黑洞的時空結(jié)構(gòu)

黑洞的時空結(jié)構(gòu)摘要：黑洞作為一種非常特殊的天體,是廣義相對論和量子引力理論中非常重要的研究對象。本文主要工作是研究黑洞時空的特點，從狹義相對論的時空觀到廣義相對論的時空特點最后聯(lián)系到黑洞時空的特點，并對宇宙微波背景輻射的溫度與黑洞時空的關(guān)系做了探究，最后簡要分析了研究黑洞的意義。關(guān)鍵詞：黑洞、狹義相對論、廣義相對論、時空結(jié)構(gòu)、宇宙微波背景輻射目錄第一章引言 第一章引言1.黑洞黑洞——一個充滿未知與神秘色彩的天體。對于黑洞而言，通常情況下，具體定義是一種自身引力強(qiáng)大到可以作用于光且致密程度極高的天體。歷史上最早預(yù)言黑洞的人是來自法國的科學(xué)家拉普拉斯和來自英國的米歇爾。而與之相關(guān)的還包括來自美國的兩位物理學(xué)家施耐德和奧本海默有關(guān)中子星最大質(zhì)量的研究，因為在此研究過程中借助廣義相對論得出存在“暗星”說法。由廣義相對論相關(guān)知識可知，萬有引力不算真正的力，而是時空彎曲的表現(xiàn)。奧本海默等人認(rèn)為，當(dāng)某個時空區(qū)域非常彎曲時，光線將無法從那個區(qū)域逃離到遠(yuǎn)處。在遙遠(yuǎn)的觀測者眼中，這個區(qū)域?qū)⑹且活w看不見的“暗星”。奧本海默預(yù)言的“暗星”就是今天所說的“黑洞”。2.黑洞的形成對于黑洞而言，在浩瀚宇宙中，恒星的無限種演變結(jié)果中，可以作為其中一種終極演變存在方式。而在這一演變過程中，恒星作為起點到演變?yōu)槠渌问酱嬖?，將其具體化可以視為一場對抗賽。在這場比賽中，比賽雙方分別是引力和排斥力，而這兩者都與恒星有關(guān)，這一演變過程示意具體化如圖1所示。黑洞是廣義相對論的預(yù)言之一。對于普通恒星而言，其存在主要依靠因熱核聚變而產(chǎn)生的熱。對于外界狀態(tài)而言，由于萬有引力的存在使得與因粒子的熱運動而生成“排斥力”相互抵消，而達(dá)到平衡穩(wěn)定狀態(tài)。但是對于主序星，在不斷的變化過程中，其氫在發(fā)生聚合的情況下生成氦，并且在這一過程中由于熱運動減弱，使得產(chǎn)生的“排斥力”小于萬有引力，這種平衡穩(wěn)定狀態(tài)將被破壞。此時，由于自身的巨大重力作用，恒星會逐漸崩潰。而根據(jù)相關(guān)研究可得，那些其余恒星如果其質(zhì)量小于1.4倍的太陽質(zhì)量，那么會演變?yōu)榘装?。此時，物質(zhì)的量子效應(yīng)開始起作用，這很可能會改變最終的結(jié)果，最終形成的是主要有氧和碳組成，其處于平衡穩(wěn)定狀態(tài)的天體，這種狀態(tài)的形成主要是由于萬有引力和電子產(chǎn)生的泡利斥力的抵抗作用。而對于剩余恒星中如果質(zhì)量大于1.4倍的太陽質(zhì)量，這些恒星將進(jìn)一步坍縮。而最終形成的中子星是由那些恒星質(zhì)量介于大于1.4倍而小于3倍的太陽質(zhì)量的恒星演變而成。這種恒星的最大特點是萬有引力和泡利斥力相互作用。如果一顆恒星的剩余質(zhì)量超過太陽質(zhì)量的3倍,中子間的泡利斥力小于萬有引力，這顆恒星最終會坍縮形成黑洞。由于科技的發(fā)展為該領(lǐng)域提供更為便捷可行的工具，在恒星的演變存在形式中，科學(xué)家已經(jīng)發(fā)現(xiàn)中子星和白矮星。雖然只發(fā)現(xiàn)了中子星和白矮星，沒有發(fā)現(xiàn)黑洞，但是這完全不影響眾多相對論專家和學(xué)者相信黑洞的存在，相反，他們認(rèn)為存在很多。由于理論上黑洞的特殊性使得相關(guān)專家認(rèn)為大多數(shù)天體最終會演變?yōu)楹诙?，并且認(rèn)為黑洞大概率存在的地方是星系和類星體的核心。由此可見，對于一顆恒星來說，引力既會造就它，也會毀滅它。最終的演化結(jié)果只可能是白矮星、中子星或黑洞?，F(xiàn)代天文觀測表明，宇宙中存在大量的黑洞，每個星系至少有一個黑洞，而在我們所居住的銀河系中心就存在著一個質(zhì)量非常龐大的黑洞。圖1恒星塌縮中引力效應(yīng)和物質(zhì)可能產(chǎn)生的支撐力黑洞形成的條件可以從牛頓力學(xué)的能量理論計算出來。設(shè)光子質(zhì)量為m，光速為c，星體的質(zhì)量和半徑分別為M和r。根據(jù)牛頓的理論，從星體表面發(fā)射的光子的動能是Ep而勢能為Ev當(dāng)它的動能與勢能之和小于零時，即12時，光子將不可能逃離星體。從上式可以算出黑洞形成的條件r≤也就是說，當(dāng)一個星體的質(zhì)量和半徑滿足上述關(guān)系時，這個星體發(fā)射的光將被萬有引力拉回來，它就是一個黑洞。第二章狹義相對論眾所周知，狹義相對論由愛因斯坦創(chuàng)立，該理論的最大作用是對于物質(zhì)而言，其存在形式是由時間和空間統(tǒng)一組成，其表現(xiàn)為物質(zhì)本質(zhì)。無論從哲學(xué)或是物理層面，物質(zhì)本質(zhì)都是由其時間和空間來表示，所以對于運動中的物體而言，其運動狀態(tài)與其所處時空相關(guān)。而由相對論所衍生形成的運動學(xué)而言，其產(chǎn)生的效應(yīng)也可理解為相對與時空的效應(yīng)，而這一相對應(yīng)過程可以進(jìn)行量化處理，但是需要滿足如下假設(shè)前提：光速不變原理和相對性原理，此時可以得出有相對論衍生除開的有關(guān)速度的推導(dǎo)關(guān)系、運動時間變慢等。因此在這充滿無限未知的世界中，非常有必要探索理解相對論理論和借助該理論給予現(xiàn)實生活中的實際現(xiàn)象合理科學(xué)的解釋。1.狹義相對論基本原理1905年，愛因斯坦發(fā)表一篇名為《論運動體的電動力學(xué)》的文章，在這篇文章中，提出了光速不變和相對性兩個非常重要的原理。但是在當(dāng)時的科學(xué)背景下，這兩個理論稱為假設(shè)會更加嚴(yán)謹(jǐn)。前者的基本含義是將相對于彼此的運動是勻速直線運動的物體作為參照物的情況下，在真空中光的傳播速度不變。由這一理論可知，在真空中，光速與觀測光運動的人的運動無關(guān)，也與其傳播光源無關(guān)。后者的基本含義是相對與全部慣性參考系，物理定律都可以將其推導(dǎo)轉(zhuǎn)化為統(tǒng)一數(shù)學(xué)表達(dá)。而該理論的深層含義是對于現(xiàn)實生活中的所有現(xiàn)象而言，其由慣性參考系所得出的表達(dá)均相同。但是需要說明的是光速不變原理是滿足狹義相對論同時性前提。這一觀點就是與愛因斯坦和牛頓對于狹義相對論時空觀的不同之處。在基于光速不變原理的情況下，可以產(chǎn)生同時相對性，并且將時間作為中間變量時找到慣性系之間的關(guān)系，并得到洛倫茲變換。盡管和時空相聯(lián)系的變化形式最初是由洛倫茲推導(dǎo)得到，但是從根本上分析，其與狹義相對論中的洛倫茲變換存在較大的不同。因為狹義相對論中的洛倫茲變換的得出是在遵循光速不變和狹義相對論兩個理論假設(shè)的前提下得出的，而愛因斯坦能夠得出是因為在遵循這一前提的情況下運用兩種方式得出該變換。1.1洛倫茲變換形式首先，假設(shè)相對于坐標(biāo)系Koxyz而言，坐標(biāo)系K＇o'x'y'z'沿x=γx?vtx=γx其中，γ=11?β2;β=vc。?x?x=γ?x將上式繼續(xù)推導(dǎo)得出相對論速度變換公式如下：uu1.2相對論的速度所有與時空相關(guān)的理論知識中，理解難度最大的是相對論的速度。由速度可以相互合成的關(guān)系理論可以得出的結(jié)論是對于任何物體而言，其運動速度永遠(yuǎn)小于等于光速。它是指在慣性系統(tǒng)中，將慣性系統(tǒng)作為參照對象，此時測得的物體實際速度，換而言之，這種速度就是對于運動中的兩個觀測者而言，所得出的速度，而不是由非運動者觀測得出的兩個運動者的相對速度。為更好解釋說明該情況，舉例如下：在一次實驗中，將實驗室作為參考對象，存在兩束速度均為0.9c、且運動方向相反的電子，此時將其中一束電子作為參照物，觀測另一束電子。對于這一情況，由洛倫茲速度變換關(guān)系可以得出如下結(jié)論：在將其中一束電子作為參考對象的情況下，另外一束電子速度肯定小于等于c；倘若將其中一束電子作為參考對象的情況下，將觀測對象變?yōu)閷嶒炄藛T，那么另一束電子的速度肯定是1.8c。但是，需要注意的是這并不是相對論時空效應(yīng)直接作用的結(jié)果。1.3時空互變方程由洛侖茲變換衍生出來的兩個非常重要的推論是鐘慢效應(yīng)和尺縮效應(yīng)，這兩種效應(yīng)可表示如下：l=式中：l0l——將觀察者作為參考對象時物體以速度v運動時的長度。(11)式的具體含義為在運動方向上，運動物體的實際長度會變短。而對于鐘慢效應(yīng)而言，可以將其表示為如下：τ=式中:τ0τ——將觀察者作為參考對象時兩事件發(fā)生的地點以速度v運動時所得到這兩件事件時間間隔。由(11)、(12)兩式可得l上式中式(12)式就是相對論的時空互變方程。由該式可以明顯得出：對于相對論而言，其四維時空中絕對性和相對性能夠統(tǒng)一的內(nèi)部根本原因；即對于空間和時間而言，兩者之間的關(guān)系是可以相互制約和轉(zhuǎn)化。但是這兩者無論如何變化，二者的乘積是不可能改變。并且對于由洛侖茲變換衍生出來的鐘慢效應(yīng)和尺縮效應(yīng)而言，其效應(yīng)結(jié)果和速度無關(guān)，并且兩者同時存在。而且對于前者而言，需要和后者相互補(bǔ)償。所以可以得出對于任意慣性體系，其統(tǒng)一的四維時空是不會發(fā)生改變的，即：x2.狹義相對論時空觀由式(5)可知，如果兩個事件同時發(fā)生在k系統(tǒng)的不同地點，因為需要滿足△t=0和△x≠0的前提條件，所以?t＇的值肯定不會為零。所以將其中的k慣性系作為參考對象時，觀測另一個慣性系k'，前后事件不可能同時發(fā)生，所以得出的結(jié)論是存在相對性意義。其他慣性系統(tǒng)存在的情況是兩個時間發(fā)生的時間和空間一樣。而對于狹義相對論而言，其在滿足洛倫茲變換的前提下，時間和空間不再是兩個獨立的個體；倘若兩個事件發(fā)生于各自慣性體系中時，由于時空的相對性，使得這兩個事件沒有關(guān)聯(lián)，但是將時空聯(lián)系在一起時才會有意義；而對于不同慣性體系而言，其能夠相互轉(zhuǎn)化的中間量是光速。第三章廣義相對論1.對時空的認(rèn)識我們知道，在引力的作用下，時間的流動會變慢，空間會發(fā)生扭曲。而空間扭曲的其中一種現(xiàn)象就是引力，在實際生活中引力可以表現(xiàn)為水星近日點的進(jìn)動、雷達(dá)回波延遲、引力紅移等對于廣義相對論而言，能夠建立的基礎(chǔ)就是等效原理。而對于狹義相對論而言，能夠建立的基礎(chǔ)是狹義相對論和光速不變兩大原理，而且最終推導(dǎo)出的結(jié)論是在慣性系中才能夠成立。由狹義相對論可知，時間和空間具有相對性，它們對外呈現(xiàn)的運動結(jié)果也是和參考對象相關(guān)，即與時空相關(guān)的運動。由前可知。對于廣義相對論而言，廣義相對性原理和等效原理和其建立的基礎(chǔ)，而且最終推導(dǎo)出來的結(jié)論既在慣性系下成立，也在非慣性系中都成立。由廣義相對論可知：對于引力物體而言，當(dāng)所處其周圍時，時空會被扭曲，換而言之為時間和空間的性質(zhì)是由物質(zhì)決定。運動方程和場方程由愛因斯坦建立，并且由后者推導(dǎo)得出前者。但是對于廣義相對論而言，存在的方程是場方程。對于自由落體運動而言，其運動規(guī)律與物體質(zhì)量無關(guān)，但是從愛因斯坦的時空觀出發(fā)，無法用肉眼去證實所見到的時間和空間。但是在大量理論和實驗的支撐下愛因斯坦提出從來沒有過的一個假設(shè)：處于自由落體運動的物體，其運動規(guī)律和物體質(zhì)量無關(guān)的原因并非和萬有引力有關(guān)，而是在自由落體過程中空間發(fā)生了扭曲，假設(shè)運動的物質(zhì)消失，時間和空間會回到彎曲之前的狀態(tài)。為得到證實假設(shè)，愛因斯坦將黎曼幾何和閡可夫斯基四維空間作為研究對象深入探究，由歐幾里得可知兩點之間線段最短。但是從非歐幾里得幾何的角度出發(fā)可知，兩點之間最短的一條線是用短程線來表達(dá)的。但是非歐幾里得幾何在實際中基本上無法看見。但是可以在腦海中構(gòu)想如下場景：四個人分別在一個角扯緊一張光滑的床單，這是床單就是二維空間，然后將具有一定重量的圓球放在拉緊的床單上，此時，圓球會滾到床單中心位置，這是形成的床單就是彎曲空間。圖2表示在彎曲空間中物體運動的狀態(tài)，與自由落體類似，具有一定質(zhì)量的圓球吸引小球，此時小球會向大球靠近。如果將這一過程擴(kuò)展到天體中時，此時的圓球可以理解為地球，在小球向大球靠近的過程可以視為物體的自由落體運動。但是小球靠向大球的初始狀態(tài)時給小球施加切向初速度，小球的運動會轉(zhuǎn)變?yōu)樾D(zhuǎn)運動。這一運動情況擴(kuò)展至天體運動，則在彎曲理論中地球之所以可以繞地球旋轉(zhuǎn)，其真正的原因不是萬有引力作用的結(jié)果，而是太陽附件存在彎曲的空間使得地球轉(zhuǎn)動。圖2彎曲空間模型2.引力場的時空結(jié)構(gòu)特性2.1引力場中時鐘變慢對于狹義相對論而言,空間一直處于平直狀態(tài)，這一狀態(tài)不受引力場存在與否的影響。將所有的時鐘在相同的參考系下看待時其運動都是同步進(jìn)行。換而言之，在狹義相對論中，時間和空間的屬性不由引力場的存在與否決定。并且在狹義相對論中，假設(shè)在引力場中引入一局部靜止慣性系（dτ）,其中靜止粒子世界線長度除以c稱為標(biāo)準(zhǔn)鐘，以dsc表示，則可以得到dτ=（15）式的含義就是標(biāo)準(zhǔn)鐘和坐標(biāo)鐘的轉(zhuǎn)化關(guān)系。討論引力場的時間特性。當(dāng)r→∞，g00→1d由（16）式得：d（17）式的含義可以理解為對于坐標(biāo)鐘而言，可以將其視為無限遠(yuǎn)處的標(biāo)準(zhǔn)鐘。用距離為r處的標(biāo)準(zhǔn)鐘測量，可得測量結(jié)果如下：d（18）式表明：相比于無限遠(yuǎn)處的標(biāo)準(zhǔn)鐘，處于引力場中的標(biāo)準(zhǔn)鐘會走的更加慢，并且鐘走的速度與引起強(qiáng)度呈現(xiàn)相反關(guān)系。所以相比于平時的平直空間，在引力場中時，時間間隔會變短。當(dāng)處于無限遠(yuǎn)處時，對于時間間隔的量化可由常數(shù)cdt得出，當(dāng)r=rs處（rs為史瓦西半徑），此時時鐘不再走動，即2.2引力場中長度收縮首先假設(shè)徑向條件：dθ=dφ=0,結(jié)合史瓦西解和空間坐標(biāo)元與真實距離元的關(guān)系可以得出如下：dl由于dl∞=dr，所以可以將dl（20）式表明：相比于無限遠(yuǎn)處的標(biāo)準(zhǔn)尺，r處徑向放置的標(biāo)準(zhǔn)尺更加短。并且單位尺收縮的顯著程度與場源的距離呈現(xiàn)反相關(guān)。當(dāng)r=rs時，單位尺變?yōu)榱?并且這兩點距離擴(kuò)大至無窮大。尺度和間隔呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，表示尺度變短時間隔會延長。所以可以得出的結(jié)論是引力越強(qiáng)，收縮程度越明顯。而對于橫向（dr=0）而言，實際長度和歐幾里得空間中球面距離元一樣，其橫向真實長度和標(biāo)準(zhǔn)2.3引力場中光速不變真實光速是由置于引力場中的量桿和時鐘測量所得，用c表示。ds由于光子存在對應(yīng)的時空間隔，所以ds2=0，c=（22）式表明：對于光速而言，其處于慣性系中時和處于引力場中時，其值是相同。將光子置于史瓦西場中時，沿著徑向開始運動,并用時空坐標(biāo)對光速進(jìn)行表達(dá)，可得到坐標(biāo)光速，用c'c將光子置于史瓦西場中時，沿著橫向開始運動,并用時空坐標(biāo)對光速進(jìn)行表達(dá)，可得到坐標(biāo)光速，用c'c由（24）式可得：相比于慣性系中的光子速度而言，處于史瓦西場中時而產(chǎn)生的坐標(biāo)光速c＇是恒小于的。但是從實際意義的角度出發(fā)，能夠起到重要作用的仍然是真實光速c，并且將其應(yīng)用于引力場中時，第四章黑洞1.廣義相對論中的黑洞在廣義相對論中，時空的彎曲早已取代了引力理論中的引力概念。其中愛因斯坦廣義相對論場方程為：R式中：gμvRμvR——時空曲率標(biāo)量；Tμv對于式（25）而言，左邊的含義是借助時空度規(guī)表達(dá)時間和空間的彎曲狀態(tài)和程度，而右邊的含義是物質(zhì)質(zhì)量的分布情況。因此通過上式可知場方程將物質(zhì)分布和時間與空間的彎曲程度找到量化關(guān)系。并且這一方程還可以得出黑洞時空的解。在廣義相對論提出不就之后，史瓦西于1916年在研究中得出一個靜態(tài)球?qū)ΨQ真空解，這一解就是愛因斯坦場方程的一個靜態(tài)球?qū)ΨQ解。到后來被眾多學(xué)者運用而叫做史瓦西解：ds式（26）中，M的含義是積分常數(shù)，實際意義是星體質(zhì)量。史瓦西解具體講述了球?qū)ΨQ星體外部時空。如果式中表示的星體半徑比史瓦西半徑小時，該解又會變化為靜態(tài)球?qū)ΨQ的黑洞。正是由于存在球?qū)ΨQ星體，所以該星體的外部時空會發(fā)生彎曲情況，這種情況可見圖3（a）?？梢缘贸鎏幱趶澢鸂顟B(tài)下的真空球?qū)ΨQ時空肯定需要由史瓦西解描述，這就是Birkhoff定理，由于其唯一的特性又稱之唯一性定理?？藸栍?963年在自己的研究中得出真空狀態(tài)下場方程的一個轉(zhuǎn)動解，后來叫做克爾解。圖3（a﹚星體周圍的時空是彎曲的，可以用史瓦西時空來描述；（b﹚史瓦西黑洞內(nèi)部存在奇點，奇點不屬于時空。一個轉(zhuǎn)動的黑洞，而這個解在帶電荷情形下的推廣，稱為克爾一紐曼(Kerr-Newman)解，它描述了一個帶電的轉(zhuǎn)動黑洞。對于只有電磁場作為物質(zhì)源的愛因斯坦場方程，人們證明：漸近平坦的穩(wěn)態(tài)的不隨時間變化的黑洞解必然是克爾—紐曼解，且黑洞的幾何完全由黑洞的質(zhì)量M、角動量J和電荷Q決定。這就是所謂的黑洞唯一性定理或無毛定理。當(dāng)Q=0時，克爾一紐曼黑洞退化為克爾黑洞;當(dāng)J=0時，克爾一紐曼黑洞則退化為史瓦西黑洞。另一方而，當(dāng)J=0時，克爾-紐曼黑洞退化為帶電的球?qū)ΨQ黑洞，稱為Reissner-Nordstrom黑洞。在得出史瓦西解后不久，人們便意識到這個解存在兩個奇異性:一個在事件視界處r=2GM/c2，一個在坐標(biāo)原點處r=0。經(jīng)過多年的研究，人們發(fā)現(xiàn)在史瓦西黑洞事件視界處的奇異性與坐標(biāo)系的選取有關(guān)。當(dāng)我們選取另一個坐標(biāo)系的時候，該奇異性有可能消失。因此，在事件視界處的奇異性也被稱為坐標(biāo)奇異性。而對于原點處的奇異性，人們發(fā)現(xiàn)它是時空的內(nèi)稟性質(zhì)，也就是說不能通過坐標(biāo)系的選取消除掉，所以，在原點處的奇異性也被稱為內(nèi)稟奇異性。人們進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)，在史瓦西黑洞中內(nèi)稟奇異性的存在是愛因斯坦場方程的一個必然結(jié)果：質(zhì)量較大的球?qū)ΨQ恒星經(jīng)引力塌縮后最終的狀態(tài)就是史瓦西黑洞。如果廣義相對論正確，那么內(nèi)稟奇異性的存在就不可避免。但是，它的存在也導(dǎo)致了很多物理和數(shù)學(xué)上的問題。比如，物理方程在內(nèi)稟奇異點處失效，因此物理理論在具有內(nèi)稟奇異性的時空失去了有效性。此外，因為洛倫茲流形結(jié)構(gòu)在內(nèi)稟奇異點處無法建立，即便時空包含內(nèi)稟奇異性，時空也不再具備洛倫茲流形結(jié)構(gòu)。因此，內(nèi)稟奇異點必然要被排除在時空之外，因為我們堅持時空是一個洛倫茲流形。這樣，對于時間和空間而言，倘若其自身具備的性質(zhì)中包含內(nèi)稟奇異性，那么這種時空就是不完整的，其示意圖如圖3(b)所示。在相研究的歷史中，眾多相關(guān)學(xué)者認(rèn)為內(nèi)稟奇異性的存在的根本原因是球?qū)ΨQ的假設(shè)，因為認(rèn)為當(dāng)球?qū)ΨQ的性質(zhì)消失之后，這種性質(zhì)也會隨之消失。然而，上世紀(jì)六十年代在霍金和彭羅斯等眾多物理學(xué)家的研究中可得出對于恒星而言，如果其質(zhì)量無限大時其最終的狀態(tài)肯定會存在內(nèi)稟奇異性，所以得出星體的對稱性對內(nèi)稟奇異性的存在與否沒有影響。但是在相關(guān)的眾多研究中，正是由于存在內(nèi)稟奇異性，使得相關(guān)物理學(xué)家在進(jìn)行研究時總會進(jìn)入不舒服的研究狀態(tài)。彭羅斯于1969年提出宇宙監(jiān)督的假設(shè)，該假設(shè)的內(nèi)容就是不會存在裸露內(nèi)稟奇異點，而是在事件視界內(nèi)部，物理學(xué)定律在奇點處完全失效，但由于奇點被黑洞視界所包裹（見圖3(b)，其中內(nèi)稟奇異點被黃色的事件視界包裹），當(dāng)從視界以內(nèi)觀察時，無法對視界之外的事物產(chǎn)生影響。所以當(dāng)奇點處于視界以內(nèi)時2.黑洞的時空黑洞空間是什么樣的，它會是彎曲閉合的嗎？彎曲閉合的二維曲面是球面。彎曲閉合的四維時空超曲面很難想象，但它應(yīng)該具有彎曲閉合空間的共同性質(zhì)：有限而無界。沒有邊界，沒有內(nèi)外之分，沒有質(zhì)量中心。由此可得，施瓦氏黑洞的時空也不是彎曲閉合的。至少，它不是閉合的，它有邊界r=r一些人把我們這個正在膨脹著的宇宙說成是彎曲閉合的(故而，沒有質(zhì)心，處處均勻各向同性，沒有邊界，沒有外邊)，是一個大黑洞。讓我們認(rèn)真地分析這個問題。理論上，我們宇宙也是廣義相對論引力場方程GμV=?kT實際觀測中，宇宙微波背景輻射的溫度是單調(diào)下降的，總可以把它與時間一對一地聯(lián)系起來，于是，我們宇宙的時間可以與空間分開來討論。由宇宙物質(zhì)密度可以證明我們所處的宇宙空間是平直的。并且從近年來的相關(guān)研究更加徹底的證明我們所處的宇宙空間是平直性。美國科學(xué)家馬瑟(JohnC.Mather)和斯穆特(GeorgeF.Smoot)為此獲得了2006年的諾貝爾物理獎。結(jié)論是，無論從理淪上，還是在實際觀測中，黑洞的時空都不是彎曲閉合的。第五章研究黑洞的意義由黑洞的相關(guān)研究和理論可以，黑洞對于得出宇宙的產(chǎn)生方式和產(chǎn)生時間有重要的作用，倘若能夠揭示宇宙的產(chǎn)生，那么肯定能夠揭示地球和生物的產(chǎn)生方式。并且另外的現(xiàn)實意義就是通過黑洞分析宇宙的產(chǎn)生與大爆炸是否有關(guān)；在星系演化的過程中，壯觀噴流能否對其產(chǎn)生影響以及如何產(chǎn)生影響；而且分析黑洞可以得出地球上的生物的生存發(fā)展是否受到其影響，倘若真的會產(chǎn)生負(fù)面影響，為了生物的生存與發(fā)展該如何更好的避免和減少這種負(fù)面影響。在牛頓的經(jīng)典力學(xué)中是沒有黑洞這個概念的，黑洞是愛因斯坦廣義相對論的一個預(yù)言。黑洞的存在為愛因斯坦廣義相對論的證明提供了一個證