黑洞是什么形状的？真的可以通过黑洞实现穿越吗？

发布网友 发布时间：2022-04-22 08:27

我来回答

共1个回答

热心网友 时间：2022-06-18 15:25

对于黑洞，在科学上是根据广义相对论提出来的，是根据广义相对论引力场方程的史瓦西解得到的一条史瓦西半径公式计算出的。当一个不带自转的球对称天体发生引力坍缩到小于史瓦西半径，它的时空曲率就会导致光速也无法逃逸，从而形成一个称为事件视界的临界面，由于这个临界面以内即使光速也无法逃逸，而广义相对论又规定了光速为物质运动的极限速度，因此就不会有任何物质和信息能够从事件视界里出来。

本来史瓦西半径公式只是给出了黑洞的半径范围，至于在这个半径范围里黑洞究竟是实心还是空心公式本身并没有规定。但是当科学家同时考虑自然界所有的作用力以后发现，当天体坍缩到史瓦西半径内时，就不可能有任何的作用力能抗衡引力继续坍缩，因此它不可能保持一个实体表面，而是在无限坍缩下形成一个密度无限大的能量点，在这个能量点上能量密度和时空曲率都趋向无穷大，一般来说无穷大是没有物理意义的，但是它在广义相对论下却必然出现，因此科学家称这个能量点为奇点。

这样，一件很奇葩的事情就发生了：广义相对论预言了奇点的存在并同时预言了自身在奇点失效！

在此我们不讨论奇点是怎么被理论证明的，我们就指出它的奇异性——时空无限弯曲的几何点。而这个时空无限弯曲的几何点上甚至它的周围，由于时空的极度弯曲，理论上都不存在任何的已知物质形式，所以奇点不会是一个物质点，它只是一个能量点，它的能量就存储在极度弯曲的时空里，除了极度弯曲的时空，就什么都没有了。

由于所有落入黑洞的物质能量最终都会落向奇点，因此黑洞最终都只剩下一个极度弯曲的时空，一个除了极度弯曲的时空就什么都没有的区域，不是一个洞是什么？

如果黑洞是个洞，那么它能不能穿越呢？目前认为有可能可以。

在上世纪30年代，爱因斯坦在研究史瓦西解时发现，黑洞内由于时空的极度弯曲，中心奇点可能会与远方另一时空的奇点连通，这个连通的通道被称为爱因斯坦罗森桥，因为他是爱因斯坦与当时的助手罗森共同研究发表的。后来物理学家惠勒给它取了一个形象的名字——虫洞。（黑洞这个名字也是惠勒取的）

在广义相对论里，虫洞的另一头必然有个奇点，这个奇点可以是黑洞的奇点，也可以是白洞的奇点，这在广义相对论里都是允许的。不过理论归理论，对于现实世界，白洞似乎并没有存在的基础，这有两方面的原因：

一是它直喷不吸的特性决定它不能独立形成，必须有个质量能量来源，比如黑洞，然而这样黑洞就长不大了，因为它一边吃白洞一边吐……

二是从白洞奇点辐射出来的能量必须逆时传播，也就是它必须在时间上倒着走的。因为根据广义相对论，黑洞视界内时空互换，从视界到奇点不是沿空间方向的，而是沿着时间方向的，因此从视界落向奇点的物质不是沿空间方向落向奇点，而是沿时间方向落向奇点，奇点是时间的终点。故此，当白洞的物质能量从奇点向时间运动的过程就是逆时运动了。

以上两点在我们的宇宙里都找不到任何相关证据。我们发现了大量大质量黑洞，表明黑洞一直长大，而我们没有发现过能逆时运动的实例。

不过毕竟我们也没有任何证据表明不会有个别黑洞会在宇宙另一头产生白洞并把奇点的质量喷掉；也没有任何证据表面视界内的不正常时空不能产生逆时运动。那么我们是否就有可能通过虫洞穿越？很遗憾——不能！因为穿越虫洞必须经过奇点，而奇点会摧毁一切物质结构。

此路不通。而这是静态球对称黑洞的史瓦西解的结果，但广义相对论里还有另一个解——自旋黑洞的克尔解。

克尔解得到的是一个拥有自旋的黑洞，这黑洞的结构比史瓦西黑洞复杂得多，但文章已经太长了，我不想在这里介绍克尔黑洞的结构，我要说的是它的中心奇环。

由于存在高速自旋，克尔黑洞的中心奇点无法保持点状，而是在高速自旋下成为环状，根据理论，这个环内的时空存在一个神奇的玩意——闭合类时线。什么叫闭合类时线？你可以理解为时间成为一个闭合的环，你沿一个方向前进可以回到起点，事实上你可以回到任何时间……这不就穿越了吗？？？理论上你真的能穿越，当你从一个极端克尔黑洞的自旋轴两极进入黑洞，然后垂直落入奇环，你就有可能穿越时间从另一个时间出来……而极端克尔黑洞奇环*的时空曲率并不大，不会像史瓦西黑洞一样把你摧毁