Я ищу помощи в понимании того, как черные дыры могут перемещаться в пространстве. Вероятно, это тривиальный вопрос для любого, кто разбирается в астрономии, но, вероятно, из-за отсутствия у меня образования в этой области я не могу придумать ответ или визуализацию самостоятельно.
В частности, мое замешательство заключается в следующем:
Я видел, как доктор Кип Торн в документальном фильме о черных дырах утверждал, что в черной дыре больше нет материи после ее образования. Он сказал что-то вроде того, что материя была там, но она была уничтожена и в основном преобразована в энергию, которая производит такую большую кривизну пространства-времени.
Из этого описания мне кажется, что внутри горизонта событий черной дыры просто движется эта огромная «впадина» в самом пространстве-времени.
Я также видел доктора Эндрю Гамильтона в другом документальном фильме о том, что в пределах горизонта событий черной дыры (опять же перефразируя) пространство падает к сингулярности так быстро, что фактически увлекает за собой все (включая свет).
Опираясь на 1 (в черной дыре не остается материи) и 2 (пространство притягивается к гравитационной сингулярности со всех сторон), я пытаюсь представить движение черной дыры, и мне кажется, что если, скажем, черная дыра движется в одном направлении, я вижу, как его горизонт событий также движется, принося в него этот кусочек пространства. Но как другой конец черной дыры может «выпустить» пространство, чтобы завершить движение?
Я почти уверен, что просто что-то здесь упускаю, потому что, как я узнал, черные дыры были обнаружены в галактиках, солнечных системах и многих других местах, где они должны двигаться. Но я хочу понять, почему само пространство может пересечь горизонт событий, когда другие вещи не могут. И в этом отношении мне кажется удивительным, что черная дыра может быть своего рода шрамом в пространстве-времени, который также может двигаться сквозь него.
Спасибо за любую помощь и извините за многословный вопрос.
ОБНОВЛЕНИЕ: Спасибо за ответы. Я надеюсь, что когда-нибудь я смогу полностью их понять. :-)
Я хотел бы добавить дополнительный контекст, который лучше иллюстрирует мой вопрос.
Если вы перейдете к видео здесь и посмотрите первую минуту или около того (примерно до 31:00)
http://youtu.be/Niurc_6xIYg?t=29m48s
вы можете увидеть, как Эндрю Гамильтон объясняет, о чем у меня есть вопрос, а также анимацию, иллюстрирующую описание.
С одной стороны, пространство-время искривлено таким образом, что структура черной дыры остается неизменной, то есть существует постоянный горизонт событий, порожденный этой крайней кривизной. Но, с другой стороны, доктор Гамильтон описывает поток пространства-времени между горизонтом событий и внутренним горизонтом, и он говорит, что внутри этой области само пространство (которое, по его словам, не имеет субстанции) может быть описано как втекает и выбрасывается обратно.
Я не понимаю, как у пространства могут быть эти два противоположных свойства - (1) кривизна, которая сохраняется для того, чтобы существовала черная дыра, то есть кривизна, порожденная тем, что материя может взаимодействовать с пространством, и (2) поток пространства, которое звучит так, как будто на него не распространяется ограничение на пересечение горизонта событий.
Это та очевидная разница между (1) и (2), которую я хочу лучше понять.
Спасибо!
- Я видел, как доктор Кип Торн в документальном фильме о черных дырах утверждал, что в черной дыре больше нет материи после ее образования. Он сказал что-то вроде того, что материя была там, но она была уничтожена и в основном преобразована в энергию, которая производит такую большую кривизну пространства-времени.
Изолированные черные дыры действительно являются вакуумными решениями общей теории относительности. Так, в частности, масса и плотность энергии равны нулю везде в пространстве-времени. Из-за некоторых технических проблем это не означает, что у черных дыр нет энергии или массы; скорее, это означает, что мы не можем напрямую думать о них как об интеграле массы или плотности энергии. См. также этот вопрос.
- Я также видел доктора Эндрю Гамильтона в другом документальном фильме о том, что в пределах горизонта событий черной дыры (опять же перефразируя) пространство падает к сингулярности так быстро, что фактически увлекает за собой все (включая свет).
Для изолированной черной дыры в определенном поле кадра это правильное изображение. Например, пространство-время Шварцшильда в координатах Гульстранда–Пенлеве можно интерпретировать как евклидово пространство, падающее в черную дыру. Однако само пространство-время стационарно (даже статично) в геометрическом смысле — существует времяподобное поле, представляющее направление, в котором геометрия пространства-времени остается неизменной (фактически это соответствует времени Шварцшильда). Точно так же вращающееся пространство-время черной дыры стационарно.
Но, вообще говоря, вы действительно не можете думать о черных дырах как о каких-то отстойных дырах для космоса. Это просто аналогия, применимая к простым ситуациям (изолированные черные дыры, в которых больше ничего нет в пространстве-времени), и только в определенной системе отсчета или координатах. Это не значит, что это бесполезно — например, акустические горизонты в жидкостях — интересные аналогии с горизонтом событий, — но не воспринимайте это слишком буквально. См. также этот вопрос.
- Опираясь на 1 (в черной дыре не остается материи) и 2 (пространство притягивается к гравитационной сингулярности со всех сторон), я пытаюсь представить движение черной дыры, и мне кажется, что если, скажем, черная дыра движется в одном направлении, я вижу, как его горизонт событий также движется, принося в него этот кусочек пространства.
Так в чем проблема?
Но как другой конец черной дыры может «выпустить» пространство, чтобы завершить движение?
Для реалистичных черных дыр нет «другого конца». Если вы действительно хотите связать все воедино, то интерпретируйте комментарий доктора Торна о том, что вещество, попадающее в сингулярность, исчезает из существования, как применимое и к космосу. Это не выходит из какого-то «другого конца». Оно перестает существовать.
Но на самом деле аналогия с жидкостью уже не имеет смысла. Я думаю, доктор Гамильтон мог бы заметить, что полное максимально растянутое пространство-время Шварцшильда — это черная дыра, так что можно думать, что оно «выходит» из соответствующей белой дыры, но он также сказал бы вам , что эта белая дыра — это черная дыра. математический артефакт, не имеющий ничего общего с настоящими астрофизическими черными дырами.
Но я хочу понять, почему само пространство может пересечь горизонт событий, когда другие вещи не могут.
Конечно могут. В аналогии с падающей жидкостью они увлекаются всасываемым пространством. Возможно, вы думаете о том факте, что объекту требуется бесконечное время Шварцшильда, чтобы достичь горизонта событий. Но это не означает, что вещи не могут пересекать горизонт; скорее, это просто симптом того, что координатная карта Шварцшильда не закрывает горизонт.
Интуитивно представьте себе координатную карту как «сетку», нарисованную на участке пространства-времени. Это пятно может быть всем пространством-временем, а может быть только его частью. В случае с обычными координатами Шварцшильда это просто кусок... тот, который просто не закрывает горизонт.
Что касается последней части, я имел в виду пространство, пересекающее горизонт событий в другую сторону — из сферы, ограничивающей горизонт событий, — тогда как материальные объекты идут в одну сторону — внутрь, а не наружу, само пространство-время не кажется таким ограниченным, по крайней мере, не в чувство «пришпиливания» черной дыры к одной части самой себя.
Хорошо, ваш отредактированный вопрос дает больше контекста. Но ответ совершенно тот же: в видео доктор Гамильтон говорит о максимальном аналитическом расширении решения вращающейся черной дыры, которое действительно содержит проход в совершенно другую область (иногда называемую другой «вселенной»). Это очень похоже на максимально расширенное пространство-время Шварцшильда, которое содержит червоточину, возвращающуюся из белой дыры в другую область пространства-времени, за исключением того, что расширение пространства-времени вращающейся черной дыры Керра содержит бесконечную цепочку таких связанных областей.
Я не смотрел все видео, но ясно, что именно это они имеют в виду, когда говорят «на корабле, движимом чистой математикой», потому что причинно-следственная структура таких пространств-временей хорошо известна. Еще раз обращаю ваше внимание на собственную страницу доктора Гамильтона, указанную выше, где объясняется, что эта картина двойного водопада является артефактом математической идеализации, а не чем- то, что на самом деле происходит в реальности.
Однако, даже если вы слишком серьезно относитесь к максимальному аналитическому расширению пространства-времени таких черных дыр, важно подчеркнуть, что вы возвращаетесь не в ту же область, а скорее в другую, соединенную червоточиной внутри горизонта. Если вы согласны, я также рекомендую конформные диаграммы упомянутого пространства-времени черных дыр доктора Гамильтона, которые совершенно ясно показывают, что происходит целая «цепочка» черных дыр и белых дыр.
В основном, но не исключительно, решения, подобные черным дырам (я добавляю «-подобные» в качестве намека на трудности математического определения ЧД в удовлетворительном общем виде) изучаются в идеализированных условиях асимптотически плоского пространства-времени. Асимптотически плоское пространство-время имеет свойство быть похожим на плоское пространство-время Минковского при правильно выбранном понятии бесконечности и может рассматриваться как идеализированное хотя бы по той причине, что все основные космологические модели не считаются асимптотически плоскими. Однако эта настройка по-прежнему является хорошим способом делать предсказания о реальных черных дырах, поскольку мы можем аппроксимировать «очень далеко» для «на бесконечности» и «почти плоско» для «плоскости».
В плоском пространстве-времени, если мы хотим изменить нашу точку зрения, мы можем выполнить усиление Лоренца для наших координат, что не изменит физику пространства-времени, но изменит то, как мы воспринимаем определенные свойства, такие как скорости объектов, длины, время между событиями, и т. д. В асимптотически плоском пространстве-времени мы можем выполнить лоренцевское усиление наших координат на бесконечности, чтобы добиться аналогичного эффекта без изменения физики пространства-времени. Например, мы можем выполнить усиление Лоренца на бесконечности и расширить новые усиленные координаты, чтобы создать новые координаты, в которых черная дыра движется в пространстве с некоторой ненулевой скоростью. В наших новых координатах некоторые свойства будут изменены (например, форма горизонта событий), тогда как другие свойства останутся неизменными.
вебпринтер