[论文解读] Might black holes reveal their inner secrets?

Ted Jacobson, Thomas P. Sotiriou|arXiv (Cornell University)|Jun 9, 2010

Cosmology and Gravitation Theories参考文献 16被引用 4

一句话总结

本文研究了黑洞是否可能通过极端角动量或电荷注入违反宇宙审查，从而暴露其奇点。在Kerr–Newman时空中的测试体近似下，研究发现：若忽略自力和辐射效应，则超自旋或超电荷在运动学上是可能的；但这些效应可能阻止此类违反行为，从而维持宇宙审查。

ABSTRACT

Black holes harbor a spacetime singularity of infinite curvature, where classical spacetime physics breaks down, and current theory cannot predict what will happen. However, the singularity is invisible from the outside because strong gravity traps all signals, even light, behind an event horizon. In this essay we discuss whether it might be possible to destroy the horizon, if a body is tossed into the black hole so as to make it spin faster and/or have more charge than a certain limit. It turns out that one could expose a "naked" singularity if effects of the body's own gravity can be neglected. We suspect however that such neglect is unjustified.

研究动机与目标

• 评估黑洞是否可通过极端角动量或电荷注入违反宇宙审查，从而暴露其奇点。
• 检验测试体近似是否允许极端Kerr–Newman黑洞发生超自旋或超电荷。
• 评估被忽略的物理效应（如引力辐射和自力）在防止裸奇点形成中的作用。
• 探究思想实验无法违反宇宙审查是否源于物理限制而非数学缺陷。
• 识别自力和辐射效应可能在测试宇宙审查时变得关键的动力学区域。

提出的方法

• 分析具有高角动量或电荷的测试体在极端Kerr–Newman黑洞时空中的径向和轨道运动。
• 使用Reissner–Nordström和Kerr–Newman度规中的测地线方程，模拟粒子在视界附近的轨迹。
• 应用能量和角动量平衡条件，确定实现超自旋或超电荷所需的精细调节。
• 通过比较径向转折点与视界半径评估尺寸约束，表明转折点可任意接近视界。
• 评估引力波辐射和自力效应在可能破坏超自旋条件中的作用。
• 考虑旋转体在靠近视界时对视界产生的潮汐效应，评估其对可行性的影响。

实验结果

研究问题

• RQ1 具有足够角动量或电荷的测试体是否能导致极端黑洞发生超自旋或超电荷，从而暴露其奇点？
• RQ2 自力或引力辐射效应是否使超自旋或超电荷的运动学可能性失效？
• RQ3 视界潮汐形变在阻止旋转或带电体注入中的作用是什么？
• RQ4 能量和角动量的精细调节要求如何影响此类思想实验的可行性？
• RQ5 先前尝试违反宇宙审查的失败是否源于物理限制而非数学不完备性？

主要发现

• 若能量和角动量均约为ε，且角动量精确调节至所需值的ε²范围内，则超自旋或超电荷在运动学上是可能的。
• 径向运动的内转折点可任意接近视界，满足 r_inner - 1 ≲ √(δE/2) ≪ 1，表明粒子必须极其接近视界。
• 对于极端黑洞，到视界的固有距离为无穷大，因此转折点的尺寸约束并非限制因素。
• 引力辐射和自力效应可能破坏实现超自旋所必需的微妙平衡，尤其在轨道情形中角动量会辐射损失。
• 电磁自力效应可能阻止超电荷，如Hubeny早期工作所建议，但尚未得到确证。
• 物体引力场引起的潮汐效应可能使初始构型在物理上不可实现，尤其对靠近视界下放的旋转体而言。