缩前的物质在旋转,那么无论它转得多慢,在发生坍缩时转速都将增加(除非发生某些意外阻止旋转的发生)。

这是由一种被称为角动量守恒的重要物理定律导致的。

这个定律可以通过一个正在做单脚旋转的滑冰者来说明:当收回手臂时她就会转得更快。

同样,如果产生黑洞的恒星在缓慢旋转,那么它最终形成的黑洞旋转将会非常显著,这种黑洞被称为克尔黑洞。

实际上大多数恒星都是在旋转的,因为它们原本是由缓慢旋转的大质量气体云引力坍缩形成的。

如果最初的气体云有哪怕很小的净旋转,坍缩成的云都将具有非零的角动量,而随着其体积越来越小,坍缩成的物体的最终旋转也越来越快。

因此我们可以看到,对于新生的黑洞,常有被称为自旋的转动,这即便不是普适的性质也是广泛存在的。

我们现在相信,在天体物理中的真实的自旋是不可避免的,就像在当今政治中的倾向性描述一样(尽管在后一种情况下,它并非来自角动量守恒[1])。

我们现在已经阐明了黑洞的第二个物理参数,即自旋或角动量。

自旋和质量一样,可以用来区分不同的黑洞。

因此,当我们研究黑洞的行为时,这两个性质是很重要的:质量和旋转。

理论上,黑洞还可能存在与它们的行为有关的第三个特性:电荷。

这也是物理学中的守恒量,而电荷之间被称为静电力的力与引力有许多相似之处。

两者关键的相似之处在于,在大尺度上它们都是平方反比定律的例证。

就是说有两个大型物体,当它们彼此的距离增加到原来的两倍时,它们受到的引力将减小到原始值的四分之一。

引力和静电力的关键区别是,虽然引力总是吸力,但静电荷只在有些时候是吸力(当两个物体电荷相反时,即一个带正电而另一个带负电),而在其他时候则是斥力(当两个物体电荷相同时,无论是都带正电还是都带负电都会互相排斥)。

如果两个带电物体带有同种电荷,那么虽然引力倾向于吸引,但静电斥力将倾向于阻止它们聚集。

因此,虽然电荷原理上可能是黑洞的第三个属性,人们希望能以之测量黑洞,但实际上黑洞携带的电荷会迅速被周围的物质所中和。

因此,一个很好的假设是黑洞只有两个可以明确区分的特性:质量和自旋。

就这样!

现在,你可能想知道是否可以通过不同黑洞的成分来区分它们。

比如一个黑洞可能是由氢气云形成的,另一个则是由氦气云形成的。

为什么坍缩产生黑洞的物质并没有在随后形成的黑洞的可测量性质中体现呢?那是因为信息无法逃出事件视界!光是信息传递的手段,但我们已经在第1章中看到它无法从黑洞的事件视界里面逃脱出来。

因此从外界看来,落入黑洞的物质的化学成分对黑洞的性质没有影响。

将引力看成需要“逃离”

黑洞的东西是不正确的。

黑洞外部的引力场是随着黑洞形成过程中的时空弯曲而产生的。

事件视界形成后,黑洞内部的情况不会影响到外界。

黑洞无毛

当要求我们描述一个人时,经常涉及的一个显著特征就是他们的发色(例如金红色、银灰色、巧克力棕色)。

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