Насколько разумно заключить, что из системы удаленного наблюдателя материя, падающая в сторону черной дыры, никогда не пересекает горизонт событий, поскольку ∆ t → 0 при v → c (согласно преобразованию Лоренца)?
Если это обоснованная точка зрения, то она, кажется, решает информационный парадокс, потому что падающая материя никогда не теряется из наблюдаемой Вселенной. Кроме того, поскольку падающее вещество из кадра наблюдателя остается на горизонте событий, оно представляет собой отрицательную (гравитационную) энергию, которая уравновешивает энергию основного излучения Хокинга, тем самым сохраняя сохранение вещества/энергии.
Существующие потоки на StackExchange указывают на сильно расходящиеся ответы на этот вопрос (например , горизонт событий черной дыры ). Эти расхождения, по-видимому, во многом определяются несовместимостью квантовой механики и общей теории относительности.
Итак, я думаю, я спрашиваю, можно ли считать этот классический взгляд на черные дыры правильным или неправильным, в отличие от «просто» несовместимого с квантовой механикой.
Моя интерпретация состоит в том, что вы выдвигаете следующее возражение против информационного парадокса черной дыры:
По словам наблюдателей, удаленных от дыры, причинным линиям требуется бесконечное координатное время, чтобы пересечь горизонт событий. Таким образом, для этих наблюдателей падающая информация никогда не теряется, а лишь очень сильно смещается в красную сторону; в сущности он остается «нарисованным» на горизонте, очень смутно, но навсегда. Поэтому никакого парадокса нет, просто непонимание того, как работают координаты.
Есть несколько ответов на это стандартное, но часто не обсуждаемое возражение.
Реальная материя квантуется . Таким образом, экспоненциальное красное смещение в конечном итоге приводит к ситуации, когда «последний квант» попадает в дыру. В конце концов, он действительно падает, и дело действительно исчезает.
Судьба дыры после распада . Черные дыры излучают излучение Хокинга, которое уменьшает их массу. В конце концов это уменьшает их массу до нуля, и дыры исчезают. После этого момента остается только излучение Хокинга. Но согласно теории излучение является именно тепловым, поэтому информация в конечном итоге теряется, даже по мнению удаленных наблюдателей: мы начали с кучей материи, а в итоге получили поле излучения, температура которого зависит только от общей массы материи.
Тогда можно предложить следующий также стандартный ответ на возражение 2:
Это возражение показывает только то, что во время фактического разрушения дыры должно происходить что-то странное. Но это, очевидно, эффект квантовой гравитации. Таким образом, нет необходимости изменять наше понимание того, что происходит с дырой перед распадом: она просто остается нарисованной на горизонте до тех пор, пока дыра не будет уничтожена.
Некоторые канонические ответы:
Остатки кажутся абсурдными . Если бы к этому ответу относились серьезно, то он по существу подразумевал бы, что вся информация о черной дыре — объект потенциально произвольной массы! - каким-то образом может содержаться в объеме планковского масштаба. Это было бы очень странно.
Временная шкала страницы . Можно показать, что примерно первая половина информации о черной дыре должна быть испущена в течение того же временного масштаба «Страницы», который требуется для испускания примерно половины массы. Кажется, это означает, что происходит что-то плохо понимаемое, даже когда дыра велика.
Первая проблема заключается в том, что в ОТО нет такого понятия, как «фрейм наблюдателя», кроме как в небрежной речи. Существуют различные системы координат. Две системы координат могут сколько угодно совпадать для наблюдателя, но различаться в другом месте. И все системы координат равны, ни одна не предпочтительнее.
Чем можно заменить «рамку наблюдателя»? Наиболее вероятным кандидатом кажется использование гармонических координат — они действительно существенно упрощают уравнения Эйнштейна, используются в ньютоновском пределе и в формализме PPN ( см. здесь ) или в доказательстве локального существования и единственности Шоке-Брюа, грубо говоря, единственном разумный кандидат на предпочтительные координаты. Чтобы определить гармонические координаты, нужны некоторые начальные значения, потому что гармоническое условие - это только уравнение эволюции для них, но это дают координаты Минковского до коллапса. Это дает, грубо говоря, временную координату Шварцшильда, таким образом, это будет такая система координат, в которой вещество коллапсирующей звезды никогда не достигает горизонта.
С точки зрения классической ОТО единственное возражение состоит в том, что эти координаты не покрывают полного решения.
Если включить в рассмотрение излучение Хокинга, то следует обратить внимание на транспланковскую проблему (чтобы вывести, что излучение Хокинга длится более секунды после коллапса, нужно предположить, что квазиклассическая теория остается справедливой для расстояний порядка планковской длины или около того). Основной способ решения этой проблемы состоит в том, чтобы полагаться на некоторые результаты Боулвера и других, что некоторое излучение Хокинга остается, если рассматривать различные регуляризации. Проблема в том, что эти регуляризации нарушают ковариацию, поэтому требуют предпочтительных координат, и они получают излучение Хокинга только в том случае, если предпочтительные координаты связаны с падающими наблюдателями. Если они неподвижны, излучения Хокинга не будет. И если кто-то хочет полагаться на модификации ОТО с предпочтительными координатами, смотрите кандидатов выше.
Если проигнорировать это и предположить излучение Хокинга, то можно опубликовать идею о том, что ЧД испаряется перед тем, как образоваться, даже в Phys.Rev., как это сделал Gerlach, PRD 14, 1479 (1976), и получить цитаты из стандартных учебников, таких как Birrell. , Дэвис, квантовые поля в искривленном пространстве-времени, так что это достаточно близко к правдоподобности.
Обратите внимание, что свойство «черная дыра» относится к наблюдателю. Свободно падающий наблюдатель ничего странного вроде горизонта событий и т. д. не заметит. У таких наблюдателей не будет информационного парадокса. Но аналогично, у покоящегося относительно черной дыры наблюдателя тоже не будет информационного парадокса, так как в нее никогда ничего не падает.
Подход к расчету см. здесь: https://physics.stackexchange.com/a/171596/75518 .
Если вы рассматриваете космический корабль как v → c, то кто-то в стационарной системе отсчета, наблюдая за космическим кораблем, также увидит ∆ t → 0 (на космическом корабле). Следует отметить, что космический корабль все еще движется вперед на скорости, близкой к c. Время останавливается только для вещей, движущихся на космическом корабле (как это наблюдает кто-то в стационарной системе отсчета), но сам космический корабль все еще движется вперед с очень высокой скоростью.
То же самое происходит с материей, падающей в черную дыру. Если на то пошло, время замедляется (как наблюдает удаленный наблюдатель), но материя в целом (скажем, космический корабль) все еще движется к черной дыре со скоростью, приближающейся к c.
Вы правы, что по этому поводу существуют самые разные мнения (и много путаницы). Это происходит (на мой взгляд) из-за того факта, что свету, покидающему черную дыру, требуется больше времени, чтобы уйти, чем попасть внутрь. Например, фотон точно на горизонте событий, летящий прямо от черной дыры, не может уйти и теоретически может быть неподвижным. Фотон сразу за пределами черной дыры будет улетать очень медленно и так далее.
Это приводит к тому, что удаленный наблюдатель (который, скажем, наблюдает, как свет отражается от падающего вещества) никогда не увидит падение объекта. Это связано с тем, что свету, отражающемуся от вещества, требуется все больше и больше времени, чтобы вернуться к наблюдателю. ближе он подходит к горизонту событий, и, по сути, изображение, которое они видят, медленно исчезает. Фактическая материя уже давно пересекла горизонт событий, но внешний наблюдатель никогда не сможет этого увидеть.
Теперь вы можете принять точку зрения, что вещи происходят на самом деле, даже если никто их не наблюдает, или вы можете принять точку зрения, согласно которой в теории относительности все относительно системы отсчета, так что вы можете описать что-то только из системы отсчета. ссылка (например, удаленный наблюдатель никогда не видит, что материя пересекает горизонт событий (и никакие другие системы отсчета тоже этого не делают), поэтому этого не происходит).
Итак, давайте согласимся, что материя падает в черную дыру. Это не решает информационный парадокс, и, насколько мне известно, удовлетворительного объяснения этому нет. Мы могли бы сказать, что либо мы что-то упустили в решении, либо одна из предпосылок, на которых оно основано, неверна (так что парадокса нет).
Одна из предпосылок состоит в том, что черная дыра испаряется (из-за излучения Хокинга), и поэтому информация о падающих частицах теряется. Излучение Хокинга вызвано флуктуациями вакуума вокруг горизонта событий, порождающими виртуальные частицы, одна из которых улетает (с положительной энергией (не путать с зарядом)) и падает в черную дыру (которая в силу сохранения энергия имеет отрицательную энергию и поэтому заставляет черную дыру испаряться).
Мой вопрос был бы таким: если бы энергия для этих виртуальных частиц поступала извне черной дыры (например, поступала в маленькое пространство в виде невидимых частиц, скажем, в результате столкновений темной материи или чего-то еще), тогда не было бы необходимости в частицах с отрицательной энергией, черных дырах. не испарялся бы и не было бы информационного парадокса?
пользователь10851
Qмеханик