黑洞的视界面积也是绝对的
前几天在知识版发了一篇贴子,被版主以不懂相对论为由删去了,虽然我知道这贴子本身没什么技术含量,::070821_05.jpg::也不是什么艰深的问题,根本用不到数学推导,我相信自己的逻辑推理是正确的,其中没有用到狭义相对论的知识,只是根据狭义相对论第一公设光速不变原理推想出来的,就在咖啡屋重贴一次吧,附上答案供大家参考。原贴如下:昨天闲暇时想到的一个问题,相对论的观点是当观察者所处参考系不同时所观察到的同一事物其大小与相对时间流速是不同的,这就是相对时慢尺缩的狭义相对论效应。
现在假设有两个处于不同运动状态的人处于与黑洞相同的距离上并观察其视界面大小是否相同呢?按照平常的观点把黑洞看作普通的天体,那么视界大小在两人眼中大小肯定是不同的。但黑洞是个极为特殊的天体,其视界表面本身就是一个逃逸速度达到光速的时空点集合,大家都知道光速是绝对的,在任何参考系中的人看来都是不变的,这样的话黑洞视界面上的任意时空坐标在宇宙中任何参考系中的人(只要其速度小于光速)看来都应该是绝对的(因为落入视界的一切物质在视界表面达到光速)。所以黑洞视界面积应该与光速相同,也是时空中具有一个绝对性质的物理量。只要光速不变原理是正确的,那么在任何人眼中黑洞的视界面积(大小)都是相同的。不知在数学上应该如何证明。
下面是约翰-皮尔·卢米涅所写的《黑洞》一书第九章部分内容:
“然而困难正是从这里开始,随着向点状引力源的趋近,时空几何出现奇异行为。更精确地说,奇异性在临界距离r=2GM/c^2处开始出现,这里M是中心星的质量,G是牛顿的万有引力常数,C是光速(以下将把这个式于简化成r=2M,即通过适当选取质量、长度和时间的单位而使G和C都等于1)。这个临界距离与引力质量成正比,对太阳质量是3公里,对100万倍太阳质量是300万公里,对地球则是1厘米。这个距离就叫做史瓦西半径,它不是别的,正是按照牛顿方式计算的表面逃逸速度达到光速的星体尺度。史瓦西自己并不知道,正是他为米切尔和拉普拉斯那已被遗忘的关于不可见星的猜测打开了通道。”
“由于大地的弯曲,地面上的观测者也受限于一个视界,视界以外的区域他是不可能看见的。不过,地球的视界是相对的,它是一个以观测者为中心的圆,并随着观测者运动。
黑洞的视界则是绝对的。它是时空中的分界,与观测者无关,将所有事件(即时空点)分成两类。在视界以外,可以由光信号在任意距离上相互联系,这就是我们所居住的正常宇宙;而在视界以内,光线并不能自由地从一个事件传播到另一个事件,而是都朝向中心集聚,事件之间的联系受到严格的限制,这就是黑洞。”
为什么落入视界的一切物质在视界表面达到光速?
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