Падение в черную дыру

Ответ на этот вопрос для случая простой черной дыры Шварцшильда дан Тейлором и Уилером в их книге под названием «Исследование черных дыр» (Аддисон, Уэсли, Лонгман, 2000, страницы B20-B24). Существует огромная разница в том, что воспринимал бы наблюдатель-«оболочка», ставший неподвижным сразу за горизонтом событий, по сравнению с наблюдателем, свободно падающим в черную дыру.

Ваш вопрос предполагает, что наблюдатель падает в черную дыру. Этот наблюдатель сможет увидеть внешнюю Вселенную изнутри горизонта событий. Свет будет смещен в сторону синего, и он будет искажен/аберрирован таким образом, что по мере приближения наблюдателя к сингулярности свет от остальной части Вселенной будет выталкиваться наружу (т. е. угол обзора по отношению к линии падения становится равным больше) в ореол и, наконец, интенсивное кольцо излучения с голубым смещением, которое идет по всему небу, с чернотой как перед наблюдателем, так и позади. Ничего особенного не происходит с наблюдателем, когда он пересекает горизонт событий.

Наблюдатель-«оболочка», использующий почти бесконечную ракетную мощность, чтобы зависнуть чуть выше горизонта событий, увидит всю вселенную, сжатую в маленькую, яркую, смещенную в синий цвет точку над головой.

Конечно, внутри горизонта событий не может быть наблюдателей-оболочек, поскольку все вынуждено двигаться к сингулярности.

NB: Все это просто предполагает классическую теорию ОТО. Для получения дополнительной информации и анимаций вы можете обратиться к набору ресурсов Эндрю Гамильтона .

Ответ на самом деле немного страннее, чем вы предполагаете. Правильный способ взглянуть на эту проблему — посмотреть на траектории световых лучей, пересекающих ваше положение по мере того, как вы все ближе и ближе приближаетесь к черной дыре (поскольку они обратимы, они могут представлять, что вы посылаете сигнал или наблюдаете за далекими звездами). ).

Когда вы приближаетесь к ней издалека, черная дыра будет постепенно увеличиваться по мере вашего приближения. Чем ближе и ближе вы подходите, тем больше и больше часть неба будет казаться темной, пока не заполнит весь горизонт. Однако вы все еще не внутри горизонта событий. По мере вашего приближения горизонт событий будет заполнять все большую и большую часть неба позади вас, пока вся Вселенная не появится в виде маленькой точки на горизонте прямо вдали от дыры, а затем исчезнет, ​​когда вы пересечете горизонт.

Существует относительно новая теория (2012 г.), называемая теорией брандмауэра, которая гласит, что на горизонте событий существует огромная «стена огня» как таковая. Это связано с тем, что квантово-запутанные частицы, которые пересекают горизонт (или половина пары запутанных частиц), становятся хитрыми и начинают нарушать законы, такие как моногамия запутанности. Поэтому группа физиков решила, что должен существовать механизм, который разрывает запутанность на горизонте событий, чтобы избежать этого парадокса. Для этого на горизонте событий должно быть огромное количество энергии. Так что для любого наблюдателя их путешествие может остановиться на горизонте событий, потому что они просто сгорят или разорвутся на атомы. Теория брандмауэра все еще остается только теорией, и многим она не нравится (например, Стивену Хокингу), но это просто мысль :)

Вам суждено достичь сингулярности за конечное время, поэтому нет хорошего способа определить космический горизонт по отношению к вам. Предсказано, что ускоренное расширение нашей Вселенной является результатом того, что наша Вселенная является вселенной Де-Ситтера, а во вселенной Де-Ситтера без гравитации любой свободно падающий наблюдатель будет наблюдать космический горизонт и точно так же, как он ничего не будет наблюдать никогда. пересечь горизонт событий черной дыры, они не увидят ничего, кроме космического горизонта, за которым они наблюдают. Можно представить себе, что у вас есть космический горизонт, когда вы падаете в черную дыру, но если вы не можете наблюдать, как что-либо проходит через нее в течение бесконечного промежутка времени, вы, конечно же, не можете наблюдать, что что-либо проходит через нее в течение бесконечного промежутка времени. конечное количество времени, прежде чем вы достигнете сингулярности.

Этот вопрос является примером действительно печально известного непонимания черных дыр Шварцшильда. Это включает в себя представление черных дыр как экзотической области пространства, скрытой сферической оболочкой, называемой горизонтом событий, и что в радиальном центре этой сферической оболочки есть ужасное место, называемое сингулярностью. Ну неправильно все это. Чего вы упускаете, так это наблюдения, что, когда вы пересекаете горизонт событий, световой конус настолько сжимается, что пространство и время меняются местами.

Внутри горизонта событий метрика Шварцшильда определяется выражением

где$s(t) := |1-\tau_g/ t|$, и$\tau_g = 2GM$это так называемый « гравитационный радиус » источника массы$M$, и$w$это обычная метрика на$S^2$.

Обратите внимание, что пока вы находитесь внутри черной дыры, пространственная гиперповерхность в любой момент времени$S^2\times \mathbb R$который имеет бесконечный объем и является конформно плоским. Нет центральной сингулярности или какого-либо горизонта событий. Они расположены во времени, а не в пространстве. Итак, ваш вход через горизонт событий находится в вашей прошлой истории в точке$t= \tau_g$и ваша возможная смерть в сингулярности находится в вашем будущем в$t = 0$. Черная дыра — это бомба замедленного действия.

Итак, ответ на ваш вопрос таков: любой свет от меня (стороннего наблюдателя) появится внутри черной дыры в тот же момент, что и вы, однако будет отделяться от вас в пространстве на таком же расстоянии, как был отделён в время вне горизонта событий. Поэтому, если ты проживешь достаточно долго, однажды ты увидишь меня на далеком горизонте своего неба. Тем не менее, вы не можете смотреть на сингулярность, потому что она ждет вас в вашем будущем, а вы не гадалка.