但是已经没有时间让我考虑自己的命运了。圆圈在迅速缩小——我们被旋涡疯狂地
抓住了,大海在翻腾,暴风在呼啸,我们的船在颤抖——一啊,上帝,它还在—…·下
沉!
——德加·爱伦·坡《瓶子里发现的手稿》
转动黑洞与人们熟悉的涡流现象很有些相似,从浴缸里的水流入底部的孔时形成的
涡流,到海洋的水流形成的巨大涡流,例如埃德加·爱伦·坡在他的《奇遇记》中描绘
的神话般的挪威海大旋涡,甚至由儒勒·凡尔纳(Jules Verne)在他的《绿光》一书
中提到的苏格兰赫布里底群岛的巨大冰坑(也不要忘记,在《海底两万俚》一书的结尾,
儒勒·凡尔纳让潜水艇“鹦鹉螺”号消失在一个海底深渊里)。
旋涡里水的螺旋运动可以分解为圆周运动和朝中心的下落两个部分。圆周运动只有
一个与到旋涡中心距离的平方根成反比的切向速度,下落运动则只有一个远小于切向速
度并与到中心的距离成反比的径向速度。
现在设想有一只机器船冒险驶入旋涡(图35)。船在静水中的最大速度为20公里/
小时。在远离旋涡时船显然没有任何困难来克服水的运动的影响,船可以朝任何方向行
驶,可以趋近或远离旋涡,可以逆着水流航行,也可以不用抛锚而停在一个固定位置。
如果驾驶员决定朝向旋涡行驶,那么终将出现这样一种情况,即在与中心的某一距
离上,水的圆周运动速度等于船的最大航速即20公里/小时。在这个临界距离以内,即
使船开足马力,也不能保持在一个固定位置上,而是被迫沿着旋涡的旋转方向运动。更
准确地说,原先能自由地朝任何方向行驶的船,现在被限制在一个张角以内的范围,这
个角由从船的位置射出并与其前方的“航行圈”相切的两条直线组成。这时的船虽然被
环向水流拖曳,但仍能沿一条适当的轨道偏转,向外旋出,脱离旋涡。
如果这条船仍向内行驶,离旋涡中心太近,以至于水流的径向速度也达到了20公里
/小时(环向速度已远大于此),致命的时刻就来到了。航行圈直接落入了旋涡口,正
如埃德加·爱伦·坡所写的:“船一被旋涡抓住,就被无可挽回地吸到水底,并被辗成
碎片。”
转动黑洞周围的克尔几何也像一个大旋涡,旋涡的中心就是黑洞。被引力弯曲的时
空也以涡流的方式流动,正像被旋涡卷动的水面。与水里的船类似的,可以是一只飞船,
或是任何物质粒子,其最大的允许速度是光速。如图36所示,一个给定点上的航行圈就
是标明允许轨道的光锥的空间投影。
光锥不仅朝引力中心倾斜,而且被沿黑洞转动的方向拖曳。这种螺线式运动在所谓
静止界限以内是不可抗拒的。在这个区域,光的航行圈,即光锥的投影,与其发射点分
离,并向前移动,于是飞船就不可能相对于一个固定参考系(例如远处的恒星)保持静
止,即使它是以光速航行。
更靠近黑洞中心,还有第二个临界面。在那里光锥向内倾斜得很严重,以至于任何
东西都不能再进出来,这就是视界,它才是克尔黑洞的真正边界。
视界是在静止界眼里面,H者只在两极处相切。克尔黑洞的这两个特征面各有自己
的作用。在静止界限上,时间被“冻结”,辐射被无限地红移,但只是在视界上物质才
被完全囚禁(史瓦西黑洞的视界一身兼具这两种性质)。
这两个面之间的时空区域称为能层,这个名称是由约翰·惠勒由希腊文的“功”一
词派生出来的,因为在理论上可以利用这个区域的独特性质来提取黑洞的转动能量。第
13竟将再谈到这个惊人的设想。