Я прочитал этот вопрос:
Фундаментальное заблуждение, которое у многих возникает в отношении черных дыр, состоит в том, что они думают, что они представляют собой дискретные «вещи», окруженные горизонтами и другими явлениями. Но на самом деле они представляют собой расширенные структуры искривления пространства-времени (подразумевающие различные явления). Сингулярность ничего не делает и не отвечает за гравитационное поле, она следствие поля.
Что такое приливные силы внутри черной дыры?
Насколько я понимаю, согласно общей теории относительности искривление пространства-времени вызвано энергией напряжения (а не массой). Этот ответ использует вакуумное решение для описания черных дыр, и вы можете прочитать в комментариях к этому вопросу, что нет необходимости в присутствии какой-либо материи (или массы) внутри черной дыры, это просто вакуум, но пространство-время сама искривлена, и само гравитационное поле обладает энергией, необходимой для самого искривления. Это включает в себя и саму сингулярность, которая в этом ответе описывается как находящаяся «вне метрики», то есть не являющаяся частью нашего пространства-времени, следовательно, она не может вызывать искривление.
Теперь, если внутри черной дыры вакуум (модель представляет собой вакуумное решение), то газового вещества сколлапсировавшей звезды там нет (насколько я понимаю, оно находится в сингулярности), а сингулярность не является частью нашего пространства-времени, то ни то, ни другое не может вызвать искривления.
Опять же, ОТО описывает кривизну как вызванную энергией напряжения. Если внутри черной дыры нет ни материи, ни массы, ничего с энергией-напряжением, кроме сингулярности, но сингулярность не является частью нашего пространства-времени, то что вызывает искривление?
В комментариях есть предположения, что газообразная материя коллапсирующей звезды трансформируется в энергию самого гравитационного поля. Но я не понимаю, как электроны и кварки могут превращаться в гравитоны.
Тем не менее, как само гравитационное поле может вызвать искривление или как оно может поддерживать себя? Гравитация поддерживает себя, кривизна означает энергию напряжения в гравитационном поле, и эта энергия вызывает кривизну?
Вопрос:
. Если черные дыры — это просто пустой вакуум пространства внутри, то что вызывает кривизну?
ОТО описывает искривление как вызванное энергией напряжения.
Это утверждение немного неверно и является причиной вашего замешательства.
Технически, в ОТО тензор энергии напряжения является источником кривизны. Это не совсем то же самое, что быть причиной.
Простая аналогия с уравнениями Максвелла. В уравнениях Максвелла заряд и плотность тока являются источниками электромагнитного поля. Однако, хотя источником поля являются заряды, существуют нетривиальные решения уравнений Максвелла, в которых нет источников. Они называются вакуумными растворами и включают плоские волны. Другими словами, уравнения Максвелла допускают решения, в которых волна просто существует и распространяется вечно, не имея никаких зарядов в качестве источника.
Аналогично с уравнениями поля Эйнштейна (EFE). Источником кривизны является тензор энергии напряжений, но так же, как и в уравнениях Максвелла, существуют нетривиальные вакуумные решения, включая метрику Шварцшильда. В этом решении причины кривизны не больше, чем причины плоской волны в уравнениях Максвелла. Кривизна в метрике Шварцшильда — это просто способ искривления вакуума даже без каких-либо источников.
Теперь и в уравнениях Максвелла, и в EFE вакуумные решения не особенно реалистичны. Заряды существуют, как и энергия напряжения. Таким образом, Вселенная в действительности не описывается вакуумным раствором ни в том, ни в другом случае. Поэтому обычно только небольшая часть вакуумного решения используется для описания лишь небольшой части Вселенной, начиная с некоторой совпадающей границы. Плоская волна может соответствовать вакуумной области рядом с током, а решение Шварцшильда может соответствовать вакуумной области вне коллапсирующей звезды.
Так что на самом деле причиной искривления могла бы быть энергия напряжения, находящаяся вне решения вакуума, в части Вселенной, не описываемой метрикой Шварцшильда. Это было бы в причинном прошлом области вакуума, включая вакуум внутри горизонта. Поскольку он находится в причинном прошлом, его можно описать как причину и источник кривизны, при том понимании, что он находится строго за пределами метрики Шварцшильда, которая представляет собой чисто вакуумное решение, в котором кривизна не имеет источника.
если внутри черной дыры нет ни материи, ни массы, ничего с энергией-напряжением, а сингулярность не является частью нашего пространства-времени, то ни то, ни другое не может вызвать искривление
Вдобавок к великому ответу Дейла — уравнения поля Эйнштейна (УЭП) локальны. Представьте себе одинокую планету во Вселенной. Тогда везде за пределами планеты существует вакуум, и, поскольку EFE локальны, решения, которые будут описывать внешнюю часть планеты, являются вакуумными решениями. Невакуумные решения нужны только для описания недр планеты.
Но математически мы можем просто игнорировать планету. Мы можем объявить, что оно не является частью пространства-времени, и у нас останется пространство-время, полностью описываемое вакуумным раствором, но с дырой внутри него. В этом пространстве-времени с дыркой не будет материального источника искривления, но по здравому смыслу мы можем понять, что в нашем пространстве-времени чего-то не хватает, и этот источник, вероятно, находится в дыре, которую мы по какой-то причине убрали из нашей модели. .
Если нас интересует только пространство-время вне планеты, как, например, НАСА, то модель с дыркой достаточно хороша, а дырка и пространство-время без источника никого не волнуют, кроме философов.
Сингулярность — аналогичный сценарий, хотя и немного более драматичный. Сингулярность — это то место, где математика ломается. В планетарном сценарии мы сознательно удалили планету из пространства-времени и при желании можем вернуть ее обратно, но в случае сингулярности у нас нет выбора. Наша математика не может описать это, поэтому у нас остается пространство-время с дырой внутри, но мы математически не в состоянии заполнить эту дыру. Возникающие бесконечности запрещают нам использовать дифференциальную геометрию для расширения пространства-времени, чтобы избавиться от дыры. и вернуть источник обратно в пространство-время. Но тем не менее мы можем использовать эту модель с дырой достаточно хорошо, чтобы описать то, что происходит за ее пределами. Однако, опираясь на здравый смысл, можно понять, что материя находится в сингулярности, или даже лучше,
Я хочу сказать, что только потому, что источник не является частью нашей модели пространства-времени, это не означает, что он не может вызывать искривление. Как и в случае с планетой, мы можем убрать планету из пространства-времени и создать математическую модель без источников, но физически подразумевается, что источник есть. Мы просто решили не включать (или не смогли) включить его в модель.
Вы можете представить себе общую (риманову) кривизну как состоящую из двух частей: кривизны Риччи и кривизны Вейля. Кривизна Риччи определяется тензором энергии-импульса, и наоборот. Поскольку Шварцшильд является вакуумным решением, а это означает, что его тензор энергии-импульса равен нулю, его кривизна Риччи также равна нулю. Кривизна Вейля, с другой стороны, не зависит от локальной материи (энергии напряжения). То есть в данной точке кривизна Вейля не зависит от материи в этой точке. Кривизна Вейля описывает распространяющиеся эффекты, такие как гравитационные волны от удаленного столкновения черных дыр. Поскольку пространство-время Шварцшильда искривлено (это означает, что его тензор Римана отличен от нуля) и вакуум, его кривизна должна быть кривизной Вейля.
Есть некоторые несоответствия между метрикой Шварцшильда и ее физической интерпретацией как черной дыры, образованной из коллапсирующего вещества. (Не поймите меня неправильно, Шварцшильд хорошо работает и чрезвычайно полезен.) Физически мы ожидаем, что черные дыры образуются из материи, такой как коллапс звезды. Интуитивно я ожидал бы, что материя окажется в сжатом состоянии в центре. И все же решение Шварцшильда — это вакуум, где бы не было материи! Сингулярность ( ) не является частью пространства-времени, так что дело не в этом. Большинство людей ожидают, что будущие теории улучшат ситуацию, например, квантовая гравитация может устранить сингулярность.
Так что же вызывает искривление? Насколько я понимаю, он не может исходить из-за горизонта, потому что гравитация не может распространяться быстрее света. Итак, представьте схлопывающийся сферический шар материи. Вне его выполняется метрика Шварцшильда. После того, как весь мяч пройдет внутри радиуса Шварцшильда , он больше не может ни на что влиять на радиусах вне шара, не говоря уже о . Следовательно, гравитационное поле является самоподдерживающимся .
наночеловек
Арпад Сендрей