視界 -名詞

視界

名詞
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視界,即在黑洞周圍假設的一個逃逸速度大于或等于光速的介面

  • 中文名稱
    視界
  • 外文名稱
    Horizon
  • 拼音
    SHIJIE
  • 解釋
    黑洞周圍的—個假想表面

視界的定義

對于經典黑洞而言,黑洞外的物質和輻射可以通過視界進入黑洞內部,而黑洞內的任何物質和輻射均不能穿出視界或是反射,因此又稱視界為單向膜。視界並不是物質面,它表示外部觀測者從物理意義上看,除了能知它(指視界)所包含的總質量、總電荷等基本參量外,其他一無所知.球狀黑洞的視界是以引力半徑值(即史瓦西半徑r=2GM/c^2,式中G為引力常數,M為黑洞質量,c為光速)為徑向半徑的.對于有旋轉運動的黑洞(克爾黑洞),視界的徑向坐標則不同于史瓦西半徑。

視界的分界線

在全局幾何下可以證明有些時空中存在被稱作視界的分界線,它們將時空中的一部分區域隔離起來。這樣的最著名例子是黑洞:當質量被壓縮到空間中的一塊足夠小的區域中後(相關長度為史瓦西半徑),沒有光子能從內部逸出。而由于任何有質量的粒子速度都無法超過光速,黑洞內部的物質也被封閉在視界內。不過,從視界之外到視界之內的通道依然是存在的,這表明黑洞的視界作為一種分界線並不是物理性質的屏障。

黑洞

一個旋轉黑洞的能層,在從旋轉黑洞抽取能量的過程中扮演著重要角色。早期的黑洞研究主要依賴于求得愛因斯坦場方程的精確解,著名的解包括球對稱的史瓦西解(用來描述靜態黑洞)和反對稱的克爾解(用來描述旋轉定態黑洞,並由此引入了能層等有趣的屬性)。而後來的研究通過全局幾何揭示了更多的關于黑洞的普適性質:研究表明經過一段相當長的時間後黑洞都逐漸演化為一類相當簡單的可用十一個參數來確定的星體,包括能量、動量、角動量、某一時刻的位置和所帶電荷。這一性質可歸納為黑洞的唯一性定理:"黑洞沒有毛發",即黑洞沒有像人類的不同發型那樣的不同標記。例如,星體經過引力坍縮形成黑洞的過程非常復雜,但最終形成的黑洞的屬性卻相當簡單。更值得一提的是黑洞研究已經得到了一組製約黑洞行為的一般性定律,這個定律被稱作黑洞(熱)力學,這些定律與熱力學定律有很強的類比關系。例如根據黑洞力學的第二定律,一個黑洞的視介面積永不會自發地隨著時間而減少,這類似于一個熱力學系統的熵;這個定律也決定了通過經典方法(例如,彭羅斯過程)不可能從一個旋轉黑洞中無限度地抽取能量。這些都強烈暗示了黑洞力學定律實際是熱力學定律的一個子集,而黑洞的表面積和它的熵成正比。從這個假設可以進一步修正黑洞力學定律。例如,由于黑洞力學第二定律是熱力學第二定律的一部分,則可知黑洞的表面積也有可能減小,隻要有某種其它過程來保證系統的總熵是增加的。而熱力學第三定律認為不存在溫度為絕對零度的物體,可以進一步推知黑洞應該也存在熱輻射;半經典理論計算表明它們確實存在有熱輻射,在這個機製中黑洞的表面引力充當著普朗克黑體輻射定律中溫度的角色,這種輻射稱作霍金輻射(參見下文量子理論一節)。

黑洞黑洞

廣義相對論

廣義相對論 還預言了其他類型的視界模型:在一個膨脹宇宙中,觀察者可能會發現過去的某些區域不能被觀測(所謂"粒子視界"),而未來的某些區域不能被影響(事件視界)。即使是在平直的閔可夫斯基 時空中,當觀察者處于一個加速的參考系時也會存在視界,這些視界也會伴隨有半經典理論中的盎魯輻射。

廣義相對論廣義相對論

其他視界

在對黑洞的研究過程中產生了很多的視界概念,如弱孤立視界,動力學視界,未來外陷俘視界,柯西視界等等。

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