黑洞对粒子的加速：运动学解释

本文对黑洞将粒子加速至质心系无穷大能量这一效应提出了一种新的简单而普适的解释。该解释基于粒子在视界附近运动的运动学。当两类粒子在视界附近碰撞时，此效应便会出现。对于有质量粒子，第一类代表具有一般能量和角动量的粒子（我称之为“普通”粒子）。在视界附近，此类粒子在与黑洞共转的参考系（若黑洞为静态，则该系为静态）中的速度几乎等于光速。第二类（称为“临界”粒子）由那些由于能量与角动量（或电荷）之间存在特殊关系而在视界附近速度 v<c 的粒子组成。结果，相对速度趋近于光速 c，洛伦兹因子无限增长。这一解释既适用于一般的旋转黑洞，也适用于带电黑洞（甚至适用于粒子的径向运动）。若碰撞粒子之一为无质量粒子（光子），则临界粒子的特征在于其频率在视界附近是有限的。该效应的存在（或不存在）取决于两个因素的竞争——光子向黑洞传播时的引力蓝移，以及从局域非旋转系变换到共动系时的多普勒效应。本文提出了所有可能碰撞类型的分类，依据是有质量或无质量粒子是临界的还是普通的。