好久不见,我去忙我的期末考试来。
电影《星际穿越》中有这么一个片段,主角库伯一行人去往黑洞附近的一个星球,在星球上待了几个小时,但当他们回到飞船时(飞船远离黑洞,也远离这个星球),发现飞船上的同伴已经两鬓斑白,对于这个飞船上的同伴来说,时间已经过去了很多年。
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也就是引力影响了时间的流速,在引力强大的黑洞附近,这一点尤其明显。我们下面从公式上看看这一点是怎么回事,考虑一个质量为M的普普通通施瓦西黑洞(也就是黑洞不自转,也不带电)附近时空的线元为(采用自然单位制)
离黑洞中心r处静止的一个人(叫他小白)感受到的时间记为τ,这个τ也就是这个人手上戴的手表的读数,满足
这个t是离黑洞非常非常远的一个人(叫他小黑)手上戴的手表的读数。
根据上面的公式,小黑的手表如果“嘀嗒”走过1秒,也就是dt=1s,那么小白的手表读数只变化了
小白离地黑洞越近(r越小),这种时间差异就越大。假设小白位于r=6M的地方(这里也是施瓦西黑洞的最内稳定圆轨道的半径),那么当小黑度过1s,小白度过了
这个值好像没有大得出乎意料,我们下面再考虑一个在最小稳定圆轨道上转动的一颗星球,看看这颗星球上的时间流速怎么样(因为运动也会造成时间膨胀,希望膨胀效果比上面的式子更明显,我现在一边打字一边拿着纸笔在现场算),圆轨道上的星球满足的测地线方程为
现在小白登陆这颗星球,当离星球和黑洞很远的小黑手表读数经过1秒,小白的手表读数经过了0.707秒。当小黑感觉时间过了1年,在星球上的小白只感觉过了0.707×365天=258天,小白只感觉过了差不多八个多月。这个时间膨胀包含了引力引起的时间膨胀和运动(星球在绕黑洞旋转)造成的时间膨胀。
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但这个数值差异感觉还不够明显,不够让人兴奋,可能考虑旋转的黑洞会更好,那就需要考虑克尔黑洞而不是施瓦西黑洞了,以后再算。
本文到这结束了,祝大家假期愉快!!!