Что происходит с информацией при слиянии черных дыр?

Я постараюсь правильно ответить на этот вопрос, но правильный ответ дать сложно, потому что у нас нет точного решения для слияния черных дыр, за исключением случая, когда одна из двух бесконечна по размеру. У нас также нет полного решения проблемы горизонта Коши в черных дырах.

Классический ответ, с физической точки зрения, заключается в том, что горизонты черных дыр сливаются, и любой наблюдатель внутри черной дыры будет делать то, что он обычно делает, ничего не замечая от слияния, потому что их время указывает на разные направления, в центр. Проблема с этим ответом заключается в том, что он требует ответа на вопрос, что находится в центре черной дыры — пространственноподобная сингулярность, которая поглощает все (как предположил Пенроуз), или пара Коши-горизонт, подобная червоточине. заставляет наблюдателя развернуться и выйти из той же черной дыры (во что я лично верю). На самом деле вы сможете выбраться только из вращающейся или заряженной черной дыры, даже если Пенроуз ошибается, а я прав. Должен заметить, что в этом со мной абсолютно никто в мире не согласен, но у них нет реальных аргументов. Но это ничего не значит, всегда так, когда ты предлагаешь что-то новое.

Для нейтральной черной дыры вы точно попадете в сингулярный центр --- горизонта Коши нет, вернее, он сжимается до вырожденной точки.

Вопрос выхода из черной дыры усложняет ответ, потому что вы можете выйти внутрь большей черной дыры, в которую за прошедшее время попала первоначальная черная дыра. Невозможно ответить на этот вопрос, не зная, как что-то получается, так что с этого момента я буду притворяться, что это невозможно — что вы не можете выбраться из черной дыры. Причина в том, что я понятия не имею, сколько времени вы проводите внутри черной дыры, из которой выходите, и иногда вам приходилось бы выходить из антиматерии левшой (если обычно вы правша).

В любом случае, игнорируя это, черные дыры поглощают наблюдателей, которых убивают независимо от того, что происходит с черной дырой позже. Черные дыры, которые сближаются, сливаются, но внутри каждой из них образуется каша на поверхности новой черной дыры, которая образуется, как мыльные пузыри, сталкивающиеся вместе в области высокого давления. Физически горизонты черных дыр соединяются вместе, образуя новый горизонт, но процесс соединения не реализуем классически (с внешней точки зрения каждой черной дыре требуется бесконечное время, чтобы попасть в другую).

Физически все это не имеет значения --- черные дыры сливаются в одну, как сливаются мыльные пузыри. Слияние мыльных пузырей также не соответствует описанию длинноволнового континуума.

Сохранение обсуждения принятого ответа

Это обсуждение было интересным и, возможно, полезным для того, чтобы понять, откуда берется эта идея о вращающихся выбросах ЧД, и что это не общепринятая физика (или, по крайней мере, пока).

РМ: Вы делаете несколько недостаточно обоснованных утверждений, которые я считаю ложными: 1. Наблюдатель достигнет сингулярности 2. сингулярность другой черной дыры может достичь наблюдателя первой. Номер 1 верен только для невращающихся невозмущенных черных дыр, а когда одна черная дыра падает в другую, я знаю только, как точно смоделировать внутреннее решение в том пределе, что большая черная дыра бесконечна. Наблюдатель мог просто отскочить от первой черной дыры, пройдя через горизонт Коши к уходящему листу. Что касается 2, то это голографически подозрительно. Это пахнет открытым вопросом.

АБ: Я могу, конечно, где-то ошибиться, но позвольте мне не согласиться с вашим комментарием: 1) Даже для возмущенных и вращающихся (астрофизических) черных дыр наблюдатель рано или поздно достигнет сингулярности, если наблюдатель не будет выброшен при слиянии. + Это никак не связано с вашим умением моделировать интерьерное решение. 2) Представьте, что вы отправляете наблюдателя и падаете в черную дыру 1 из статического положения, а сразу за ним бросаете релятивистски движущуюся черную дыру номер 2, так что она настроена на достижение наблюдателя, когда он пересекает горизонт черной дыры 1. Я не вижу здесь обмана.

... Тем не менее, я нахожу очень интересным вопрос, который вы поставили. Что вы знаете о возможности выхода наблюдателя за пределы горизонта событий в результате любого процесса, такого как столкновение с черной дырой или что-то в этом роде? Может быть, у вас есть ссылки на это?

РМ: Нет никаких доказательств того, что наблюдатели могут достичь сингулярности за пределами идеального сферически-симметричного решения Швартшильда (которое, к сожалению, представлено в книгах как общий случай). Когда черная дыра возмущена, если она вращается или заряжается, а может быть, и когда она деформируется сильным гравитационным полем, центральная сингулярность превращается в горизонт Коши, окружающий времяподобную сингулярность. Наблюдатель не может столкнуться с времяподобной сингулярностью, наблюдатель просто отскакивает от горизонта Коши (разумеется, с приливными силами), разворачивается и возвращается обратно.

... Проблема в том, что участки горизонта Коши неустойчивы к падающим деформациям, и вообще на горизонте Коши получается много хлама, который образует стену жесткого излучения в пределе вечной черной стены. Некоторые люди (имея в виду Пенроуза) предполагают, что это означает, что вы не можете пересечь горизонт Коши. Если это предположение верно (я почти уверен, что это не так), то все столкнется с сингулярностью в настоящей черной дыре. Верно это предположение или нет, зависит от деталей как классической, так и квантовой гравитации.

... Классический вопрос заключается в том, насколько уникален горизонт Коши. Судя по документам, которые я видел, и моей собственной интуитивной интуиции, горизонт Коши не так уж уникален, это просто как внезапный потенциальный шаг в квантовой механике времени. Он возбудит падающую систему, создаст несколько античастиц, но не до бесконечной энергии, и вы, возможно, сможете выжить. Это подтверждается наблюдением, что в пустой Вселенной горизонт Коши совершенно регулярен — его пересечение не вызывает никаких проблем.

Как только вы пересечете Коши 1, вы окажетесь в центральной области, где вы увидите сингулярность, подобную времени. Вы не можете достичь этой времениподобной сингулярности, потому что она отталкивает вас, но вы можете пролить на нее свет. Затем вы пересекаете второй горизонт Коши и оказываетесь в прошлой области черной дыры, очень похожей на ту, в которую вы упали, а затем вас выбрасывает. Этот цикл наиболее ярко выражен в экстремальном случае, когда вы можете привязать объекты к черной дыре и совершить простое гармоническое движение, входя и выходя снова и снова.

... Причина, по которой квантовая гравитация необходима, чтобы понять это, заключается в том, что классически исходящая область отделена от падающей области - они представляют собой отдельные вселенные. В 1970-х люди предположили, что по этой причине черная дыра связана с другой вселенной. Но сегодня мы знаем лучше: единственное место, куда вы можете выйти, если эта история верна, находится в этой вселенной. Но для этого требуется карта склеивания, которая отождествляет другую вселенную с этой вселенной, а эту карту склеивания очень сложно вычислить (я пытался, но так и не получил разумного ответа, которому я доверял).

... Вы спрашивали о ссылках --- к сожалению, у меня нет ссылок, я просто об этом подумал. Самый близкий аргумент в литературе состоит в том, что если вы сделаете стопку из D-бран, выдвинете одну и толкнете ее так, чтобы она попала в другие, она должна колебаться взад и вперед обратимым образом. К сожалению, единственная литературная ссылка, которую я знаю, это статья Губсера, которую я считаю неверной, а аргумент, который он приводит, для меня недостаточно убедительным, в котором говорится, что брана не будет колебаться обратимо, а застрянет в стеке.

PS: Что-то не так с этим ответом. Рассмотрим фразу «1) Наблюдатель способен почувствовать столкновение при условии, что он еще не достиг сингулярности родной черной дыры». Поскольку, с точки зрения наблюдателя, находящегося вне черной дыры, падающий наблюдатель на самом деле никогда не выходит за горизонт событий, ваш пункт «предусмотрено» недействителен. — Петр Шор

AB(@PS): извините, но либо вы здесь абсолютно неправы, либо я/вы выразились неясно. Назовем наблюдателя 1 того, кто падает в черную дыру, а наблюдателя 2 того, кто удален. Тот факт, что наблюдатель 2 никогда не увидит, как наблюдатель 1 пересекает горизонт, вовсе не означает, что наблюдатель 1 не испытает пересечения горизонта или столкновения с сингулярностью. Наблюдатель 1 может испытать 1) пересечение горизонта событий, 2) столкновение с сингулярностью, 3) ощущение приливного поля другой вторгающейся черной дыры. Он строгий, определенный и я имею в виду классические учебники по ОТО, скажем, МТЗ.

АБ: Мне очень понравилось читать ваш комментарий, и спасибо, что поделились своими идеями. Однако я считаю, что наиболее релевантной для этого вопроса является та физика, которая касается астрофизических черных дыр в классической общей теории относительности. Почему не квант? Он еще не установлен. Почему астрофизический? Потому что это единственный тип черных дыр, которые, как известно, образуются во Вселенной согласно известной физике. Я пройдусь по нескольким пунктам, где я не могу согласиться с вами в комментариях ниже.

... 1) Астрофизические черные дыры образуются в результате гравитационного коллапса. В них нет червоточин, и их образование не меняет топологию пространства-времени. Если незадачливому наблюдателю случится оказаться внутри горизонта событий такой черной дыры, он не сможет избежать ее никаким другим способом, кроме как пересечением горизонта назад, что невозможно для стационарных черных дыр.

... 1.1) Вопрос, который я вам задал, заключается в том, знаете ли вы на самом деле следующее. Учитывая, что наблюдатель пересек горизонт событий любой астрофизической черной дыры (далее ЧД), возможно, нестационарной, может ли наблюдатель уйти от нее, при любых процессах, все еще в картине ОТО.

...2) Известно, что все возмущенные ЧД, в том числе и вращающиеся, оседают, испуская гравитационное излучение. Это подтверждается теорией возмущений и численной относительностью. Если вы добавите наблюдателя, рассматривая его как возмущение, то в конце концов система успокоится, а значит, наблюдатель станет статичным и поглотится раствором черной дыры, а значит, окажется на сингулярности.

АБ: Питер, здесь ты определенно прав, возможно, временную последовательность можно было бы сделать более тщательной. Однако все описание можно свести к тому, что увидит наблюдатель 1 в последовательности и что увидит наблюдатель 2. Для наблюдателя 1 последовательность остается в силе: он падает в маленькую черную дыру и начинает ощущать приливное поле другой черной дыры сразу после пересечения горизонта, а затем испытывает попадание в нее.

РМ: Ваши комментарии внешне убедительны, но сегодня известно, что они ошибочны. Вращающиеся черные дыры, образованные астрофизически, без сомнения переходят в состояние червоточины. Тот факт, что горизонт при формировании является чисто прошлым горизонтом, не имеет значения. Сегодня мы знаем, что прошлые горизонты и будущие горизонты квантово двойственны, и тот факт, что одна диаграмма Пенроуза говорит, что вещи могут только входить, не означает, что другая столь же правильная диаграмма Пенроуза может только выводить вещи. Это изменение классической картины из-за дополнительности Зюскинда.

АБ: Еще раз спасибо за комментарий, я над ним подумаю. Не могли бы вы дать мне ссылку на исследовательскую работу, в которой показано, что вращающиеся астрофизические черные дыры классической общей теории относительности переходят в состояния червоточины?

РМ: Я не пользуюсь авторитетом для поддержки своих позиций, но могу объяснить, почему. Чтобы убедиться в этом, нужно взглянуть на глобальную структуру решения Керра, разработанного Хокингом и Эллисом. Оно качественно идентично гораздо более простому решению Рейсснера-Нордстрема, и, если вы не заявляете, что горизонт Коши слишком сингулярен, чтобы его пройти, оно образует червоточину в другую несвязанную вселенную. Единственным решением без червоточин является метод Швартшильда, потому что он слишком симметричен. Червоточина в другую вселенную — это ерунда, она вносит потерю информации, поэтому нужна склейка. — Рон Маймон

... Я думаю, прочитав ваши комментарии, у вас сложилось впечатление, что растворы черных дыр обладают сингулярностью, которая поглощает материю --- это то, что люди говорят в популярных книгах, но это абсолютно неверно. Только невращающиеся незаряженные черные дыры Швартшильда обладают пространственноподобной сингулярностью, в которую вы можете попасть. Не существует ни одного общего решения для черной дыры с пространственно-подобной сингулярностью. Пространственноподобная сингулярность — всего лишь артефакт сферической симметрии. Общие особенности Пенроуза времениподобны.

АБ: Дорогой Рон, правильно ли будет сказать, что согласно Хокингу и Эллису (на самом деле, одной из лучших книг по ОТО) в их книге все вращающиеся незаряженные черные дыры, образованные гравитационным коллапсом обычной материи, всегда образуют также сингулярность червоточины?

... Мне очень близка ваша позиция о критическом отношении к научным источникам, таким, например, как научные статьи. Однако, если вы делаете заявление, не подкрепленное источником, вы подразумеваете, что можете предоставить научно обоснованное доказательство того, что вы говорите. Другими словами, вы делаете оригинальное заявление с соответствующим обоснованием -> вы несете ответственность за его правильность. Если вы ссылаетесь на исследование другого лица, то он/она несет ответственность за утверждение и доказательство.

РМ: Хокинг и Эллис говорят только следующее, оба из которых верны: 1. внешнее решение асимптотически керровское 2. внутреннее решение керровского решения представляет собой червоточину, соединяющую несколько вселенных. Они не говорят, что червоточина будет образовываться при коллапсе, потому что продолжение за горизонтом Коши сомнительно, потому что горизонт Коши может стать сингулярным. Это хорошо известно. Это предполагает, что любая астрофизическая черная дыра будет связана с другой вселенной и приведет к потере информации, которую Хокинг отстаивал более 20 лет из-за этого свойства.

... Я согласен с тем, что несу ответственность за аргумент, который я не буду приводить. Но единственное оригинальное в том, что я сказал выше, это утверждение, что если вы войдете во вращающуюся черную дыру, вы пройдете через горизонты Коши и выйдете из той же черной дыры. Этого физически требует унитарность, если горизонт Коши проходим и не вырожден, но карту склейки я так и не нашел. В классической механике нет намека на то, каким оно должно быть, и есть сумасшедшие вещи --- нужно местами склеить время вспять, и надо сделать так, чтобы всегда выходить в будущее.

АБ: ну, хотя ты ни разу не сказал, что тот или иной популярный источник неверен. Итак, Хокинг и Эллис, в конце концов, никогда на самом деле не заявляют, что черные дыры, образовавшиеся в результате гравитационного коллапса, производят червоточины, верно?

... Что касается Хокинга и потери информации, вся идея заключалась только в теореме об отсутствии волос: вы бросаете информацию в черную дыру, она принимает стационарное решение, и вы обнаруживаете, что информация исчезла.

РМ: Хокинг и Эллис не занимают по этому поводу никакой позиции — они просто объясняют, что решение Керра — это червоточина, и что решение Керра формируется. Вы все равно должны все проверить сами, но они оказываются правильными во всех своих пунктах. Черные дыры Керра, образовавшиеся в результате гравитационного коллапса, образуют червоточины, если их внутренние горизонты Коши не слишком сингулярны. Неизвестно, есть они или нет (говорю, что нет). Основное различие между тем, что я говорю, и тем, что говорили люди в 1970-х годах, заключается в том, что я говорю, что червоточина находится в этой вселенной, и вы выходите из той же черной дыры.

... Теорема об отсутствии волос применима в асимптотических временах --- она ​​говорит вам, что черная дыра будет стабильной только в состоянии Керра. Это не означает, что информация исчезает, только то, что конечным состоянием максимальной энтропии является Керр. Это тепловое состояние (если не экстремальное), поэтому оно просто скрывает информацию внутри, как и любое другое тепловое тело. Я прямо утверждаю, что для почти экстремальных черных дыр вещество, которое входит во внешнюю картину, распространяется за горизонт, затем огибает дыру, вспоминает и возвращается обратно, совершая гармонические колебания внутрь и наружу.

Наблюдатель попадает в центр ЧД за конечное собственное время. Если запустить ЧД и наблюдателя на асимптотически плоском фоне с ультрарелятивистской скоростью относительно какого-либо удаленного наблюдателя, собственное время человека внутри черной дыры будет значительно задержано относительно удаленного наблюдателя. Более надежно можно привязать «часы» к черной дыре, введя рядом с ней соответствующие координаты, установить соответствие между собственным временем (положением) наблюдателя внутри черной дыры и временем, которое показывает черная дыра». Часы'. Последний можно поставить в соответствие с выносными часами.

Поэтому вокруг может произойти многое, пока наблюдатель еще не упадет в черную дыру. Наблюдатель также может получить информацию о происходящих вокруг событиях, если она будет передана ему до того, как он упадет.

Представьте теперь, что релятивистски движущаяся черная дыра + падающий наблюдатель столкнутся с другой черной дырой лоб в лоб. При столкновении горизонты событий сольются, наблюдатель почувствует приливные поля от другой черной дыры, и может даже случиться так, что сингулярность другой черной дыры достигнет его первой.

Отсюда: 1) наблюдатель способен почувствовать столкновение, если он еще не достиг сингулярности родной черной дыры, 2) наблюдатель существует до достижения сингулярности, хотя приливные силы могут быть довольно жесткими

Что касается второго вопроса, то горизонты событий многих маленьких черных дыр сливаются, когда черные дыры находятся достаточно близко. Вы можете думать о черной дыре как о точечной массе, окруженной горизонтом сферической формы (грубо говоря). Горизонты имеют тенденцию сливаться при сближении, а точечные массы остаются покрытыми новыми горизонтами, но имеют тенденцию накручиваться друг на друга и со временем сливаться. Если представить себе миллионы маленьких черных дыр, соединенных вместе, то сначала сольются горизонты, а затем все массы под большим горизонтом составят одну большую массу.