黑洞动力学

13.黑洞动力学

为了理解黑洞的动力学及它们如何使内部的所有事物不能逃出边界这样的问题，我们首先需要讨论广义相对论。

广义相对论，是爱因斯坦创建的引力学说，适用于行星、恒星，也适用于“黑洞”。爱因斯坦在1916年提出来的这一学说，说明空间和时间，是怎样因大质量物体的存在，而发生畸变的。简言之，广义相对论学说认为，物质弯曲了空间，而空间的弯曲又反过来影响穿越空间的物体的运动。

旋转的黑洞

再让我们看一看爱因斯坦的模型是怎样工作的。首先，考虑时间（空间的三维是长、宽、高）是现实世界中的第四维（虽然难于在平常的三个方向之外，再画出一个方向，但我们可以尽力去想象）。其次，考虑时空是一张巨大的绷紧了的体操表演用的弹簧床的床面。

爱因斯坦的学说认为，质量使时空弯曲。我们不妨在弹簧床的床面上，放一块大铅球，来说明这一情景：铅球的重量，使得绷紧了的床面，稍微下沉了一些，虽然弹簧床面基本上仍旧是平整的，但其中央仍稍有下凹。如果在弹簧床中央放置更重的铅球，则将产生更大的效果，使床面下沉更多。事实上，铅球越多，弹簧床面弯曲得越厉害。

同样的道理，宇宙中的大质量物体，会使宇宙结构发生畸变。正如10千克铅球比1千克铅球使弹簧床面弯曲得更厉害一样，质量比太阳大得多的天体，比等于或小于一个太阳质量的天体，使空间弯曲得厉害得多。

爱因斯坦

如果一个网球在一张绷紧了的平坦的弹簧床上滚动，它将沿直线前进。反之，如果它经过一个下凹的地方，则它的路径呈弧形。同理，天体穿行时空的平坦区域时，继续沿直线前进，而那些穿越弯曲区域的天体，将沿弯曲的轨迹前进。

现在，再来看看黑洞对于其周围的时空区域的影响。设想在弹簧床面上放置一块质量非常大的铅球，代表密度极大的黑洞。自然而然地，石头将大大地影响床面，不仅会使其表面弯曲下陷，还可能撕裂床面。类似的情形同样可以在宇宙中出现，若宇宙中存在黑洞，则该处的宇宙结构将被撕裂。这种时空结构的破裂，叫做时空的奇异性或奇点。

宇宙中的黑洞

现在我们来看看，为什么任何东西都不能从黑洞逃逸出去。正如一个滚过弹簧床面的网球，会掉进由大铅球所撕裂的深洞一样，一个经过黑洞的物体，也会被黑洞引力陷阱所捕获。而且，若要挽救运气不佳的物体，需要无穷大的能量才能做到。