廣義相對論(入門)

事件視界(event horizon)

想像空間中有一道邊界,是一扇完美的單向門。朝內跨過它,你就永遠回不來了,任何訊號、任何一道光、任何求救的呼喊,也永遠爬不回外面去告訴外界你的下場。那個表面就是事件視界,黑洞的決定性特徵。它不是牆,也不是由任何東西構成的表面;它是空無一物的空間中的一個地方,越過它之後,未來就只通向內部。

對一個不自轉的黑洞,視界坐落在史瓦西半徑,r = r_s = 2 G M / c^2。以幾何的話說,它是一個類光(null)面:它由那些恰在該半徑上永遠懸停、既逃不出去也掉不進來的光線描出。在它內部,r 與 t 座標的角色實際上互換,使得朝向更小的 r 移動,變得就像我們朝時間前方移動一樣不可避免,這正是為什麼一旦進入其中,中心的奇異點就變得無可迴避。

最重要也最反直覺的一點是:視界在局部並不特殊。一個掉進去的太空人在跨越它時毫無異樣的感覺,這與等效原理完全一致,因為那裡的時空在局部是平滑而毫不起眼的。是遠處的觀察者才看到怪事:掉入的光被無止境地紅移,而墜落者看似減速並凍結在視界上,他的影像永遠淡去,而不是真的停下來。視界是時空的一個整體特徵,由訊號最終能到達之處所定義,而不是一個你能感覺到的局部地標。

如果你看著一位朋友朝黑洞墜落,他的時鐘在你眼中會越走越慢、他的光越來越紅,因此你其實永遠看不到他跨越視界;而他自己,卻會在有限而毫不起眼的自身時間內,順順地穿越過去。

兩種視角:墜落者平順地穿越;遠方的觀看者看到一個凍結、漸紅的影像。

大黑洞的視界上並沒有任何物理上戲劇性的標記;那裡的潮汐力可以很溫和。凍結與無窮紅移是外部觀察者所見的效應,而非墜入者的親身經歷。跨越視界是關於時空的整體事實,並非一個可在局部偵測到的事件。

又稱
horizon視界事件地平線