黑洞内部的时空结构( 三 ) _黑洞

RN度规和克尔度规
通过前面对史瓦西度规的了解，我们发现原来黑洞的视界就出现在度规的某个分量为零或者发散的地方。依照这个经验，识别其他类型黑洞的视界，自然也可以手到擒来。仅带电，不自转的RN度规是这样的：

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其中

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确定视界的位置非常简单，只需要解个小方程

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就得到

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这就是RN黑洞的内外两个视界。

当r＜r＜r时，也就是两层视界之间的部分，g＞0，g＜0，就出现了空间维r变成单向维度的情形。而在r＜r的区域， g＜0 ， g＞0，时间维和空间维重新回到普通的样子。

能够坚持读到这里的读者，估计此时会产生一种幻觉——什么神秘兮兮的时空弯曲，原来也就不过如此嘛！好吧，那让我们再来看看不带电，仅带有自转角动量J的克尔度规。

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其中

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显然，这个度规所刻画的时空结构远比史瓦西度规和RN度规复杂得多，所以也经历了更长的时间才被计算出来。史瓦西度规早在1915年就被发现，RN度规也在1916~1918年间被发现，而克尔度规的精确解却要等到1963年。

克尔度规不仅复杂而且重要，因为宇宙中的天体都或多或少具有自转角动量，只有克尔度规才能更准确地反映这些天体的运动和演化。相较而言，史瓦西度规和RN度规就显得过于简化，甚至遗漏掉了许多真实宇宙中的有趣内容。
转动的黑洞可以发电
在史瓦西度规和RN度规中，g=0的位置恰好也是g→∞的位置，于是这个位置就顺理成章地被定义为黑洞的视界。可是在克尔度规中，满足这两个条件的位置不再重合。

解g=0这个方程得到

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解这个方程得到

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这两组解对应四个界面，应该把哪些定义成视界呢？

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回忆前面对冒险者旅程的描述，我们可以总结出两条结论：

当冒险者悬停在空间某一位置时，他的时间流逝速度在远处观者看来正比于，当g=0时，远处观者所看到的冒险者就彻底静止了。
在g＜0的地方，空间维r变成了像时间维t一样的单向维度，冒险者无法悬停在空间一点，必须沿r方向持续单向运动。

这两条对所有时空都是普适的，也可以用来考察克尔度规。

如果让冒险者前往一个克尔黑洞，当他到达r位置的时候，在远处的我们看来，他就已经静止了，但其实他自己还能继续向前，而且即使进入了r＜r的区域，理论上仍然存在逃离的可能性。只有他进入r＜r的区域后，才真正被黑洞捕获，被不可逆转的拖向r位置。

所以r才是黑洞的事件视界，而r的位置被命名为静止面，也叫无限红移面，在这个位置以降的地方所发出的光，都无法将能量携带到远方。细心的读者也许会问，连光都无法逃离的地方，冒险者又如何能逃离呢？这就跟r至r之间这片区域的特殊几何特性有关了。

在这个区域，g＞0且g＞0，似乎时间维和r维度都变成了“空间维度”，为了让冒险者拥有实数的时间τ，必须在线元表达式里找到一个负数的贡献。

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就成了唯一可指望的贡献来源。可见，在r至r间的区域内，是一个无法停止永远单向变化的维度。这就是自转的黑洞对周围的空间所产生的极端拖拽效应。

这片时刻转动着的时空被称为能层，因为其中蕴含着一种特殊的能量，进入这个区域的的冒险者可以逆着转动方向抛出一个有质量的物体，自己就可以获得许多能量，继而利用这些能量来逃离出静止面。这个丢车保帅获取能量的做法叫作“彭罗斯过程”（Penrose process），是彭罗斯在1969年发现的。