Кроме математического вывода, есть ли физическая причина того, почему мы называем горизонт событий черной дыры нулевой поверхностью? Является ли концепция горизонта событий, являющейся нулевой поверхностью, похожей на световой конус, являющийся нулевой поверхностью?
Чтобы точно ответить на вопрос, вы должны понимать концепцию будущей нулевой бесконечности (иногда называемую «scri-plus»). В плоском пространстве-времени будущая нулевая бесконечность — это место, где асимптотически заканчиваются все направленные в будущее световые лучи. В асимптотически плоском пространстве-времени будущая нулевая бесконечность точно так же находится там, где заканчиваются световые лучи, по крайней мере, если они выпускаются достаточно близко к плоской области. Но может случиться так, что свет, запущенный дальше, просто не доберется до будущей нулевой бесконечности. В этом случае мы говорим, что существует черная дыра.
Мы можем представить, что начинаем с плоской области и пытаемся направить свет в будущую нулевую бесконечность. Мы удаляемся все дальше и дальше от плоской области, все еще излучая свет. В какой-то момент свет перестает стремиться к будущей нулевой бесконечности. Самый первый луч света, который не пробился наружу, является частью границы черной дыры. Совокупность всех таких световых лучей — тех, которые едва пробиваются наружу, — определяет нулевую поверхность. (Нулевые касательные к этим лучам света также служат векторами нормалей к этой поверхности — нулевые поверхности нелогичны.) Эта нулевая поверхность называется горизонтом событий.
Световой конус в плоском пространстве-времени также является нулевой поверхностью, созданной лучами, исходящими из одной точки. Но это не горизонт событий, потому что свет достигает будущей нулевой бесконечности. На самом деле световой конус — это классический пример, помогающий понять, почему горизонт событий определяется именно так, как он есть, со ссылкой на будущую нулевую бесконечность. Если вы просто определите черную дыру как область, из которой ничто не может выбраться, то внутренняя часть светового конуса будет черной дырой! Очевидно, это не то, чего мы хотим.
Техническое объяснение этих концепций см. в книге Уолда по GR.
По определению, горизонт событий черной дыры — это оболочка, из которой свет не может выйти наружу. То есть события внутри горизонта событий не могут повлиять на стороннего наблюдателя, так как информация не может уйти изнутри.
Сравните сценарий, описанный выше, со световым конусом в плоском пространстве-времени Минковского. События внутри светового конуса пространственно отделены от событий вне светового конуса, поэтому события внутри не могут причинно влиять на события снаружи.
Я считаю, что именно в этом смысле и горизонт событий, и световой конус называются нулевыми поверхностями, но я допускаю, что могу ошибаться в некоторых точных определениях или используемой терминологии.
Редактировать: Точнее, нулевая поверхность — это гиперповерхность, вектор нормали которой в каждой точке является нулевым вектором (имеет нулевую длину по отношению к локальному метрическому тензору). Из Википедии: https://en.wikipedia.org/wiki/Null_hypersurface Итак, я думаю, что приведенная выше характеристика, основанная на временном и пространственном разделении, все еще верна, но если кто-то может быть более математически точен, чем я, это было бы лучше.
причудливыйкварк
Сэм Гралла