Горизонт событий черной дыры — это место, где гравитация такова, что даже свет не может покинуть ее. Я также понимаю, что согласно Эйнштейну замедление времени будет бесконечным для далекого наблюдателя.
Если это так, как может что-либо попасть в черную дыру. В моем мысленном эксперименте я нахожусь на космическом корабле с мощным телескопом, который может обнаруживать свет в широком диапазоне длин волн. Я сфокусировал его на черной дыре и наблюдаю, как большой камень приближается к горизонту событий.
Правильно ли я говорю, что из моего дальнего положения камень замерзнет за горизонтом событий и никогда не пройдет его? Если это так, то как черная дыра может когда-либо потреблять какой-либо материал, не говоря уже о том, чтобы вырасти до миллионов солнечных масс. Если бы я смог направить телескоп на черную дыру на миллионы лет, увидел бы я камень на краю горизонта событий?
Я готовлюсь к тому, что ответ объекта будет медленно исчезать. Почему он медленно исчезает, и если да, то сколько времени это исчезновение займет? Если в какой-то момент произойдет красное смещение, не замедлится ли это красное смещение до полной остановки? Этот вопрос не дает мне покоя уже много лет!
ОК - просто редактирование, основанное на ответах. Опять же, пожалуйста, продолжайте думать с точки зрения наблюдателя. Если наблюдатели видят, как объекты медленно исчезают и медленно исчезают по мере приближения к горизонту событий, будет ли это означать, что со временем горизонт событий будет «комковатым» с объектами, невидимыми, но не прошедшими через него? Мы должны быть в состоянии обнаружить "комковатость", если мы не до конца?
Это правда, что с внешней точки зрения ничто никогда не может пересечь горизонт событий. Я постараюсь описать ситуацию как можно лучше, насколько мне известно.
Во-первых, давайте представим классическую черную дыру. Под «классическим» я подразумеваю решение уравнений Эйнштейна в виде черной дыры, которое, как мы предполагаем, не излучает излучение Хокинга (пока). Такой объект будет существовать вечно. Давайте представим, что мы бросаем в него часы. Мы будем стоять далеко от черной дыры и смотреть, как падают часы.
Когда часы приближаются к горизонту событий, мы замечаем, что они замедляются по сравнению с нашими часами. На самом деле его стрелки будут асимптотически приближаться к определенному времени, которое мы могли бы также назвать 12:00. Свет от часов также будет замедляться, довольно быстро смещаясь в красную область в сторону радиодиапазона спектра. Из-за этого красного смещения и из-за того, что мы можем видеть только фотоны, испускаемые часами до того, как они пробьют двенадцать, их быстро станет очень трудно обнаружить. В конце концов это дойдет до того, что нам придется ждать миллиарды лет между фотонами. Тем не менее, как вы говорите, в принципе всегда возможно обнаружить часы, потому что они никогда не пересекают горизонт событий.
Несколько месяцев назад у меня была возможность поговорить на эту тему с космологом, и он сказал, что это красное смещение в сторону необнаруживаемости происходит очень быстро. (Я полагаю, что «теорема об отсутствии волос» дает этому оправдание.) Он также сказал, что черная дыра с по существу необнаружимым объектом сразу за горизонтом ее событий является очень хорошим приближением к черная дыра чуть большей массы.
(Здесь я хочу мимоходом отметить, что любая «настоящая» черная дыра будет излучать излучение Хокинга до тех пор, пока в конце концов не испарится в ничто. - хотя предположительно излучение Хокинга взаимодействует с ним на выходе.Предположительно, с точки зрения часов все эти миллиарды лет излучения проявятся за долю секунды до 12:00, так что оно не будет выглядеть очень похожим на часы больше. На мой взгляд, решение информационного парадокса черной дыры лежит в этой линии рассуждений, а не в каких-либо особенностях теории струн. Но, конечно, это только мое мнение.)
Теперь эта идея кажется немного странной (мне, и я думаю, что и вам), потому что, если ничто никогда не пересекает горизонт событий, как вообще может существовать черная дыра? Ответ моего дружелюбного космолога сводился к следующему: сама черная дыра — это всего лишь приближение . Когда сгусток материи схлопывается сам по себе, он очень быстро сходится к чему-то, что выглядит как решение уравнений Эйнштейна в виде черной дыры, до такой степени, что во всех смыслах и целях вы можете рассматривать это так, как будто материя находится внутри горизонта событий, а не чем вне его. Но это только приближение, потому что, с нашей точки зрения, ни одна из падающих материй не может пересечь горизонт событий.
Предположим, что падающий объект — это голубой лазер, который вы запустили прямо (радиально) в сторону черной дыры Шварцшильда (невращающейся), которая направлена прямо на вас и что вы находитесь далеко от черной дыры. Массивный объект — это сам лазер, свет, который вы наблюдаете, — это ваш способ «увидеть» объект, когда он приближается к горизонту событий.
Во-первых, из-за того, что лазер удаляется от вас, он будет слегка смещен в красную область из-за эффекта Доплера. По мере приближения к черной дыре это небольшое красное смещение будет становиться все более и более значительным. Лазерный свет будет меняться от синего к зеленому, к желтому, к красному, к инфракрасному, к микроволновому и к все более и более длинноволновым радиоволнам по мере приближения к горизонту событий с вашей точки зрения. Также количество фотонов, которые он испускает в секунду (по мере того, как вы их обнаруживаете), будет уменьшаться со временем по мере приближения к горизонту. Это эффект затемнения — по мере увеличения длины волны количество фотонов в секунду будет уменьшаться. Таким образом, вам придется ждать все дольше и дольше между моментами, когда вы обнаружите все более и более длинные радиоволны от синего лазера. Это не будетпродолжаться вечно - будет последний фотон, который вы когда-либо обнаружите. Чтобы объяснить почему, давайте посмотрим на падающего наблюдателя.
Ваш друг, который является наблюдателем, едущим на лазере, даже не видит, что что-то происходит, когда он пересекает горизонт событий (если он свободно падает). Дело в том, что горизонт событий совсем не похож на поверхность, о которую вы ударяетесь или где происходит что-то необычное с точки зрения свободно падающего наблюдателя. Причина, по которой будет последний фотон, который вы когда-либо обнаружите, заключается в том, что между моментом, когда лазер начинает падать, и моментом, когда лазер пересекает горизонт событий, испускается только конечное число фотонов. Так что последний фотон, испущенный непосредственно перед тем, как он пересечет горизонт событий, будет последним фотоном, который вы когда-либо увидите.
Итак, я утверждаю, что лазер делаетисчезают с точки зрения стороннего наблюдателя. Обратите внимание, что попытка «осветить» объект вблизи горизонта событий, направляя на объект другой лазер и ища рассеянные фотоны, не сработает. (Это не сработает, даже если вы бросите второй лазер, чтобы попытаться осветить первый лазер.) С точки зрения упавшего лазера, эти фотоны попадут в лазер только после того, как он уже пересек горизонт событий и поэтому рассеянный свет не может выйти из черной дыры. (На самом деле, если вы слишком долго будете ждать, прежде чем пытаться осветить объект, падающий лазер уже попадет в сингулярность в центре черной дыры.) С «точки зрения» стороннего наблюдателя (но он не может «видеть " это),
Все, что вы говорите в своем вопросе, верно, и ваш комментарий «горизонт событий находится в другой временной отсчете» также верен, хотя его нужно сформулировать точнее.
Если вы много читали об теории относительности, вы, вероятно, сталкивались с такими терминами, как «система отсчета» и «инерциальная система отсчета». «Кадр» — это система координат, т. е. система расстояний, углов и времени, используемая для измерения местоположения вещей. Например, ссылки на сетку карты — это система координат, используемая для измерения местоположения вещей на поверхности Земли.
Общая теория относительности (ОТО) дает нам способ описания Вселенной, который не зависит ни от какой системы отсчета. Однако нам, наблюдателям, чтобы рассчитать то, что мы видим, мы должны производить расчеты в нашей системе отсчета, то есть в метрах и секундах, которые мы можем измерить. Статическая черная дыра описывается метрикой Шварцшильда, и ее нетрудно использовать для расчета таких вещей, как время, необходимое для падения на горизонт событий. Одной из распространенных систем координат являются координаты сопутствующего движения, т. е. наблюдатель, падающий в черную дыру, измеряет расстояние от себя (ставя себя в начале координат) и время по секундомеру, который он носит с собой. Если вы сделаете этот расчет, вы обнаружите, что наблюдатель проходит через горизонт событий за конечное время и фактически попадает в сингулярность в центре черной дыры за конечное время.
Но что становится странным, так это то, что мы рассчитываем время, необходимое для достижения горизонта событий в нашей системе координат, как наблюдатели, сидящие снаружи черной дыры. Это простой расчет, который вы найдете в любой вводной книге по ОТО, и ответ заключается в том, что для достижения горизонта событий требуется бесконечное время.
Это не какой-то бухгалтерский трюк; это означает, что мы никогда не увидим форму горизонта событий. В этот момент кто-нибудь обычно выскакивает и говорит, что черных дыр на самом деле не существует. В некотором смысле это верно для нашей системы координат, но все это означает, что наша система координат не дает полного описания Вселенной. Это то, к чему мы привыкли с тех пор , как Галилей указал, что Солнце не вращается вокруг Земли. В системе координат свободно падающего наблюдателя горизонт событий существует и может быть достигнут за конечное время.
Ты спрашиваешь:
Если это так, то как черная дыра может когда-либо потреблять какой-либо материал, не говоря уже о том, чтобы вырасти до миллионов солнечных масс.
Пока вы остаетесь за горизонтом событий, черная дыра не представляет собой ничего особенного. Это просто скопление материи, подобное звезде. В центре нашей галактики у нас есть компактная область, Стрелец A* , содержащая миллионы звездных масс, и, судя по орбитам звезд вблизи Стрельца A*, она содержит достаточно материи в достаточно маленьком пространстве, чтобы превратиться в черную дыру. Однако орбиты этих звезд зависят только от массы, вокруг которой они вращаются, и не имеет значения, является ли Стрелец A* черной дырой на самом деле.
Действительно, ничто не может уйти под горизонт. Вещество, близкое к горизонту событий, действительно перемещается наружу по мере увеличения радиуса черной дыры. Более того, при любых деформациях черной дыры, таких как волны на ее поверхности, приливные деформации или изменение скорости вращения, все достаточно близкие к горизонту объекты остаются «прилипшими» к ней и следуют за всеми изменениями формы черной дыры. Все объекты, находящиеся достаточно близко к вращающемуся горизонту черной дыры, вращаются вместе с ним с одинаковой скоростью. Если черная дыра движется, то движется и все, что находится достаточно близко к ее поверхности, в том числе и то, что находится в стороне от направления движения. Если кому-то интересно, какой механизм делает возможным такое прилипание, он называется перетаскиванием кадра.
Тогда вы можете спросить, как тогда может появиться черная дыра и образоваться горизонт. Предполагается, что они не могут, и единственными возможными черными дырами являются гипотетические первичные черные дыры, существовавшие с самого начала Вселенной.
Объекты, которые могут быть очень похожи на черные дыры, называются коллапсарами . Они практически неотличимы от настоящих черных дыр после очень короткого времени формирования. Они состоят только из материи вне радиуса горизонта событий черной дыры с такой же массой. Эта материя практически застыла на поверхности, как настоящая черная дыра, из-за высокого уровня гравитации.
Такие коллапсары, возможно, могут на короткое время стать черными дырами из-за квантовых флуктуаций и таким образом излучать излучение Хокинга.
Астрофизики не отделяют такие коллапсары от настоящих черных дыр и называют их все черными дырами по практическим соображениям из-за их фактической неразличимости.
Вот цитата из одной статьи, которая поддерживает такую точку зрения:
Наш основной результат, заключающийся в том, что горизонт событий не формируется при гравитационном коллапсе, как его видит асимптотический наблюдатель, наводит на мысль о возможности использования числа локальных горизонтов событий для классификации и разделения гильбертова пространства на сектора суперотбора, помеченные числом локальных горизонтов событий. Наш результат предполагает, что ни один оператор не может увеличить количество горизонтов событий, но возможность уменьшения количества ранее существовавших первичных горизонтов событий не столь очевидна и потребует, чтобы излучение Хокинга не вызывало полного испарения каких-либо первичных горизонтов событий черной дыры.
Добавлю факт, пожалуй, не спорный.
А именно, что вся информация о любом падающем объекте будет доступна стороннему наблюдателю в любое время. Информация не может потеряться за горизонтом, иначе возникает парадокс потери информации.
Это означает, что для стороннего наблюдателя теоретически возможно восстановить любой объект, который шел в направлении ЧД, поскольку вся его информация все еще сохраняется.
Это относится не только к объектам, падающим после образования ЧД, но и к тем объектам, которые находились там в момент коллапса звезды. Так что даже если вы находились в центре звезды, когда она разрушалась, вся информация о вас все равно сохраняется, доступна за горизонтом и ваше тело может быть реконструировано.
Мне кажется, что падающий является частью черного трюма и поэтому сам будет испаряться.
Если кто-то бросает бревно в огонь, то ли это огонь сжигает бревно, или бревно теперь является частью самого огня? Я вижу падающего как часть горизонта событий, поэтому вместо того, чтобы говорить, что падающий уничтожен брандмауэром, возможно, падающий сам испаряется.
Возможно, это просто придирки к семантике.
Есть хороший ответ Джона Ренни , и я думаю, что продолжение обсуждения в комментариях основано на недоразумении со стороны ОП, который спрашивает в комментарии к Джону:
«Как что-то может упасть в черную дыру, если смотреть на нее со стороны?» — Мэтт Лакхэм
Непонимание ОП заключается в определении «внешнего наблюдателя» и в предположении, что все наблюдатели являются «внешними».
"Снаружи" означает вне гравитационного влияния/притяжения черной дыры, т.е. не притягивающийся и не попадающий в нее. Это, конечно, не определяет «всех наблюдателей» . Наблюдатели будут падать в черную дыру, потому что их траектория падает в сторону черной дыры, независимо от того, как далеко они находятся. Это включает в себя всю материю, падающую к сингулярности, видимую с любой точки зрения.
Это легче всего увидеть с математической точки зрения: метрика Шварцшильда гласит:
Я рекомендую прочитать ответы на некоторые вопросы справа --> -->
Особенно этот .
Я ожидаю, что этот вопрос будет закрыт как точная копия, но в ответ на другие вопросы вы обнаружите, что то, что наблюдает человек, падающий в черную дыру, и то, что кто-то снаружи, наблюдающий за их падением, не одно и то же. . Точный характер изменения образа можно (и уже) выяснить, но опять же, я рекомендую посмотреть другие вопросы здесь.
Третий абзац и далее с моей стороны немного спекулятивен; Я не совсем в них уверен. Комментарии приветствуются
Это все из-за странности относительности. В вашей системе отсчета камень останавливается на горизонте. Камень не чувствует такой остановки. Камень увидит, как звезды сгущаются (это «уплотнение» более очевидно для массивных черных дыр) из-за гравитационного линзирования. Он увидит приближающийся горизонт и провалится сквозь него.
Помните, время и пространство относительны. Это довольно экстремальный случай, когда кажется, что время течет бесконечно быстрее в другой системе отсчета.
Что касается «затемнения», я не совсем уверен, что происходит. IIRC, утверждение о том, что камень «замерзает», является полуправдой. Теоретически скала застыла в вашей системе отсчета, но телескоп этого не видит. Для облегчения жизни предположим, что скала покрыта лампами (нормальная скала стала бы невидимой задолго до того, как достигла горизонта). На горизонте свет, излучаемый этими лампами, равен смещен в красную сторону, так что он в основном не существует. Это также можно рассматривать как фотон, поворачивающий хвост и поглощающийся (на самом деле фотон застывает на горизонте). Таким образом, камень на горизонте невидим. Скала у горизонта очень тусклая, так как почти весь испускаемый свет повторно поглощается (также наблюдается красное смещение света, большее красное смещение). меньше энергии. ). Итак, мы видим, что скала постепенно тускнеет по мере того, как достигает горизонта. Также кажется, что он работает медленнее. Скорость затемнения и замедления сходятся на горизонте, где скала застыла, но совершенно невидима. ИМХО, это происходит в в вашем кадре.
Так что черная дыра остается черной. Вы не увидите никаких звезд, газа, камней или амбициозных исследователей, застрявших на горизонте, хотя вам, возможно, удастся увидеть их тусклые версии, когда они падают у горизонта.
Что касается роста черной дыры, то это связано с абсолютным горизонтом. Горизонт черной дыры растет в «ожидании» падающего материала.
Одна версия, которую я слышал, такова: радиус горизонта событий можно определить, используя массу, которую он окутывает. Сейчас хоть от стороннего наблюдателя объект никогда не зайдет за горизонт событий, но за конечное время будет к нему очень-очень близко. Теперь, если вы включите этот объект как часть черной дыры и пересчитаете горизонт событий, вы обнаружите, что новый горизонт событий уже включает этот объект, поэтому объект можно увидеть как внутри только что образовавшейся черной дыры.
Вы видите объекты, замирающие за горизонтом событий. Вы видите, как горизонт событий движется наружу, когда в горизонт событий попадает больше вещей. Вещи в горизонте событий не перемещаются наружу, когда горизонт событий движется наружу, поэтому объекты поглощаются горизонтом событий.
Если мои знания о замедлении времени верны, это работает в обе стороны. Время для объекта в этой ситуации замедляется. Но для стороннего наблюдателя время не замедляется. Поэтому нет, время было бы бесконечным только для объекта, приближающегося к черной дыре. (могу ошибаться, если ошибаюсь, напишите в комментариях)
Проблема с проверкой того, остается ли что-либо, кроме изображения/информации, плавающим над горизонтом событий, заключается в том, что любые сигналы, излучаемые объектом, становятся медленнее и смещаются в красную сторону до такой степени, что зонд становится практически невосприимчивым и невидимым. Один из возможных способов проверить, действительно ли объекты все еще там парят, — оснастить группу испытательных зондов зеркалами, которые очень хорошо отражают короткие волны (причина их наличия в том, что в конечном итоге даже одиночные фотоны будут передавать разрушительное количество фотонов). импульса). Я предполагаю, что вы будете получать отражения до тех пор, пока у вас не закончатся датчики (хотя вам придется ждать экспоненциально дольше для каждого дополнительного измерения).
Редактировать: судя по комментарию Anixx, зонды не будут «проглатывать», поскольку их масса расширяет черную дыру, а просто слегка выталкиваются наружу.
На горизонте событий человек, которого засасывает, увидит свет в два раза быстрее. Затем, когда он падает, он в конце концов будет видеть свет в 3 раза быстрее, затем в 4 раза быстрее, затем в 5 раз быстрее, пока свет не покажется ему бесконечно быстрым, и время не начнет становиться для него бесконечным, и, вероятно, ему покажется, что он доля секунды, чтобы упасть, затем он будет уничтожен, потому что есть место только для меньшего, чем кубическая планка (бесконечно малый), в то время как он больше, чем клетка. Однако снаружи вы никогда не увидите, как что-то падает за горизонт событий, а когда необходимая скорость убегания составляет половину скорости света, вы увидите объекты, движущиеся в два раза медленнее, что не так уж и плохо, но через некоторое время, когда нужная скорость становится 299, 792, 457 метров в секунду, и представь, что есть часы, они будут 1/299, 792, в 458 раз быстрее, и, следовательно, требуется около 9 лет, чтобы пройти 1 секунду, что, вероятно, часы уже сбились. Человек, попадающий, однако, не чувствует ничего особенного при пересечении горизонта событий и может даже общаться с другим человеком, попадающим, пока один разрушается гравитационной сингулярностью. Невозможно войти в черную дыру и рассказать всем об этом, но есть способ идентифицировать каждый объект, упавший в черную дыру после Большого взрыва, но вам понадобится супер-пупер быстро работающая программа и намного лучше. зрение, чем обычно. Поскольку чем быстрее вы движетесь, тем медленнее для вас время, потому что скорость света лишь немногим выше вашей, вам придется подождать, пока вы не станете почти скоростью света, например, 299, 792, 457,99[...] 9 метров в секунду, потом сразу не дожидаясь 299, 792, 458/ число, которое я написал -1 секунда, и двигаться назад со скоростью света в течение очень, очень долгого времени, возможно, больше, чем время, которое потребовалось большому взрыву, чтобы сформироваться и рассказать историю. И нет, вы стареете с той же скоростью, но время КАЖЕТСЯ намного медленнее, потому что свет движется лишь немного быстрее, чем вы.
Мэтт Лакхэм
Аникс
Мэтт Лакхэм
Аникс
Мэтт Лакхэм
Дэн Пипони
Мэтт Лакхэм
Дэн Пипони
Мэтт Лакхэм
Дэн Пипони
Мэтт Лакхэм
пользователь4552
Эмиль
Тимоти