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白洞最先由谁提出来的?

【野子的回答(59票)】:

简单通过白洞回顾一下广义相对论发展的历史。

真空爱因斯坦场方程的史瓦西解是在1916年做出来的,仅在广相发表的后一年。

史瓦西解是

.

当时人们就发现,这个度规存在两个奇异的位置,r=0和r=2M. 在这两个位置都会出现发散的困难,也就是这个解描述不了的地方。这个很正常,比如平面上的极坐标就不能描述原点。 但是奇异性有两个可能的原因,一个是时空本身有毛病,一个是坐标系选择的不好(比如平面上的原点用直角坐标没有任何问题,但是极坐标就描述不了)

当时人们猜测r=2M这个位置不是真正的奇异性,而是坐标系选择的问题,那么证明这个问题的思路也是自然的,就是寻找一个恰当的坐标系,使得这个度规在r=2M不表现出来奇异性就好了。说的容易做的难,就是这个问题,阻碍了整个相对论界的发展40多年!!

证明这个奇异性的问题,也就是寻找坐标系的工作,在爱丁顿等人工作的基础上,由集大成者克鲁斯卡在1960年完成。克鲁斯卡找到的克鲁斯卡坐标系是描述史瓦西时空最为直观的坐标系,也是史瓦西时空的最大延拓。

它是这个样子的

让我们直接关注这个图就可以了,忽略推导出这个图的一切细节。让我们直接关注这个图就可以了,忽略推导出这个图的一切细节。

我们来看,这个图把时空分成了四个部分,上下两个双曲线表示r=0这个奇点。45度角两条直线代表r=2M的位置处。左右两侧部分代表了两个互不相关的宇宙。而上部,可以看出任何一个类时或者类光的曲线(斜率大于等于1,或者小于等于-1),过了r=2M这条直线就休想逃离这个区域,只能撞到奇点上(和 r=0的双曲线相交),这个区域就叫做黑洞,而原来r=2M的位置就不是奇点,而叫做事件视界。

在下部区域,可以看到任何一个类时或者类光曲线都会穿过视界逃离这个区域(要注意时间单向性), 这个区域和黑洞相对,就叫做白洞。

可以看出白洞的预言是克鲁斯卡延拓的正常结果,可以说只算得上是一个数学上的预言,而在物理上,白洞这种系统不可能稳定的存在。所以通常我们只画这个图的右上部分(黑洞外和洞外的时空)就可以了。

图片来自

台湾成功大学游辉樟教授MTW的讲义ppt。

【好玩不的回答(32票)】:

白洞,白色的明天等着我们

就是这样,喵↖(^ω^)↗

【李博的回答(8票)】:

楼上Kruskal度规的说法是对的,只是有点细节没交代清。我先占个坑,回去整理整理思路。

首先所谓度规,不过是某种沿特殊路径前进的人观察到的四维时空距离s与自生坐标系(r, x, y ,z)或(t, r ,θ ,φ)之间的关系。这个特殊路径可以很奇怪。

但是并不是所有运动方式都能把一个现象观察完整。比如说上面说的史瓦兹度规就说明,黑洞外面的人看不到里面,里面的人看不到外面。因为在视界rg=2m( g是下标 m=GM/c2 M是中心天体牛顿质量)附近,光速是0了,度规就有问题了。测地线停在这了。但又分析了一下,要是观察者随坐标系一块的话,观察者本身也不会在rg处来到生命尽头。rg处的发散是参考系造成的。

于是人们就准备找在rg处不发散的度规。大家就猜了猜度规应该是球对称的,且其中光速为1(自然单位制,与狭义相对论情况一致)。很可能长这样。

r是静止坐标系下的距离。我们又知道光在时空中的ds始终为零。那么假设光只径向传播,显然dR*/dτ*就是在三维空间的速度是1(dR*与dτ*前系数恰好相反)。现在我们只要要求未知函数在rg处没零点。只在r=0处有零点就行了。

结合时空基本性质,经过一系列的计算。Kruskal最后发现所求的τ* ,R* 和f应该长这样。

其中η是待定常数,显然只有当η等于1/2rg=1/4m时,f在rg处无零点。这样就得到了Kruskal度规。

将上方τ*与R*平方,利用双曲函数关系。不难得到

R*2-τ*2=(r/2m-1)exp(r/2m)。

带入r=0,有R*2-τ*2=1。可见r=0对应为上下两支双曲线。

带入r=rg,有R*2-τ*2=0。故r=rg为±45o线。

所谓R区就是,R*2-τ*2=crg的曲线族),因为采用的是(+2)号差系统,这部分对应这我们正常的时空(r是空间轴,t是时间轴)。当c充分小,区域趋于左右两侧,整个代表了视界外面的区域。

所谓T区就是R*2-τ*2=a小于零(打不出来小于号)区域,是视界内部区域,r成为时间轴。整个上下双曲线与±45o线所夹即T区。

仔细观察,r=0是上下两方的双曲线,r=rg是两条±45o线。

前面我们假设了光的世界线在此时空图里总是一条斜率为1的直线,传播方向是时间的正方向。我们也是基于此假设进行的推导。

那么对于我们处在视界外面的人(rrg)而言,如果我们的光要穿过视界rg,那么他只能落在上方的r=0上,永远不会再回到rrg,我们知道r=0处时间线终止,这就是所谓黑洞的本性奇点,T_意味着黑洞区域。

再看下方的r=0,如果这里有束光线,它穿过rg后,永远也不会回到r小于零区域。

r=rg成为一个特殊的界面,即只允许光线单向通行。也就是说所有信号一旦发出就不能再被接收到(视界内外无法相互观察)。

同样的我们发现原点(R*=0 ,τ*=0)不会有任何光线穿过,连接着黑洞和白洞。这个东西就叫做“喉”,另一个大众喜闻乐见的名字叫“虫洞”。但是在广义相对论下虫洞连接的是两个互不相连的宇宙,所以那些鼓吹虫洞旅行的可以洗洗睡了。

以上。

晚上答题真是容易脑袋不清楚的,感谢(原谅我不知如何安特你)提出意见。上面修改了说法上不严谨的,还有什么问题的话,请告诉我。

【杨文扬的回答(4票)】:

火箭队?

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