英国剑桥大学克尔教授:克尔黑洞可能与白洞连接

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英国剑桥大学克尔教授:克尔黑洞可能与白洞连接

来源:未解之谜(www.49363.com)    发表时间:2019-04-30 17:56 编辑:

今天的云南大学科学馆因有克尔教授的到来蓬荜生辉,来自社会各界的学者、专家、学生和天文爱好者齐聚于此,只为听取这位为人类天体物理学贡献了卓越贡献的老教授的演说,可容纳近千人的会堂座无虚席,连过道和门口都站满了人。

克尔教授毕生从事广义相对论、引力论研究,因成功解决旋转黑洞(即克尔黑洞)的引力场和时空问题而为人知,曾开创相对论天体物理、黑洞物理等新兴研究领域。听着教授讲述自己从“观测3C273类星体”到“研究星系和黑洞是否可同时出现”的亲身经历,在场听众唏嘘不已。

报告会后的现场互动也你来我往,相当火热。在场听众所提问题逐一涉及“反物质”、“平行世界”、“白洞”、“虫洞”甚至“时光倒流”等数多概念,都被克尔教授一一解答。来自昆明某学校的教师周阳对克尔教授的演讲赞不绝口,“从前一直以为黑洞就是质量和密度大得惊人的一种宇宙物质,现在才知道原来它是如此复杂。”

克尔教授经典语录:

“宇宙中质量最大的黑洞存在吗?在哪里?”

“是的它存在,不过就在某个地方。”

“究竟什么是时空?”

“我不是上帝,我也不知道这个世界究竟是什么世界。”

“黑洞会消失吗?”

“不必担心,黑洞不会消失,说不准这会正有一个黑洞从我们中间穿过。”

“当今被论证的科学理论,未来也许会发现它们是错的;现在看起来是错误的理论,未来也许它们终将成为真理。”

克尔黑洞(英文:Kerr black hole)是爱因斯坦场方程预言下的一类带有角动量的黑洞,是二种旋转黑洞(rotating black hole)中的一种。用来描述克尔黑洞的时空度规叫做克尔度规,是由新西兰数学家罗伊克尔于1963年解出的。另一种是同时带有角动量和电荷的黑洞,叫做克尔-纽曼黑洞(Kerr-Newman black hole)。相比于静态的史瓦西黑洞,克尔黑洞更接近于实际物理上的黑洞,因为大多数恒星都具有一定的自转角动量,当它们坍缩成黑洞时仍然会保留部分角动量。2006年天文学家对银河系内的X射线双星GRS 1915+105的观测表明,其中的黑洞可能在以每秒1150次的频率高速自转,已经接近了理论上的极限。

正在做演讲的克尔教授

正在做演讲的克尔教授

罗伊 帕特里克 克尔(Roy Patrick Kerr)教授

当代享有盛誉的物理学家之一。与伽利略、牛顿、爱因斯坦等近代物理学家一样,克尔教授不仅是物理学家,还是数学家、天文学家。他毕生从事广义相对论、引力论研究,做出了杰出贡献,尤其是解决了旋转黑洞(即克尔黑洞)的引力场和时空问题,催生了相对论天体物理、黑洞物理等新兴研究领域。

克尔教授的这一理论发现具有重要的天文学和物理学意义,给天文学和物理学带来勃勃生机。尤其是随着类星体1963年被发现,天文学家认识到,类星体等活动星系核的能源不可能是恒星中的核聚变,而只能是其中心的大质量黑洞通过吸积周围气体释放引力势能,而这些黑洞都是旋转的,即克尔黑洞。黑洞的引力场非常强,用牛顿力学的时空观无法描述。克尔的发现于是催生了相对论天体物理、黑洞物理等新兴研究领域,使得广义相对论不再是纯粹的理论,被广泛应用于天体物理研究。在克尔研究的基础上,罗杰彭罗斯(Roger Penrose)、史蒂芬 霍金(Stephen Hawking)以及克尔本人等一批著名科学家大大发展了当代天体物理学和物理学,取得了许多重大进展。例如,彭罗斯发现由于黑洞的旋转,不一定只吃不吐,也可通过彭罗斯效应和能层等从黑洞提取能量;霍金证明所有旋转天体引力塌缩形成黑洞时,都将形成克尔黑洞,证明黑洞具有辐射。

黑洞只有三个物理量,即质量、角动量、带电量。史瓦西度规只能描述只有质量而不旋转、不带电的黑洞的引力场和时空,克尔度规描述旋转但不带电的黑洞的引力场和时空。克尔与特德纽曼合作进一步研究了带电黑洞的引力场,发现了克尔-纽曼度规。他还与希尔德 (A. Schild) 合作提出了克尔-希尔顿时空理论。克尔教授的这些杰出科学贡献,为他赢得了许多荣誉和奖章,特别是1982年新西兰皇家学会的Hector奖章,1984英国皇家学会的Hughes奖章,1993年新西兰皇家学会的Rutherford奖章,2006年国际相对论天体物理研究中心的Marcel Grossmann奖,2011年新西兰政府的最高荣誉奖Companion of The New Zealand Order of Merit。

美国亚利桑那大学物理系的米莉亚(Fulvio Melia)为克尔教授专门写了传记《破解爱因斯坦代码:相对论和黑洞物理学的诞生》(Cracking the Einstein Code: Relativity and the Birth of Black Hole Physics)。(

那么我们说了克尔黑洞是不随时间变化的绕轴转动的轴对称黑洞,这类黑洞的中心是一个奇环,有内、外两个视界。内视界为黑洞奇异性的界限,而外视界则为不可逃脱的界限。这就意味一旦你落入外视界,你不会立即被黑洞的种种奇异性所摧毁,但此时也别侥幸你将会不可避免地落入内视界。

研究表明两界面仅在两极处相切,除去两视界外,克尔黑洞的最外围还有一个界限称为静 止界限(简称静界)或无限红移面。静界产生于克尔黑洞的参考系拖拽效应,即克尔黑洞旋转时拖动着周围的时空一起转动。可以理解为在静界处时空的“旋转速度”等于光速, 这就意味着静界内的飞船无论如何不能保持相对静止。

这也就是说所谓的静界并非克尔黑洞的真正界限,因为进入静界后仍然可以逃离,静界和视界之间的夹层称为能层。研究人员推理说克尔黑洞可能与白洞连接, 因此进入克尔黑洞的物体只要不撞在奇环上就有可能从白洞出来。

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