引言

说起黑洞，相信对于自然科学感兴趣的人都不陌生。它是广义相对论的必然结果。当一颗质量达到奥本海默极限的大质量恒星演化到末期时，它内部的核聚变停止，经过超新星爆发后，它的氢聚变时残留下来的残渣被抛洒出去。留下一个致密的核。当支撑夸克简并态的强核力都无法抗衡它自身的引力压缩时，这颗残留下来的恒星核最终会坍缩成一个无限致密的点，这个点拥有一系列的奇异性。它的密度无限大，体积无限小，质量却非常非常大，时空曲率无限弯曲为负，你没看错，这个点附近的时空具有负数性质。在这个点四面形成一个视界包裹着它，连传播速度最快的光经过这个视界范围时都会被它的强大引力困住。这个视界被称为事件视界。至此一颗黑洞完美形成。

史瓦西黑洞

这类黑洞是最简单的黑洞。1916年由卡尔史瓦西从引力场方程中求得的一个解。这也是广义相对论的第一个严格意思的精确解，史瓦西解满足一切球坐标对称黑洞的描述。只要这个物体的半径满足史瓦西度规，它就可以坍缩成一个史瓦西黑洞，只有质量，不带电荷，不具备角动量（不会旋转）。它就是由一个事件视界包裹着里面无限小的奇点。假设有一个人靠近黑洞，对于远处观测者来说，这个人越是接近黑洞，他的运动速度越慢，最直观的感觉就是从这个人处发出的光无限红～移，当这个人到达黑洞的事件视界时，他将完全静止在事件视界。不过对于这个人自己来说，他已经在有限的时间内穿过了事件视界，被黑洞吸进去了。由于他的头部与脚感受到的黑洞引力强度不同，他的身体将会被拉伸的非常细长，类似面条一样，专业术语称这一过程叫意大利面化，最后直至这个人的身体被拉断，分解成一个个基本粒子，与中心奇点融为一体，成为史瓦西黑洞的一部分质量。不过由于这种严格球坐标对称黑洞过于理想化，或许宇宙中并不存在。至少说形成它的条件过于苛刻，形成这种黑洞的概率几乎可以忽略。

R-N黑洞

R-N黑洞的物理性质要比史瓦西黑洞复杂一点，拥有质量，携带电荷，不具备角动量（不会旋转）。史瓦西黑洞只有一个无限红移面和一个视界，但RN黑洞有两个视界（外视界与内视界）。由于不转动所以它们也是球对称的，都有一个奇点。

一般RN黑洞的内外视界保持着一定距离，但如果RN黑洞带电过多它的内视界就会变大。当电荷数大到一定程度时内外视界就会重合（荷质比失衡），变成极端RN黑洞最终使奇点暴露出来，也就是所谓的裸奇点。不过如果奇点暴露出来会对周围时空释放不确定的信息造成因果律破坏，这对于我们这个宇宙来说是很危险的一种极端事件。所以天体物理学上是不允许裸奇点的出现，详情请见罗杰彭罗斯的宇宙监督法则。这里不做过多赘述。RN黑洞的数学解由 赖斯纳与努德斯特伦在1916年到1921求得。

克尔黑洞

克尔黑洞的属性也比史瓦西黑洞复杂一些。拥有质量，不携带电荷，具备角动量（会旋转）。由于恒星都具备角动量，且角动量守恒，所以恒星在坍缩成黑洞过程中，理所当然的应该保留前恒星的角动量。所以一颗现实世界中的黑洞应该都会高速旋转。由于高速旋转，克尔黑洞不再像史瓦西黑洞那样整体的球对称，它的旋转速度越快。整体的形状越接近扁平。克尔黑洞的中心也不再是奇点，在高速旋转过程中！奇点会被拉伸成一个闭合的线圈（一个无限致密的奇环）。假设一颗克尔黑洞的角动量过于大（旋转速度过快），也会摧毁它的事件视界（角质比失衡），使它中心的奇环暴露出来，形成一个裸奇环，但是罗杰彭罗斯的宇宙监督法则同样也适用于克尔黑洞。就像RN黑洞一样不允许裸露出裸奇点一样。克尔黑洞在宇宙监督法则下同样也不允许它暴露出中心的裸奇环。因为这会严重破坏我们这个宇宙的因果性。其后果非常严重的不可预料。

克尔黑洞也有两层事件视界，它的最外层是一层无限红移面，在此处光的波长被无限拉长。里面就是能层，理论上智能生命的宇宙飞船可以进入能层区提取黑洞的能量，而保持不被吸进去。能层再往里面就是单向膜区，单向膜区是一个时空互换的区域。在我们正常时空中，空间是三维的，具有三个方向，时间是一维的，时间之剪永远只有一个方向（永远向前流逝）。但是在黑洞的单向膜区，空间的一个维度转换给了时间，在此处你可以看到自己所有的过去，但是你在此处的时间轴上最后不可避免的坠向奇环。因为时间多出来的一维由空间转换，所以你一旦进入单向膜区，空间方向上你有去无回，再也无法逃脱黑洞的束缚。单向膜区再往里一层就是克尔黑洞的内事件视界，由于内事件视界已经非常接近中心奇环，所以此区域内引力已经接近于无限大，理论上任何物质包括人体在内都会在此区域内被强大的引力撕碎成一个个基本粒子。但是内事件视界往里就是克尔黑洞的中心区域，一个无限致密的时空奇环。它的另一边紧挨着一个正常时空区域，人要是坠落到这个区域内你会感觉非常的诡异。理论上这个