黑洞内部看,视界到底在哪儿?
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发布时间：2023-06-28 14:37
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时间：2024-02-16 20:42
当人类从黑洞内部观察视界的时候，它到底在哪儿呢？
黑洞的内部是一个值得 探索 的奇怪地方。这里有一个处理这类问题的简便算法:
选择你的黑洞并写下它的度规:史瓦西解是最简单的，但是根据你的上下文，你可能会选择一个Kerr(旋转)或Reissner-Nordstrom(带电)黑洞。
用你所选择的度规的彭罗斯图，画出一些光子路径(45度线)来计算一个自由落体的观察者可能经历的因果结构。
盯着这个，想几次“什么?”，把你的度规方程转换成Kruskal坐标，并草草记下一些零测地线方程，以便在纸上进行光线追踪。如果失败了，就多次重复第二和第三阶段。
去arXiv-gr-qc，看看有没有人在这方面做过工作。
让我们应用这个算法:
第一步:史瓦西解。让我们把它简单化。我们忽略其他类型的黑洞，以及罕见的观察者干扰到史瓦西解的情况，然后忽略量子引力关于火墙的推测。假定我们有一个能奇迹般抵抗强大潮汐力的观察者，这样他们就能活得足够久。
第二步:这里是一个史瓦西解的彭罗斯图:无标题
(对于那些刚接触彭罗斯图的人来说:它们对于解释困难时期的因果结构非常有用。可以把它们想象成类似于闵可夫斯基图，但是选择了一个保角因子来把整个度规放到一张有限的纸上。)实心箭头是自由落体观察者朝向奇点的路径，这些摆动的线是零测地线，这是光子可以遵循的那种。
第三步和第四步:什么?
这里发生了一些严肃的怪事。有两个事件视界。被标记为“进入视界”的是一个正在下落的观察者在到达奇点的途中会经过的地方。在这个意义上，它是“真实的”视界。但它也是外部看不见的。只有当观察者穿过它时，他们才能“看到”它(在某种意义上，它落入了它们过去的光锥)。
但还有第二种视界，即“外向”视界。这是一个可以从黑洞外“看到”的黑洞(从某种意义上说，它可以落在黑洞外观察者过去的光锥中)。但是当然，在这个视界上的光子不会成功地离开它。只有那些稍微超出这个向外的视界的才能到达观测者。由于巨大的引力场强度，这些光子会在黑洞周围“弯曲”。所以你即将看到的图像会是背景星光，但在黑洞周围的“爱因斯坦环”中被严重扭曲。
所以一旦你进入视界，你好像能够“看到”两个视界。虽然你已经穿过了即将来临的地平线，但看起来你仍然会“看到”它。与此同时，你也将“看到”即将消失的地平线。在某种意义上，视界会一分为二。
(一定数量的涂鸦，没有任何帮助。)
第五步:嗯。啊，是的，当然，如果我有更多的时间，我肯定可以解决所有的问题。
根据科罗拉多大学安德鲁·汉密尔顿教授的一系列论文和射线追踪工作，它确实是这样工作的，而且还会有更多奇怪的事情发生。
在黑洞之外，一个朝着黑洞前进的观察者只能看到向外延伸的视界(黑色)和在它之外被引力扭曲的宇宙的其他部分(爱因斯坦环)
(图片Ute Krauss)
现在我们穿过视界，进入的视界出现了，首先作为一条直线指向观察者(即投射到一个点)，然后扩展到围绕观察者(“史瓦西泡沫”)。
这是Hamilton和Polhemeus关于两个视界如何围绕一个自由落体的观察者(圆圈)的示意图:从上到下，接近(红色)向外的视界，黑洞在他们的前面，然后向内的视界出现一条蓝色的线，它像一个气泡一样围绕着观察者，最终成为两个平坦的平面，在观察者到达奇异点时重合。
所以，回到最初的问题，一旦进入了史瓦西黑洞，观察者周围就会有视界。
在一个方向上(他们自由落体运动的方向)，这将是向外的地平线。即使他们真的穿过了地平线，它看起来仍然在他们的前方。它会显示为黑色。他们会看到一个平面在他们面前展平。
在每一个不同的方向，另一个地平线——正在流入的地平线——将像一个泡沫一样围绕着他们。这个视界将包含外部世界的图像(星光落进来，任何其他观察者被抛向黑洞的图像，诸如此类)。它会被极大地扭曲，颜色会相对地改变，但它是可见的。
如果你想要一个关于流行文化的描述，那么《2001太空漫游》的最后几分钟是相当不错的。观测者将会看到，向外延伸的地平线就像一块毫无特色的黑色巨石，充满了他们的视野。但在另一个方向，地平线逐渐变平，我们可以想象当观察者被潮汐力撕成碎片时的最后想法:“我的天啊，到处都是星星。”
作者:
FY: quora
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