旋转黑洞的外部时空

1915年，在爱因斯坦提出完整广义相对论的两个月后，一位名叫卡尔·史瓦西的年轻德国物理学家求出了它的第一个解。史瓦西解描述了围绕球对称质量的时空弯曲，如果该质量被充分压缩，该解将预测一个球面的事件视界，在其内部时空以光速向内流动。总而言之，它预测了空间中不可避免的结构，我们现在称之为黑洞。

从那以后，我们对宇宙的观测告诉我们，黑洞是真实存在的。我们已经看到了它们合并产生的引力波，我们目睹了遥远类星体发出的光，我们甚至用事件视界望远镜拍摄了黑洞的图像。但史瓦西解并没有很好地描述这些真实的黑洞，因为史瓦西黑洞没有自转，而真实的天体物理黑洞都在旋转。

根据黑洞无毛定理，可以用三个参数来描述黑洞：质量、电荷和自旋。每个黑洞都必须具有质量，将大质量压缩到小区域是它成为黑洞的首要原因。我们所知道的黑洞并没有电荷，但基本上所有真正的黑洞都会旋转。黑洞的旋转来自于形成它的所有物质的角动量，这包括坍缩的核心的角动量和被吸入黑洞物体的角动量。

尽管自旋在黑洞中很重要，但在爱因斯坦场方程之后的半个世纪才得出了旋转解。1963，罗伊·克尔提出了克尔解，它描述了一个有质量有旋转但没有电荷的黑洞，它可以用来描述任何靠近或在克尔黑洞内部移动物体的轨迹。今天，我们主要来讲讲旋转黑洞对外部时空的影响。

旋转黑洞周围的空间流动被称为参考系拖拽，我们可以在任何旋转质量周围看到它。在参考系拖拽中，任何“自由落体”轨迹都被拖动到物体旋转的方向上。美国宇航局的引力探测器B测量了地球的参考系拖拽，这与爱因斯坦理论预测完全一致。地球的参考系拖拽非常微弱，但在克尔黑洞的情况下，时空的这种圆形拖动效果非常显著。