時間簡史_第14章 黑洞(2) 首頁

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在恒星引力坍縮構成黑洞時,活動會快很多,如許照顧走能量的速率就會高很多。是以不消太長的時候就會達到穩定的狀況。這終究的狀況將會是如何的呢?人們會覺得,它將依靠於構成黑洞的恒星的統統龐大特性――不但它的質量和轉動速率,並且恒星分歧部分的分歧密度以及恒星內氣體的龐大活動。而如果黑洞就像坍縮構成它們的本來物體那樣竄改多端,那麼普通來講,對黑洞作任何預言都會非常困難。

但是,加拿大科學家威納・伊斯雷爾(他生於柏林,在南非長大,在愛爾蘭獲得博士學位)在1967年使黑洞研討產生了完整的竄改。伊斯雷爾指出,按照廣義相對論,非扭轉的黑洞必須是非常簡樸的;它們是完美的球形,其大小隻依靠於它們的質量,並且任何兩個如許的同質量的黑洞必須劃一。究竟上,它們能夠用愛因斯坦的特解來描述,這個解是在廣義相對論發明後不久的1917年被卡爾・施瓦茲席爾德找到的。開初很多人,此中包含伊斯雷爾本人,以為,既然黑洞必須是完美的球形,一個黑洞隻能由一個完美球形物體坍縮構成。是以,任何實際的恒星――向來都不是完美的球形――隻會坍縮構成一個裸奇點。

1963年,新西蘭人羅伊・克爾找到了廣義相對論方程的描述扭轉黑洞的一族解。這些“克爾”黑洞以恒常速率扭轉,其大小與形狀隻依靠於它們的質量和扭轉的速率。

如果扭轉為零,黑洞就是完美的球形,這解就和施瓦茲席爾德解一樣。如果扭轉不為零,黑洞在赤道四周就會鼓出去(正如地球或太陽因為扭轉而鼓出去一樣),而扭轉得越快則鼓得越短長。由此人們猜想,如將伊斯雷爾的成果推行到包含扭轉物體的景象,則任何扭轉物體坍縮構成黑洞後,將最後閉幕於由克爾解描述的一個穩態。

此體係由兩個相互環繞著公轉的中子星構成,因為引力波輻射,它們的能量喪失,使它們相互沿著螺旋線軌道靠近。J・H・泰勒和R・A・荷爾西因為對廣義相對論的這一證明獲得1993年的諾貝爾獎。約莫3億年後它們將會碰撞。它們在碰撞之前,將會公轉得這麼快速,發射出的引力波,足以讓像LIGO如許的檢測器領遭到。

伊斯雷爾的成果隻措置了由非扭轉物體構成的黑洞。

因為任何活動中的能量都會被引力波的輻射帶走,以是能夠預感,一個大質量物體的體係終究會趨勢於一種穩定的狀況。(這和扔一塊軟木到水中的環境相稱近似:起先翻上翻下折騰了好一陣,但是跟著波紋將其能量帶走,它終究安靜下來。)比方,環繞著太陽公轉的地球即產生引力波。其能量喪失的效應就要竄改地球的軌道,使之逐步越來越靠近太陽,最後撞到太陽上,歸於一種穩定的狀況。

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