先说答案:黑洞不是洞,也不是实心球。是一个高度扭曲的时间区域空。下面为您详细解释:
首先,黑洞不是洞。注意“洞”字。它实际上是指物质缺失的地方,如洞穴、地下洞穴等。如果我们在三维空坐标系中构造这样一个洞的结构,那么这个洞就是一个没有物质的地方,洞的外面就是构成这个洞的实体。这个洞不随时间变化。
其实黑洞正好相反。黑洞本身不是一个物质匮乏的地方,而是一个高质量聚集的区域。换句话说,存在质量和密度都很大的物质。
第二,黑洞不是实心球。我们就不说什么是实心球了。太简单了。在我们看来,所有的天体都应该是一个球体。即使没有球那么圆,也是各种球形的球。我们夜晚的月亮、太阳、星星都是这样空。包括2019年,科学家拍摄了第一张黑洞的照片。事实也是如此。黑洞的中心有一个黑点。
因为我们看到的天体是“球”,所以我们理所当然地认为黑洞也是球。这是一个经验性的错误。当远处的观察者看黑洞时,它确实是一个球,但我们看不到黑洞的全貌,因为我们处于一个相对平坦的发散时间空,视觉界面的内部(黑洞内部)只能通过理论来预测。
黑洞的表观界面内部是一个高度扭曲的空时间空空间。在这里,不仅空被严重扭曲,而且黑洞的时间和速度随着离中心的距离而变化。对于黑洞内部的状态,无法用三维空坐标系来描述。
三维中间的一个铁球,其内部物质分布不随时间变化。即使在黑洞中不考虑空之间的扭曲,物质分布在时间上也是不均匀的,因此无法讨论它是否是固体。
3.黑洞到底是什么样的?我们所处的时间空是发散的。简单来说,我们可以建立一个以地球为坐标原点的时间空坐标系,坐标系的轴指向无穷远。但黑洞内部却不是这样。以史瓦西黑洞为例,它有两个time 空奇点,一个在史瓦西黑洞的表面(视觉界面),另一个在黑洞中心r=0的位置。
当黑洞曲面的奇异性被分析证明时,空不发散。之所以看起来发散,是因为坐标的选择。简单来说,就是说我们是地球上的奇点,但如果站在视觉界面上就不是了。但在r=0的位置是实奇点。
在一个史瓦西黑洞的表面上(视觉界面上),在空中的任意一点,当它是平面时,都可以有一个光锥,这个光锥的法向量和切向量都在视觉界面上。黑洞的外锥离视觉界面越近,它的锥就越平。在视觉界面上,光锥退化成一条线。在黑洞内部,光锥穿过。当它接近奇点r=0时,光锥变得又肥又细。
地球上看到的黑洞之所以是球体,是由时间的正方向决定的。在视觉界面中,由于光锥的方向无法由时间决定,所以无法知道里面是什么。特定黑洞内部是什么,与黑洞形成过程中特定的初始条件有关。
以Crusca 空的彭罗斯图为例。这个图中的任意一点代表一个二维球面,r的值固定,I和II是两个没有互信息的宇宙,r=2M是视界,F是黑洞区域,P是白洞区域,r=0是奇点。
结论黑洞是广义相对论在四维空中预言并证实的天体,所以在牛顿力学中不能用空来理解。如果你坚持问我黑洞里面是什么?我只能回答,视界是黑洞的边界。以最简单的稳态史瓦西黑洞为例。从视界指向中心(r=0)的不是什么空,而是未来。
文/郭戈谈科学,图片来自网络侵删。我不知道你是否理解我的解释,但我的能力有限,所以我只能到此为止。