Благодаря замедлению времени удаленный наблюдатель, наблюдающий за падением человека в черную дыру, увидит только его асимптотическое приближение к горизонту событий. Так как же черные дыры становятся больше?
В системе отсчета черной дыры (если таковая существует) человек действительно поглощается черной дырой. Но информация никогда не достигнет наблюдателя, поскольку любой фотон, испущенный за горизонт событий (который не является поверхностью черной дыры), никогда не достигнет наблюдателя.
Я не думаю, что здесь есть парадокс: падающий наблюдатель будет наблюдать, как он уходит за горизонт. Наблюдатель, находящийся в бесконечности, этого не заметит, но со временем он заметит, что область, из которой он никогда не получает сигналов, расширилась.
Этот вопрос возникает часто, и я думаю, что он иллюстрирует интересный аспект GR. В частности, что именно означает вопрос «Как черные дыры накапливают массу?» иметь в виду?
В GR большинство вопросов не имеют смысла, если вы не укажете, о каком наблюдателе вы спрашиваете, или хотите ли вы получить независимый ответ от наблюдателя. В случае падения объектов в черную дыру получить независимый ответ от наблюдателя легко, поскольку легко вычислить геодезическую траекторию падения объекта в черную дыру. См. любой вводный учебник по GR, или если вы хотите задать новый вопрос об этом, я буду рад опубликовать подробности.
Но большинство людей, задающих вопрос, имеют в виду наблюдателя, и обычно это наблюдатель Шварцшильда, то есть наблюдатель, неподвижно сидящий в бесконечности (или достаточно далеко, чтобы быть фактически бесконечно далеко). В этом случае вы совершенно правы в том, что этот наблюдатель никогда не увидит, как объект достигает горизонта событий, но тогда наблюдатель Шварцшильда никогда не увидит даже форму черной дыры.
Что может сделать наблюдатель Шварцшильда, так это измерить кривизну на некотором ненулевом расстоянии от горизонта событий и сделать из этого вывод, что черная дыра должна существовать. Если наблюдатель сделает это, то бросит в черную дыру некоторую массу и повторно измерит кривизну, и обнаружит, что она увеличилась. Это позволяет им сделать вывод, что масса черной дыры увеличилась, т.е. черная дыра увеличила массу.
Заманчиво стать чрезмерно философским и спросить, что мы подразумеваем под «существовать», но я думаю, что этому искушению следует сопротивляться до тех пор, пока независимый от наблюдателя расчет дает четкий результат. Если я делаю измерения какого-то объекта, и эти измерения согласуются с метрикой Шварцшильда для черной дыры, то я думаю, что имею право заключить, что этот объект является черной дырой.
Во-первых, просто рассмотрение поведения падающей материи в метрике Шварцшильда не дает прямого ответа на вопрос «как они могут расти?» вопрос, поскольку эта метрика описывает неизменную «вечную» черную дыру с постоянной массой. Другая проблема заключается в том, что традиционный горизонт событий, который часто называют определяющей чертой черной дыры, имеет смысл только в контексте всей картины пространства-времени, т. е. включая его полную временную эволюцию. Это связано с тем, что ЭД определяется как граница области, в которой фотоны не могут улететь в будущую нулевую бесконечность, и мы точно не знаем, что фотон может совершить такой побег, пока у нас нет картины всего мира. пространство-время, разложенное перед нами.
По этой причине люди рассматривали другие, более локальные (т.е. не требующие всего пространства-времени) определения черных дыр, основанные на горизонтах захвата и динамических горизонтах. Вот ссылка, описывающая динамический горизонт. В этом исх. рис. 4 показана диаграмма Пенроуза пространства-времени Вайдья, в которой падающее излучение вызывает рост динамического горизонта. Удивительно, но традиционный горизонт событий простирается даже в плоскую (синюю) область. На правом снимке падение радиации прекращается в и с этого момента черная дыра выглядит как черная дыра Шварцшильда.
Дополнительная информация о сценарии Вайдья-Шварцшильда доступна здесь , а общая трактовка различных вариантов определения горизонта здесь .
Чхарви