黑洞,里面是没有物质的。黑洞只是是被压缩的空间和时间。很扯吧?但这很可能就是事实。你可以这样来理解,黑洞是高于我们维度的存在。如果还理解不了,可以这样想:除去时间,我们的世界是三维的,脑补一下,一个三维的盒子可以装多少二维的物质?只有长和宽而没有厚度的物质。答案是无限!
霍金曾证明了一个大名鼎鼎的定理叫做黑洞无毛定理,其说的是:黑洞除了质量、角动量、电荷以外别无其它参量。
因而根据这个定理黑洞分成了两大类:只有质量的史瓦西黑洞,和克尔纽曼黑洞。
在1915年附近,爱因斯坦在几位数学家的帮助下,完成了引力的几何化,得到了场方程如下:
这个方程左边代表了空间弯曲的几何量R是所谓里奇张量,g即为度规张量,右边是物质运动的物理量——能量-动量张量。
场方程一出现,史瓦西很快就得到了第一个解,即大名鼎鼎的史瓦西解:
这个解的物理意义是什么?是静止在无穷远处的观察者观察一球对称只有引力物体看到的度规。
很明显,在r=0和r=2m处,度规系数变为无穷大,这是物理上不允许的。这两点前者即所谓奇点,
后者就是视界。到此就离所问问题相距不远了,进入视界的粒子去了哪里了?
好了,我们接下来研究下一个在无穷远处的人是如何观察这个粒子的?当然是粒子发出某种作用,假设就是光了,光传播到无穷远处的观察者那边,自然也就看到了。但假设粒子就在视界的外侧附近呢?学过微积分的朋友很快就能看出来这个点光速是零。也就是说史瓦西度规只能“看到”视界之外的东西。
在黑洞视界内部,为了保证度规有效性,空间度规要换为时间度规,所以r=0这一点,不是空间坐标的起点,而是时间坐标的终点,也就是粒子的必然未来,所以必然坠落到奇点就不是什么难以理解的事情了。
同时数学家们已经证明,无论采用怎样的度规,总有一些奇点是无法消除的,称为本性奇点,r=0就是一个本性奇点。