我举一个电影的例子来解释:
在两大类迥异的黑洞模型——静止黑洞和旋转黑洞。史瓦西黑洞就是一种经典的静止黑洞,它由超过奥本海默极限(3.2倍太阳质量)的恒星演化坍缩而成,具有单一奇点,它的物理性质仅剩质量。一旦进入其事件视界(不可逃逸视界,史瓦西半径),所有事件都会被巨大的引力潮汐撕裂落入奇点。还有一种静止的黑洞模型具备的物理量除了质量还多了电荷,称为雷斯勒-诺德斯特洛姆黑洞。
而具有自转(角动量)的黑洞,我们将其称之为克尔黑洞或克尔-纽曼黑洞,在广义相对论中,黑洞接近光速的自转能对周围空间产生拖曳(参考系拖曳),进而产生引力时间延迟。克尔黑洞与史瓦西黑洞存在重要区别,其事件视界之外还有一层叫做无限红移面的界线。
从无限红移面的边界到事件视界的空间叫能层,性质温和,物质不但不会被摧毁,甚至还能获得引力加速而逃离。
如果他们在史瓦西黑洞附近,飞船摆脱引力所需要的能量要多于黑洞的引力助推能量,将无法实现引力弹弓加速。但在克尔黑洞中,在黑洞能层内的飞船可以利用抛弃自重的方法将部分物质抛离,用黑洞的角动量换取剩余部分的引力加速动量,这个过程被称为彭罗斯机制——记忆力好的观众看到这就已经明白了,这就是电影中的他们在做的事。设想如果存在科技足够发达的文明,应会利用这一机制在宇宙高效获得能量。
其实在爱因斯坦场方程解中存在两大类迥异的黑洞模型——静止黑洞和旋转黑洞。史瓦西黑洞就是一种经典的静止黑洞,它由超过奥本海默极限(3.2倍太阳质量)的恒星演化坍缩而成,具有单一奇点,它的物理性质仅剩质量。一旦进入其事件视界(不可逃逸视界,史瓦西半径),所有事件都会被巨大的引力潮汐撕裂落入奇点。还有一种静止的黑洞模型具备的物理量除了质量还多了电荷,称为雷斯勒-诺德斯特洛姆黑洞。
而具有自转(角动量)的黑洞,我们将其称之为克尔黑洞或克尔-纽曼黑洞,在广义相对论中,黑洞接近光速的自转能对周围空间产生拖曳(参考系拖曳),进而产生引力时间延迟。克尔黑洞与史瓦西黑洞存在重要区别,其事件视界之外还有一层叫做无限红移面的界线。
广义相对论预言一个较大的转动天体的附近会出现参考系拖拽现象,即附近的空间被拖拽往天体自转的方向。理论上一颗普通的恒星也会出现这种现象,但是对太阳附近空间所作的观测至今未能得出确定的结果。广义相对论预言在转动的黑洞附近围绕着一层被称为能层的空间。在这个空间中物体的正常状态仍然无法存在,因为该空间正沿着黑洞自转方向以光速被拖拽着运动。但是彭罗斯机制或许可以为飞行器从能层中获取能量,虽然这个过程要求飞行器必须将一些“压仓物”抛入黑洞,这样飞行器也必须损失一部分由“压仓物”所携带的能量,这部分能量则被黑洞吸收。






