我们能够看到宇航员进入黑洞吗？ _小知识

今年是广义相对论建立100周年，爱因斯坦是本人心目中最最最伟大的科学家，所以不写点什么总觉得混不过去。但是本人没有研究过广义相对论的历史，而且在广义相对论研究方面也还没有入门（可以说还没有学会），所以就凑合着写了这篇短文向伟大的爱因斯坦先生致敬吧！
引用参考文献是学术研究的标准手段。一般原则是，除非是写入教科书的“常识” ，文章里面的任何一个带有学术观点和学术结果的一句话都需要标注参考文献。
但是有时候，即使写入了教科书的“常识”也可能是有问题的，也需要找到原始文献进行核对。因为有可能是最开始的时候引错了，但是大家懒得看原始文献或者原始文献很难找，后来就一直以讹传讹下去了。
我这里写的就是一个我个人的经历，而且查看一篇参考文献竟然历时好几年。
Birkhoff定理
广义相对论里面有一个非常重要的结果，就是Birkhoff定理。实际上，很多广义相对论的计算都是从Birkhoff定理出发，而不是直接求解非常复杂的广义相对论场方程，比如最常见的光线的引力弯曲也就是引力透镜效应的计算。

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最常见的Birkhoff定理的表述可以在现在使用最广的广义相对论的经典著作《Gravitation》里面找到，这本书在圈内被称为“大黑书”或者“圣经”或者“MTW” ，因为封面是黑的，内容涉及了广义相对论的几乎所有理论和应用（全书大约一千页），三个作者Misner、Thorne（电影星际穿越的科学顾问索恩）和Wheeler是广义相对论研究的大权威。

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“大黑书”对Birkhoff定理的表述如下图

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最后一句话称为Birkhoff定理的标准表述：任何球对称的真空区域的几何都是史瓦西几何。
由于上面的史瓦西度规里面的“M”定义为半径“r”以内的总质量，因此Birkhoff定理又常常被表述为：任何球对称的真空区域的几何不受外部物质的影响而只由该半径以内的总质量所决定。
由于这个表述和牛顿引力的情况完全一致，使用起来又非常方便，这就成了大量的广义相对论的应用的基础，比如前面说的引力透镜效应的计算。
能够看到宇航员进入黑洞吗？
但是2009年我当时的学生刘元和我在重新计算物质向黑洞下落这个经典问题的时候发现上面的后一种表述是错误的：外部的物质（就是下落的物质）不但影响内部的度规（就是下落物质和黑洞之间的度规），而且其运动直接影响黑洞的视界的性质，而这正是外部观测者能够“看到”宇航员进入黑洞的原因。

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我们的结论和学术界（包括奥本海默、霍金和索恩等大牛们）所一直坚持的外部观测者不能“看到”宇航员进入黑洞，而只能看到宇航员被“冻结”在视界外面（也就是所谓的“冻结星疑难”）截然不同。
先看看大黑书的说法：外部观测者看到库波被“冻结”在黑洞的视界外面，永远不能进去，但是随动观测者库波自己进去了。