라이스너–노르드스트룀 블랙홀
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1. 개요
라이스너-노르드스트룀 블랙홀은 각운동량은 없지만 전하를 가진 블랙홀이다. 질량, 각운동량, 전하 세 가지 변수로 특정되는 블랙홀의 네 가지 유형 중 하나이며, 1918년 한스 라이스너와 군나르 노르드스트룀이 일반 상대성 이론을 풀어 전하를 띤 점질량의 중력장에 대한 해를 구하면서 발견되었다.
블랙홀은 무모발 정리에 따라 세 가지 기본적인 물리량, 즉 질량(''M''), 각운동량(''J''), 전하(''Q'')만으로 완전히 기술될 수 있다.[1] 이 세 가지 매개변수의 값 조합에 따라 아인슈타인 방정식의 해로서 다음과 같은 네 가지 종류의 블랙홀이 정의된다. 블랙홀의 질량 ''M''은 0보다 커야 하며, 각운동량 ''J''와 전하 ''Q''의 유무에 따라 해의 복잡성이 달라진다.
2. 종류
이 중에서 라이스너-노르드스트룀 블랙홀과 커-뉴먼 블랙홀은 전하를 띤 블랙홀에 해당한다.[1]
2. 1. 슈바르츠실트 블랙홀
슈바르츠실트 블랙홀은 블랙홀을 특징짓는 세 가지 양인 질량(''M''), 각운동량(''J''), 전하(''Q'') 중에서[1] 각운동량과 전하가 모두 없는, 즉 ''J'' = 0 이고 ''Q'' = 0 인 가장 기본적인 형태의 블랙홀이다.[1] 이는 아인슈타인 방정식의 해 중 하나로, 전하와 각운동량이 없는 점질량에 대한 해이며, 카를 슈바르츠실트가 발견한 슈바르츠실트 계량으로 기술된다. 슈바르츠실트의 발견은 한스 라이스너와 군나르 노르드스트룀이 전하를 띤 블랙홀에 대한 해를 찾기 이전에 이루어졌다.
2. 2. 커 블랙홀
커 블랙홀은 일반 상대성 이론에서 예측되는 블랙홀의 한 종류로, 각운동량(J)은 가지고 있지만 전하(Q)는 없는(Q = 0) 블랙홀을 말한다.[1] 무모발 정리에 따르면 블랙홀은 질량(M), 각운동량(J), 전하(Q)라는 세 가지 물리량으로 완전히 기술될 수 있다.[1]
아인슈타인 방정식의 해로서 가능한 네 가지 블랙홀 유형은 다음과 같이 분류된다.
| 블랙홀 유형 | 설명 | 제약 조건 | |
|---|---|---|---|
| 슈바르츠실트 | 각운동량이 없고 전하가 없음 | J = 0 | Q = 0 |
| 커 | 각운동량이 있지만 전하가 없음 | Q = 0 | |
| 라이스너-노르드스트룀 | 각운동량은 없지만 전하가 있음 | J = 0 | |
| 커-뉴먼 | 각운동량과 전하가 모두 있음 |
위 표에서 볼 수 있듯이, 커 블랙홀은 회전하지만 전하는 띠지 않는 블랙홀에 해당한다. 이는 각운동량과 전하를 모두 가지는 커-뉴먼 블랙홀에서 전하(Q)가 0인 특수한 경우로 볼 수 있다.[1]
2. 3. 라이스너-노르드스트룀 블랙홀
라이스너-노르드스트룀 블랙홀은 각운동량(''J'')은 없지만 전하(''Q'')를 가진 블랙홀이다.[1] 이는 커-뉴먼 블랙홀(스핀 있음)과 함께 전하를 띤 블랙홀의 두 가지 유형 중 하나이다.무모발 정리에 따르면, 블랙홀은 세 가지 물리량, 즉 질량( ''M'' ), 각운동량( ''J'' ), 전하( ''Q'' )만으로 완전히 기술될 수 있다.[1] 라이스너-노르드스트룀 블랙홀은 이 중 각운동량 ''J''가 0인 경우에 해당한다.
전하를 띤 블랙홀은 알베르트 아인슈타인의 중력 이론인 일반 상대성 이론을 풀어 발견된 네 가지 가능한 블랙홀 유형 중 두 가지이다. 블랙홀 근처의 공간 모양과 전기장 및 자기장에 대한 수학적 해는 이를 처음 연구한 사람들의 이름을 따서 명명되었다. 네 가지 블랙홀 유형은 다음과 같이 분류된다.
| 블랙홀 유형 | 설명 | 제약 조건 | |
|---|---|---|---|
| 슈바르츠실트 블랙홀 | 각운동량이 없고 전하가 없음 | J = 0 | Q = 0 |
| 커 블랙홀 | 각운동량이 있지만 전하가 없음 | Q = 0 | |
| 라이스너-노르드스트룀 블랙홀 | 각운동량은 없지만 전하가 있음 | J = 0 | |
| 커-뉴먼 블랙홀 | 각운동량과 전하가 모두 있음 |
아인슈타인 방정식에서 각운동량이 없고 전하를 띤 점질량의 중력장에 대한 해는 1918년 한스 라이스너와 군나르 노르드스트룀에 의해 구해졌다. 이는 카를 슈바르츠실트가 전하와 각운동량이 없는 점질량에 대한 해인 슈바르츠실트 계량을 발견한 직후였다.
이 블랙홀에 대한 수학적 설명은 라이스너-노르드스트룀 계량 문서에서 더 자세히 다룬다.[1]
2. 4. 커-뉴먼 블랙홀
커-뉴먼 블랙홀은 각운동량(스핀)과 전하를 모두 가진 블랙홀 유형이다.[1] 블랙홀은 일반적으로 세 가지 물리량, 즉 질량(''M''), 각운동량(''J''), 전하(''Q'')로 완전히 기술될 수 있다.[1]일반 상대성 이론의 아인슈타인 방정식을 풀어 얻을 수 있는 네 가지 블랙홀 해 중에서, 커-뉴먼 블랙홀은 각운동량 ''J''와 전하 ''Q''가 모두 0이 아닌 가장 일반적인 경우에 해당한다. 다른 세 가지 유형의 블랙홀(슈바르츠실트 블랙홀, 커 블랙홀, 라이스너-노르드스트룀 블랙홀)은 커-뉴먼 블랙홀에서 ''J'' 또는 ''Q''가 0인 특수한 경우로 볼 수 있다.
네 가지 블랙홀 유형은 다음과 같이 분류할 수 있다.
| 블랙홀 유형 | 설명 | 제약 조건 | |
|---|---|---|---|
| 슈바르츠실트 블랙홀 | 각운동량이 없고 전하가 없음 | J = 0 | Q = 0 |
| 커 블랙홀 | 각운동량이 있지만 전하가 없음 | Q = 0 | |
| 라이스너-노르드스트룀 블랙홀 | 각운동량은 없지만 전하가 있음 | J = 0 | |
| 커-뉴먼 블랙홀 | 각운동량과 전하가 모두 있음 | ||
라이스너-노르드스트룀 블랙홀이라는 명칭은 아인슈타인 방정식의 해 중 하나인 전하를 띤 점질량(각운동량 0)의 중력장에 대한 해를 1918년에 발견한 한스 라이스너와 군나르 노르드스트룀의 이름을 따서 붙여졌다. 이는 카를 슈바르츠실트가 전하와 각운동량이 없는 점질량에 대한 해인 슈바르츠실트 계량을 발견한 지 얼마 되지 않은 시점이었다.
커-뉴먼 블랙홀 해는 알려진 블랙홀 해 중에서 가장 일반적인 형태이다.
3. 이름의 유래
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