(35)奇环和裸奇异
DB_GM
编辑于 2022年09月19日 22:28
收录于文集
共39篇

1、奇环

        内禀奇异性出现在r=0处,但不同的黑洞的奇异区不一定相同,史瓦西黑洞和R-N黑洞的内禀奇异是奇点,克尔黑洞和克尔-纽曼黑洞的内禀奇异区却是一个环,称为奇环。1963年,克尔建议使用”直角坐标“来描述克尔黑洞,这组坐标由下列变换给出:

Δ参考文章(34)的克尔度规

在此坐标下,克尔时空的线元写为:

不难看出,当引力场源为0,即质量M=0,时空应当退回平直的闵可夫斯基时空,上式退化为闵氏时空在直角坐标下的线元。此外,上式中的奇异性只有r=0,写成直角坐标为:

这是一个半径为a的圆盘,根据文章(34)中对克尔-纽曼黑洞的讨论,内禀奇异性还要求θ=π/2,也就是:

这个条件表明,只有圆盘边缘才是内禀奇异区,也就是奇环。回顾克尔黑洞的示意图:

如果有物体进入这类黑洞,首先穿过外无限红移面,进入外能层,这里不是单向膜区,还有可能离开,若继续深入,穿过外视界,这才真正进入黑洞,外视界到内视界之间的区域是单向膜区,这里时空坐标互换,物体只能朝着内视界移动,等到穿过内视界,进入内能层,这里的时空属性再次恢复正常,物体并不一定会向着更深的内无限红移面内禀奇异区前进。

        事实上,接近这类黑洞的内禀奇异区非常困难,它们表现出极强的斥力,只有加速度趋于无穷大的物体才能到达那里,几乎不用担心会落入奇环或者奇点,这样来看,在内视界以内,似乎可以存在一些物质结构,物体还可能进入其他引力宇宙或者穿过奇环(奇点不行)进入其他斥力宇宙,当然,这只是一种猜想,内视界以内的时空区很可能并不稳定,真实的样子可能大不相同。

cut-off

2、宇宙监督假设

根据文章(34)给出的克尔-纽曼黑洞的视界:

不难看出,存在一种极端情况,即:

此时,内外视界重合,它们之间的单向膜区成为一张无限薄的二维膜,只要再增加一点电荷或者角动量,这张膜也将消失,内外能层就会融为一体,由于能层本身时空属性和黑洞外部的宇宙相同,所以内外能层与外界也统一了起来,只剩下最里面的奇环(或R-N黑洞的奇点)裸露出来,也就是所谓的裸奇异

        裸露的奇异性会向周围放出不确定的信息,导致时空因果性的破坏,为了避免这一情况,彭罗斯提出了宇宙监督假设:即宇宙本身不允许裸奇点存在。

        这样一个想象中的对象——宇宙监督,放在假设中禁止裸奇异的存在,看起来十分滑稽,并且,就算没有裸奇点,观测者也有可能进入克尔-纽曼类的黑洞,并且在内能层里看到奇环(或者R-N黑洞里的奇点),这样又会导致观测者的因果性被破坏。

        彭罗斯后续又改进他的这一假设,改为:时空一定是整体双曲的。换句话说,一定可以在时空中找到一张三位超曲面,过时空任一点的因果线必定穿过这个超曲面。这样的超曲面称为柯西面

        然而,归根结底,我们还是不知道裸奇点存在与否,以及裸奇点如果存在的话,宇宙将以何种手段避免因果的混乱。