Анимация столкновения с черной дырой: что это за экструзии?

В этом видео, загруженном LIGO Lab Caltech , изображены две вдохновляющие черные дыры. Описание видео объясняет, что показано, и может быть резюмировано следующим образом:

  • Цветная поверхность — это пространство нашей вселенной, если смотреть из гипотетической плоской вселенной большего измерения, в которую встроена наша собственная вселенная.

  • ... цвета отображают скорость, с которой течет время.

  • [Пространство] приводится в движение орбитальным движением черных дыр, их гравитацией и их вращением. Это движение пространства изображено серебряными стрелками...

Незадолго до того, как все становится неподвижным, области пространства вокруг сливающихся черных дыр выдавливаются вверх. (На самом деле выдавливания, кажется, начинаются за некоторое время до того, как все становится хаотичным.) Если «пространство» здесь представлено как аналогия с резиновым листом, что означают эти выдавливания?

Если гравитационные силы создают углубления в листе, то из этого следует, что эти выдавливания являются антигравитационными, что не может быть правильным. Могут ли это быть области, где уравнения, моделирующие взаимодействие черных дыр, выдают чепуху?

Из видео, метка времени 0:52 (Из видео, отметка времени 0:52)

Я не думаю, что выдавливания представляют собой антигравитацию; они представляют области, где местное гравитационное ускорение намного меньше, потому что они находятся «между» двумя объектами (если бы вы ушли в бесконечность, уровень плоскости был бы выше, чем выдавливания).
@antlersoft Если вы читаете описание дальше, чем мое резюме, в нем говорится, что зеленые области находятся там, где (моя перефразировка) «на время не так сильно влияет» (по сравнению с удаленным наблюдателем), поэтому искривление пространства-времени не так сильно в этих регионах резко искажены. Я тоже так думал, пока не прочитал описание видео.
Я тоже помню, что видел эту анимацию. Я всегда думал, что иллюстрировал гравитационные волны от обоих объектов, сталкивающихся друг с другом. Представьте, как вы крутите обеими руками друг друга в луже с водой. Каждая рука создает след, и когда два следа сталкиваются, энергия каждого из них толкает воду еще выше, над гребнем каждого следа в отдельности. Я не уверен, что это прямая связь с гравитационными волнами, но я так это понял.
@GregBurghardt Если в модели используется аналогия с резиновым листом, то эти выдавливания будут аналогичны антигравитации, если только она не использует аналогию с резиновым листом, хотя по описанию видео кажется, что это так.

Ответы (1)

Форма поверхности, показанная в видео, является изображением пространственной кривизны пространства-времени. (Отношения со временем показаны отдельно стрелками и цветами.) В частности, форма изображает кривизну экваториальной плоскости двойной системы. Изображенная поверхность вложена в (вымышленное) трехмерное пространство таким образом, что кривизна поверхности равна внутренней кривизне экваториальной плоскости.

Давайте попробуем распаковать, что это значит для интерпретации выдавливаний. Во-первых, обратите внимание, что нет физического смысла в том, показано ли что-то как выдавливание или углубление, это фактически не влияет на кривизну. Создатели видео могли бы вместо этого изобразить впадины вокруг черной дыры как выдавливания — без изменения смысла.

Однако имеет значение то, что некоторые области показаны в виде впадин, а другие - в виде выдавливаний. Это означает, что где-то посередине на изображенной поверхности должна быть седловая точка. Седловые точки соответствуют областям с отрицательной (пространственной) кривизной (т. е. области, где, если бы вы нарисовали треугольник, его углы в сумме были бы меньше 180 градусов). Сами выдавливания явно имеют положительную кривизну (у треугольника больше 180 градусов).

Обратите внимание, что знак пространственной кривизны не имеет ничего общего с тем, является ли гравитация притягательной или отталкивающей. Если вам нужно указать направление, в котором действует гравитация, стрелки дают лучшее представление (хотя эту интерпретацию также следует воспринимать с щепоткой релятивистской соли).

Немного поясняя последний пункт, анимация изображает три аспекта искривления пространства-времени: скорость, с которой течет время (промежуток времени) в виде цветовой карты, скорость, с которой пространство перетаскивается (сдвиг) в виде серых/серебряных стрелок и пространственная кривизна как кривизна поверхности. Вместе эти три явления полностью характеризуют искривление пространства-времени. Следовательно, они диктуют, как будет двигаться тестовый объект в пространстве-времени, т.е. «как действует гравитация». Хотя все три элемента важны для движения частиц, некоторые из них дают лучшее качественное представление о поведении пробных частиц, чем другие. В этом отношении цветовая карта и стрелки важнее пространственной кривизны. Как правило, частица будет двигаться по стрелкам, и по градиенту цвета к более красным областям (в обоих случаях это обычно означает к черным дырам). Пространственная кривизна играет несколько второстепенную роль и имеет значение в основном для частиц, движущихся с большими скоростями. Отсюда мой комментарий о том, что знак пространственной кривизны не является хорошим индикатором того, является ли гравитация притягательной или отталкивающей в какой-то момент.

Спасибо за ваш ответ! Чего я не понимаю, так это вашего последнего утверждения, что знак пространственной кривизны имеет мало общего с тем, работает ли гравитация привлекательно. (Должен отметить, что большая часть того, что я знаю о физике, было почерпнуто из популярной науки.) Я думал, что отрицательная кривизна является характеристикой антигравитации. (Например, положительная кривизна массы-энергии во Вселенной, по-видимому, уравновешивается темной энергией, влиянием отрицательной кривизны). что? Еще раз спасибо!
Гравитация не вызывает искривления пространства-времени, кривизна описывает гравитацию. Итак, я думаю, что ваше последнее утверждение нуждается в доработке, хотя я начинаю думать, что, возможно, выдавливания - это художественный выбор аниматоров... Однако длина стрелок поперек выступов явно больше, чем у положительно искривленное пространство, подразумевающее что-то вроде отрицательной кривизны.
Хм, хорошо, после вашего редактирования я вижу свою ошибку в интерпретации стрелок, хотя я все еще не уверен, как вы объясняете более красные области. Являются ли углубления и выдавливания каким-то образом положительной кривизной? Почему гравитация черных дыр показана впадинами, а кривизна бинарной плоскости — выдавливаниями?
@BMFForMonica Потому что направление, перпендикулярное плоскости, не имеет физического смысла. Именно форма (кривизна!) поверхности представляет пространственную кривизну. Области, которые имеют локальную кривизну, как сфера, представляют положительную кривизну, а седловые точки представляют области с отрицательной кривизной. Именно наличие этих седловых точек требует, чтобы положительная криволинейная область простиралась в разных направлениях от поверхности.
Кроме того, стоит отметить, что то, как кривизна делится на 3 показанных аспекта, сильно зависит от выбранных координат. Об этом следует постоянно помнить при интерпретации подобных визуализаций.
еще один вопрос о видео о черной дыре: что можно узнать или отметить в этом видео LIGO Orrery?
Анимация столкновения с черной дырой: что это за экструзии?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v