Чи справді чорні діри - це особливості?


9

Не можуть чорні діри просто бути супер щільними предметами? Вони все ще можуть бути чорними (маючи колір чорного ніколи насправді не вимагає спеціальної фізики, зрештою) і мати дійсно сильне гравітаційне поле. Якщо ми підозрюємо, що він насправді поглинає світло за рахунок своєї сили тяжіння, то можливо, що сила тяжіння є достатньо сильною для захоплення світла, не даючи випромінюватись, коли матерія потрапляє в цей об’єкт.

Мені просто важко визнати, що з нескінченно великою властивістю може існувати будь-що, оскільки це призведе до нескінченно великої маси, що призведе до нескінченно великих сил ... що просто знищить Всесвіт нескінченно швидко, чи не так? Тому я думаю, що надмасивний об’єкт може бути так само добре, як і не бути сингулярністю.


3
Сингулярність - це якраз там, де наші закони сили тяжіння та простору-часу руйнуються, вона має нескінченний потенціал, тому що її не можна врахувати за нашими чинними правилами, а не тому, що вона якось зібрала всю матерію у Всесвіті і стала нескінченно щільною.
декан

@Dean правильно. З нашою нинішньою математикою особливості неможливі. Рівняння, які ми маємо, показують, що якби вони існували, їх вплив би розширювався нескінченно. Єдина проблема полягає в тому, що ще ніхто не визначив межі між класичною фізикою та квантовою фізикою. Вони, схоже, зараз абсолютно окремі і чіткі. Математика не надумала погодитись, як може існувати сингулярність, не впливаючи на все інше у Всесвіті.
SDsolar

@Dean Так, моя первісна ідея полягала в тому, що явища чорної діри можна пояснити без особливих особливостей. Світло не може уникнути своєї сили тяжіння, і що? Схоже, фотони можуть бути захоплені досить потужним гравітаційним полем. Може, ми могли б знайти порогове значення, впевнене, що це величезна кількість, але чому воно повинно бути нескінченним?
stevie

Відповіді:


4

Ця відповідь певною мірою ґрунтується на думці. Я поділяю ваш скептицизм щодо існування суворої математичної особливості, як передбачає загальна відносність. Це головним чином, тому що припущення про сувору сингулярність ігнорує квантову теорію. Один із підходів до подолання сингулярності - це Gravastar . Споріднена зірка Планка . Обидва підходи намагаються подолати парадокси поблизу сингулярності. Зрештою, повну відповідь могла б дати квантова гравітація, яка ще не визначається .

Ще одна складність для «справжніх» чорних дір - це обертання. Рішення Шварцшильда не слід очікувати в реальних чорних дірах.

Натомість рішення Керра (або може бути метрикою Керра-Ньюмена ) наблизиться до реальних астрономічних об'єктів, отже, включивши принаймні обертання і може бути деякий залишковий електричний заряд.

Частина без маси, що подорожує зі швидкістю світла, призводить до невизначеної енергії відповідно до Особливої ​​відносності. Природа відкриває фізику, присвячену безмасштабним частинкам, дозволяючи їм забирати будь-яку енергію для вирішення цього невизначеного діапазону. Аналогічним чином природа може відкрити новий вид фізики всередині чорних дір, щоб вирішити парадокс між загальною відносністю та квантовою теорією.


Дякую, @Gerald, Gravastars на допомогу! Тільки те, що мені було потрібно. Нарешті, деякі теоретики, яким не комфортно нескінченно противні предмети, що населяють наш Всесвіт! Знаєте, це просто чисте відчуття, але для мене чорні діри звучать як певна гіпотеза середньовіччя з червоточинами і все.
stevie

Що ж, червиві отвори (мости Ейнштейна-Розен) відповідали б загальній відносності та не потребували особливості. Але вони можуть бути нестабільними з інших квантових теоретичних причин, принаймні, коли їх збирають як макроскопічну "машину часу". Кіп Торн якось обговорював це у своїй книзі "Чорні діри та перекоси часу" досить детально: en.wikipedia.org/wiki/Black_Holes_and_Time_Warps
Джеральд

Я не згоден, що це засновано на думці. Можливо, ОП написала це не правильно, але питання справжнє. Якби в чорній дірі була особливість, горизонт подій не визначався б як кінцевий. Знадобиться справжній прорив, щоб узгодити квантовий світ із класичним світом. Зараз ми навіть не знаємо граничних умов, коли математика повинна переключатися з однієї на іншу, не кажучи вже про сітку.
SDsolar

Сингулярність означає у всіх емпіричних прикладах, що математична модель є неправильною або вже не дійсною. Крім того, особливості призводять до суперечностей. Те, що чорні діри усюди розглядаються як особливості, є в моїх очах дуже небезпечним.
дграт

6

Що таке сингулярність?

Сингулярність - це точка у Всесвіті, де матерія нескінченно щільна. Сингулярність знаходиться в центрі чорної діри і часто ховається за горизонтом подій. Таким чином, сингулярність - це точка у просторі, де багато речовини стискаються разом у дуже маленькому просторі. Коли у вас є сингулярність, справа не йде до нескінченності. Щільність - це те, що йде до нескінченності. Щільність і матерія - це різні речі.

Сингулярність часто створюється при вибуху наднової. Супернова - це місце, де викликається зірка, коли в центрі зірки (наприкінці її життя) стільки речовини, що зірка не може підтримувати власну гравітаційну силу, і вона розвалюється на собі і вибухає.

Другий спосіб, яким може статися наднова - це двійкова зіркова система - там, де є білий карлик , він краде речовину у іншої зірки і в підсумку накопичує стільки речовини, що вона вибухає.

Сингулярність викликають великі зірки, а не маленькі. Маленькі зірки, що вибухають у надновій, створюють щось, що називається нейтронними зірками.

То що таке чорна діра?

Чорна діра - це область у просторі з гравітаційним полем, настільки сильним, що навіть світло не може уникнути. Чорні діри не мають чорного кольору, вони не мають кольору, тому що ми не бачимо світла, що повертається від них. Так ні, світло не поглинається. Чорні діри також можуть з часом розсіятися через механізм, який називається Хокінг-випромінювання

Існує кілька типів чорних дір, включаючи:

  • Надмасивні чорні діри (часто зустрічаються в центрі галактик)

  • Зоряні чорні діри

  • Первісні чорні діри

  • Обертається (Керр) чорна діра

Нарешті, всередині чорної діри є 3 основні зони.

Діаграма чорної діри

Ця діаграма може показати нам багато речей, наприклад, як чорні діри не мають гравітаційного потягу, який проходить через увесь Всесвіт.

Зрештою, ми можемо опрацювати область, де навіть світло не може уникнути, використовуючи радіус Шварцшильда . Як ви вже сказали, ця відповідь не повинна містити відносності, я також не включатиму математику. Резюме радіус Шварцшильда - це місце, де горизонт події знаходиться в чорній дірі.

Підсумок

Вибачте за надану незручно довгу відповідь, у мене виникли проблеми з розумінням того, що ви не розумієте, і я подумав, що якщо б я пояснив особливість - тоді я, безумовно, допоможу вам, вибачте, якщо я тільки що сказав речі, які ви вже знаєте. Я надав кілька посилань у Вікіпедії, якщо ви хочете ознайомитися з деякими термінами, які я залишив курсивом. Ви також можете поглянути на термодинаміку чорної діри


1
Гаразд, ось що, до чого я скептично ставлюсь: окрім того, що не можна уявляти нескінченність як математичне явище, воно може не мати сенсу у фізичному всесвіті при застосуванні до об'єктів. Тільки тому, що щось має негуманно велику масу, ми не маємо підстав вважати, що воно розпадається на щось нескінченне. Великі значення - нічого особливого в просторі. Це ідея з історичних причин, тож коли вчений вперше зрозумів, що там є величезні маси, вони припустили, що вони можуть викликати особливу поведінку? Якщо так, то чому б і не пофантазувати про гамма-промені з нескінченно високими частотами?
stevie

1
Сингулярність - це точка з 0 обсягом. Я думаю, ви змішуєтесь з деякими речами. Маса не йде до нескінченності. Маса стає такою щільною, її об'єм стає 0. Ви сказали "нелюдсько велика маса", маса не йде в нескінченність. Щільність переходить до нескінченності. Сингулярність створюється лише тоді, коли точка має нескінченну щільність. @stevie
Featherball

4

Я думаю, ви починаєте з того, що існує якийсь спосіб стабілізації надзвичайно щільного об'єкта всередині горизонту подій чорної діри. У класичній теорії загальної відносності сингулярність неминуча. Потрапивши всередину горизонту події, об'єкт змушений рухатися до та виходити в сингулярність за скінченний час, таким же чином, як ви змушені рухатися вперед у часі, подобається вам це чи ні.

Тому неможливо мати щось у класичному GR, яке виглядає як чорна діра та має горизонт подій, але що не утворює якоїсь особливості. Однак ми знаємо, що класична ГР повинна руйнуватися на надзвичайно малих (квантових) шкалах, тому цілком можливо, що щось запобігає особливості в квантовій теорії гравітації.

Тож можна абсолютно безкоштовно винайти версію General Relativity, яка дозволяє якось уникати особливості. Але є (принаймні) дві вимоги. (1) Він повинен пояснити всі інші речі, які класичний GR пояснює абсолютно добре. (2) Це повинно мати видимі наслідки поза горизонтом подій, оскільки в іншому випадку це безглузде дихання пупка (ІМО).

NB: Червотокові отвори і подібні подібні можуть бути можливими в (класичному ГР) обертових чорних дірах, але моє обмежене розуміння полягає в тому, що ці форми, незважаючи на особливість (це вже не суть). Іншими словами, сингулярність все ще є, але матерія неминуче не закінчується в ній (а йде десь ще!)

Те, що ви писали про нескінченну масу, нескінченну силу тощо - просто неправильне. Маса чорної діри добре визначена, як і її гравітаційні ефекти. Кінцева маса все ще виникає при взятті інтеграла нескінченної щільності за нульовий об'єм.


2

Звичайність характеризується сингулярністю як точкою нескінченної щільності, але насправді вони більш загальні, ніж це: вони є певною мірою патологічною поведінкою в метриці простору-часу. Чи особливості є фактичними фізичними явищами, або вони просто демонструють точку, в якій теорія (в даному випадку загальна відносність) вже не може описати природу, є предметом дискусії.

Теорема про сингулярність Пенроуза демонструє, що за певної сукупності дуже розумних припущень, що гравітаційний колапс об'єкта, як зірки, неминуче призводить до сингулярності. Зауважте, хоча доказ полягає в геодезичній незавершеності (тобто часові рядки якогось вільно падаючого об'єкта різко закінчуються). Це (необов'язково) те саме, що явні особливості кривизни «нескінченної щільності», які виникають в ідеалізованих рішеннях чорної діри, як метрика Шварцшильда.


Чи означає це, що сингулярність може виникати без нескінченних значень? Це означало б, що за дуже високих значень речі можуть поводитись інакше, ніж наші сучасні знання? Без таких значень нескінченно?
Стіві

Сингулярність кривизни - це те, коли кривизна "вибухає" в якийсь момент простору (тобто є нескінченні значення, яких неможливо позбутися). Це не єдиний вид сингулярності, наприклад, легко побудувати простір, який не має кривизни, але все ще має конічну особливість. Теореми сингулярності майже нічого не говорять про точну природу сингулярності, можливо, особливості кривизни є особливостями лише симетричних метрик, з іншого боку, це здається дуже правдоподібним, що вони не є.
Джон Девіс

1

На цьому існує багато хороших відповідей на фізичному рівні, але я не бачу цієї адреси, тому коротко дам відповідь.

Мені просто важко визнати, що з нескінченно великою властивістю може існувати будь-що, оскільки це призведе до нескінченно великої маси, що призведе до нескінченно великих сил ... що просто знищить Всесвіт нескінченно швидко, чи не так?

Якщо чорні діри мають нескінченність, що можливо лише в тому випадку, якщо вони мають особливість, то такі нескінченності, за визначенням, нескінченно малі і не безмежні з будь-якої відстані, навіть на частку відстані атома. Отже, "руйнуйте Всесвіт нескінченними силами", якщо б Всесвіт була меншою, ніж атом, чи, можливо, всередині горизонту подій, де він не міг би нічого зробити, окрім падіння до сингулярності, але на будь-якій безпечній та розумній відстані, чорний ями не небезпечні і не становлять загрози для Всесвіту.

Тому я думаю, що надмасивний об’єкт може бути так само добре, як і не бути сингулярністю

і

Gravastars на допомогу! Тільки те, що мені було потрібно. Нарешті, деякі теоретики, яким не комфортно нескінченно противні предмети, що населяють наш Всесвіт!

Гаразд для початківців, закони фізики такі, якими вони є, і їм все одно, що ми думаємо. Що стосується того, що речі "неприємні", це на очах у глядачів.

2000 років тому "пекельний вогонь" був магмою, яку бачили, як виходив з випадкових вулканів, і пекло всередині землі. Сьогодні всередині Землі генерується магнітне поле, яке захищає нас і надає нам тектоніку плит, що є дійсно корисним для життєздатних планет. Внутрішня частина Землі не змінилася, але наше сприйняття її надзвичайно змінилося. Зараз ми любимо внутрішню частину Землі, але 2000 років тому люди її боялися.

100 років тому всі вважали, що Всесвіт - Чумацький шлях, і 80 років тому вони вважали, що Всесвіт вічний, поки цей хитрий Хаббл не припустив, що Всесвіт має початок, і так, щоб речі були вічними. Якби Хаббл сказав, що на 300 років раніше його спалили на вогнищі, жодного питання про це не було, із табличкою, що зазначала "хулитель"

У цьому проблема з точки зору. Це не повна картина. Чорні діри роблять чудового "бугі-чоловіка", як щось, що їсть все і не може уникнути, але це лише частина великої картини.

Сам Ейнштейн виявив чорні діри неприємною ідеєю (він теж не дуже захоплювався квантовою механікою), тому Ейнштейн уявляв, що у Всесвіті є якийсь фізичний закон, який заважав чорним дірам ніколи не утворюватися, і це, можливо, навіть так, але якщо чесно, то, як по-іншому чи варто повільно стискатись навколо горизонту подій протягом вічності проти, швидко стискаючись у сингулярності чи що далі відбувається в центрі. З певної точки зору, це майже те саме.

Деякі теорії зайшли так далеко, що припускають, що чорні діри - це чарівні місця з цілими дитячими всесвітами всередині них . Я вважаю, що більше творчого мислення, ніж наука, але правда полягає в тому, що те, що відбувається всередині горизонту події, залишається всередині горизонту подій, і ніхто не знає.

Про чорні діри взагалі :

Вони дуже корисні. Утворення чорних дір, а також гравітаційний колапс і відскок від колапсу створює і розподіляє важкі елементи по всій галактиці, а при руйнуванні, що створює чорну діру або нейтронну зірку, щось на кшталт 90% речовини зірки видувається , перероблений, якщо хочете, назад у галактику і лише 10% або близько того, утворює зруйноване ядро.

Ви можете думати про чорну діру як про маленький неприємний залишок смерті зірки, але я вважаю, що великі зірки переробляють та поширюють стільки своєї речовини по всій галактиці, щоб бути дуже крутим. Надмасивні чорні діри також допомагають формувати галактики, тому проста правда, чорні діри дуже корисні, навіть якщо ви не хочете перетинати шляхи з однією.


Тепер про те, що відбувається всередині чорної діри, є вже кілька хороших відповідей на це, і я не хочу робити це занадто довго, тим більше, що я неспеціаліст, але я знаходжу міркування цього екзотичного регіону всередині горизонту подій, щоб будьте весело подумати.

Я особисто не вірю в особливості. Я (ДУМАЮ), що хвильова та польова природа квантової механіки і той факт, що порожній простір має властивості, які, наприклад, пари античастинок частинок можуть утворюватися по суті з нічого (що робить можливим випромінювання Хокінга), я думаю, що, ймовірно, існує якийсь екзотичний простір ніколи не буває повної сингулярності.

Я не думаю, що всередині чорної діри можна назвати фізичний матеріал. Я думаю, що все поводитиметься інакше, ніж екзотика природи протона чи електрона, ніж фізична природа поверхні, але це лише мої думки з цього приводу. Без квантової теорії гравітації це трохи схоже на сліпих, які дивляться на карту. Ніхто не знає. (надто довго?)


Гаразд, тому я гадаю, що моя реальна проблема полягає в тому, чому вчені вважали за необхідне оцінити нескінченну щільність тут чи особливості поведінки. Тільки тому, що маса величезна і сконцентрована в невеликому обсязі, вона не повинна бути нічого особливого. Це відбувається весь час у Всесвіті :) Що змушує їх повірити, що там відбувається більше, ніж величезні гравітаційні сили?
stevie

1

Я вважаю, що чорні діри - це особливості в тому сенсі, який має значення в ній, не визначений для того, щоб мати якесь значуще розташування або відомі швидкості. Я не думаю, що це означає особливість у сенсі мати нульовий радіус.

Використовуючи наш веб-сайт, ви визнаєте, що прочитали та зрозуміли наші Політику щодо файлів cookie та Політику конфіденційності.
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.