Плотность черной дыры

Как большее сжатие связано с более сильным гравитационным притяжением. Например, когда мы говорим, что черная дыра — это крошечное пространство, в котором сжато 20-30 солнц, как это увеличивает ее плотность и силу гравитационного притяжения (я открыт для математических ответов, но я предпочитаю ответ непрофессионала для лучшего понимания). понимание)

@PM 2Ring, не могли бы вы связать вопросы? На сайте Physics.SE их слишком много.
Я постараюсь найти некоторые, которые помогут вам. Вот хороший пример для начала. astronomy.stackexchange.com/q/2240/16685
@PM 2Ring, Спасибо. Могу ли я опубликовать тот же вопрос на сайте Physics.SE?
На расстоянии ЧД в 20 масс Солнца имеет такую ​​же гравитацию, как обычная звезда такого же размера на том же расстоянии. У него нет дополнительной силы всасывания, хотя приливные эффекты становятся экстремальными, когда вы приближаетесь, просто из-за вашего расстояния от центра. Любой свет или материя, попадающие в ЧД, быстро падают в центр. Чистая общая теория относительности говорит, что она исчезнет с лица земли, но мы ожидаем, что квантовые эффекты изменят это, но ядро ​​ЧД все еще будет крошечным, вероятно, меньше атома в условиях квантовой гравитации.
Когда что-то падает в ЧД, оно становится тяжелее, поэтому его гравитация становится сильнее. Нет предела тому, сколько BF может потреблять, но если слишком много вещей пытается упасть сразу, вы получаете что-то вроде пробки сразу за пределами BH, и поскольку эти вещи сталкиваются на скоростях, приближающихся к скорости света, столкновения чрезвычайно зрелищны. испуская огромное количество излучения во всем спектре и извергая обломки столкновения, иногда более 1000 световых лет для большой активной ЧД, такой как M87*.
@PM 2Звонок, а, хорошо. Спасибо. Подожду еще время, чтобы получить другие ответы
Я сократил его до одного вопроса, это не слишком широко.
Это не ограничивается черными дырами или другими особыми объектами высокой плотности во Вселенной. Гравитация зависит от общей массы, а общая масса в сфере данного радиуса зависит от плотности материала.
Я не уверен, что вы подразумеваете под «как это увеличивает его плотность?» Плотность — это, по определению, количество вещества, втиснутого в единицу пространства; если вы втиснете больше материала, он будет плотнее. Это похоже на вопрос: «Как добавление дополнительных звеньев в цепочку делает ее длиннее?»
@PM2Ring «Нет предела тому, сколько парень может съесть» Он снова съел все, что было в холодильнике ?
@ Дэвид Ой. Телефон снова шарит пальцем .
@ PM 2Ring, черная дыра похожа на обычную дыру, в которую падают предметы, или это твердое тело, которое просто искривляет пространство-время настолько сильно , что создает действительно глубокий отпечаток на ткани пространства-времени? (Я использую аналогию с резиновым листом)
Ну, это похоже на дыру на Земле в том смысле, что вещи падают в дыру из-за гравитации. И в аналогии с резиновым листом, да, BH создает очень крутую депрессию, из которой невозможно выбраться, как я упоминал в своем комментарии к ответу Флорина. Мы не знаем точно, на что похоже ядро ​​ЧД, для этого нам нужна теория квантовой гравитации. Но это определенно не твердый объект из обычной материи. В стандартном GR, используя аналогию с резиновым листом, там нет ничего, даже резины.
Бен Кроуэлл обсуждает особенности ОТО в этом ответе Physics SE . Это довольно технический ответ, но вы можете получить от него полезную информацию. В частности, «Сингулярность в ОТО подобна куску, вырезанному из многообразия. Это вовсе не точка и не точечное множество».

Ответы (4)

Мы можем понимать гравитацию как следование набору математических уравнений под названием «Общая теория относительности», которые были открыты Эйнштейном (и другими) примерно в начале 20-го века. Те же гравитационные уравнения применимы к черным дырам, звездам, планетам, людям, яблокам и т. д. Эти уравнения очень трудно решить. К счастью, есть очень хорошее приближение, которое было открыто Исаком Ньютоном около 350 лет назад.

В нем говорится, что между любыми двумя объектами существует сила, пропорциональная массе каждого объекта и обратно пропорциональная квадрату расстояния между объектами. Чем ближе объекты друг к другу, тем сильнее сила гравитации. Для обычных объектов (таких как вы и яблоко) величина этой силы настолько мала, что ее почти невозможно обнаружить. Но если один из объектов очень большой (например, планета), то он становится очень сильной силой.

Так что, если вы получите пару шаров пенопласта. Они имеют некоторую массу, поэтому между ними существует сила тяжести. Но поскольку они не очень плотные, они не могут подойти очень близко друг к другу. Если вы раздавите пенопласт, вы сделаете его более плотным. Это позволит вам сблизить шары, и поэтому сила тяжести на поверхности будет больше. Если вы не сдвинете шары ближе друг к другу, то сила между шарами останется прежней. Важно расстояние между массами.

Если у вас есть шар из какой-либо материи, его будет стягивать некая гравитационная сила. Если объект очень большой, его единственная сила тяжести будет давить на центр объекта. Например, центр Земли находится под очень высоким давлением из-за собственной гравитации Земли.

Если бы не гравитация, газ, из которого состоит звезда, улетел бы в космос. То, что удерживает его на одном месте, — это гравитация — его собственная гравитация. Звезда буквально сжимается собственной гравитацией, и давление огромно. Это происходит из-за того, что каждый атом гравитационно притягивается ко всем другим атомам в звезде, все они вот так притягиваются друг к другу — это то, что мы подразумеваем под «собственной гравитацией звезды». Если звезда достаточно массивна, собственная гравитация будет сдавливать ее, пока она не превратится в нейтронную звезду или даже в черную дыру.

Звезда очень массивна, и ее собственной гравитации было бы достаточно, чтобы раздавить ее, если бы внутри нее не было ядерной печи, обеспечивающей энергию, чтобы остановить это. Но когда у звезды заканчивается топливо, ее собственной гравитации достаточно, чтобы раздавить ядро ​​звезды. Поскольку теперь у вас есть такое же количество массы в меньшем шаре, гравитация на поверхности больше.

Для черной дыры этот процесс убегает (способ, который может быть точно описан только общей теорией относительности). Гравитация становится настолько сильной, что ничто не может предотвратить полный коллапс звезды в одну точку (это гораздо более странно, потому что пространство и время искривляются массой). Вокруг него находится область пространства, из которой не может вырваться даже свет, поэтому черные дыры выглядят черными. Дальше от черной дыры гравитация нормальна. Черные дыры не «отстойные», у них просто сильная гравитация.

Черная дыра — это не «дыра» ни в чем. И это не твердый объект. Это область пространства-времени, искривленная настолько, что ничто не может покинуть эту область. Все настоящие черные дыры, которые мы наблюдали, по-видимому, образовались из коллапсировавших звезд (теоретически существуют и другие способы создания черной дыры, но на практике достаточно массивны только звезды).

Ничто из этого не отвечает на вопрос «почему гравитация становится слабее по мере увеличения расстояния. Возможно, это связано с тем, как гравитация распространяется от массы. Она ослабевает аналогично тому, как ослабевает свет по мере удаления от лампы». .

Это также не объясняет, почему гравитация пропорциональна массе. Похоже, что на это нет ответа (за исключением того, что во вселенной без гравитации вполне вероятно, что никакие структуры с живыми существами не могли бы образоваться, поэтому нас здесь не было бы, чтобы задавать вопрос)

что вы подразумеваете под "собственной гравитацией звезды, которая сможет ее раздавить?" Гравитационная сила / Гравитация всегда по отношению к двум силам , верно? Это все равно, что говорить о напряжении между двумя точками, а не о напряжении точки
@noorav Если бы не гравитация, газ, из которого состоит звезда, улетел бы в космос. То, что удерживает его на одном месте, — это гравитация — его собственная гравитация. Звезда буквально сжимается собственной гравитацией, и давление огромно. Это происходит из-за того, что каждый атом гравитационно притягивается ко всем другим атомам в звезде, все они вот так притягиваются друг к другу — это то, что мы подразумеваем под «собственной гравитацией звезды». Если звезда достаточно массивна, собственная гравитация будет сдавливать ее, пока она не превратится в нейтронную звезду или даже в черную дыру.
@Florin Андрей, я задал PM 2Ring вопрос в комментариях выше, но я подумал, что задам его и здесь, чтобы вы были уведомлены. Вопрос в том, является ли черная дыра обычной дырой, в которую падают предметы, или это твердое тело, которое искривляет пространство-время настолько сильно , что создает действительно глубокий отпечаток на ткани пространства-времени? (Я использую аналогию с резиновым листом)
@Florin Андрей, а когда мы падаем в черную дыру, я попадаю под ее гравитационное притяжение, мы в какой-то момент после всех падений ударяемся о твердое тело где-то в конце?
@noorav В основном это просто искривленное пространство-время, что является еще одним словом для гравитации. Но да, это практически все, чем является ЧД — сильно искаженное пространство-время. Центр очень сложен, и наши теории неполны. Общая теория относительности говорит, что в центре находятся всевозможные бесконечности, что звучит схематично, но ОТО — это все, что у нас есть для изучения этих вещей. Дополнительная информация: astronomy.stackexchange.com/questions/2240/…
@ Флорин Андрей, по аналогии с резиновым листом, резиновый лист - это просто пространство или пространство и время? Я могу понять гравитацию как искривление или искривление пространства, но что означает искривление времени?
Общая теория относительности похожа на набор уравнений. Аналогия с резиновым листом — это всего лишь аналогия. Если вы хотите понять, что это на самом деле означает, вам нужно изучить математику. Если у вас есть новый вопрос об аналогии с резиновым листом, вы должны задать его как новый вопрос, но вы должны хотя бы прочитать все ответы на обмене физическими стеками. Аналогия с резиновым листом вызывает много недоразумений.
@noorav Комментарий Джеймса К. прибил его. Это просто аналогия, например, когда вы говорите «сладкий вкус победы» — конечно, победа не сладка в буквальном смысле. Всевозможные вещи происходят как с пространством, так и со временем вблизи черной дыры. Например, с точки зрения удаленного наблюдателя время вблизи ЧД сильно замедляется. Если наблюдатель А смотрит издалека, видя, как наблюдатель Б падает в ЧД, то наблюдатель А заметит, что В замедляется все больше и больше по мере приближения к горизонту событий. Конечно, для Б время идет как обычно. И А, и Б правы, просто их время течет по-разному.

Просто потому, что вы можете «приблизиться» к нему, вот и все. Без особого соуса.

Вы знаете, как гравитация довольно слаба вдалеке и становится сильнее вблизи? Чем ближе вы подходите к Солнцу, точнее к центру Солнца, потому что именно так вы измеряете расстояние, тем больше притяжение.

Однако, как только вы достигаете поверхности Солнца, возникает проблема. Когда вы погружаетесь под поверхность, вещество над вами, слои Солнца, которые вы оставляете позади, продолжая погружаться все глубже, тянут вас в противоположном направлении. Часть Солнца по-прежнему тянет вас к центру, а другая часть тянет вас вверх. Они сражаются друг с другом. Таким образом, гравитация на самом деле ослабевает, когда вы ныряете под поверхность.

Но что, если бы Солнце было меньше? Та же масса, только более сжатая. Тогда можно было бы приблизиться к нему (измеряется к центру), не ныряя под поверхность (что ослабило бы притяжение). Гравитация может стать сильнее.

Теперь сделайте его еще меньше. Вы можете подобраться к нему чертовски близко, не касаясь поверхности. Притяжение гравитации может быть огромным, и от такой же массы тоже. Просто расстояние до центра может стать меньше еще до того, как вы его коснетесь, вот в чем разница.

Черные дыры — лишь крайний пример этого. В этом нет никакой магии, они просто сверхмаленькие для своей массы. Таким образом, вы можете подобраться к ним очень близко, а гравитация будет НАМНОГО возрастать при этом. В конце концов вы достигаете горизонта событий, где гравитация настолько сильна, что само пространство становится странным, и вы больше не можете выбраться.

Последнее предложение важно! Дело не только в том, что вы не можете получить достаточную скорость или ускорение, пространство-время искривлено настолько, что, продвигаясь вперед во времени, вы должны двигаться к ядру. Нет путей, удаленных от ядра, или даже путей, сохраняющих такое же расстояние. (Единственный выход — вернуться назад во времени, а это, насколько нам известно, физически невозможно).
+1 за хороший ответ, Флорин, но последнее предложение неверно. Вы можете построить график гравитационного потенциала, нанеся «координатную» скорость света, используя воображаемую цепочку световых часов. Чем круче градиент гравитационного потенциала в каком-то месте, тем сильнее гравитация в этом месте. Но на горизонте событий координатная скорость света равна нулю, и она не может быть ниже этой. Так что склона больше нет.
@JohnDuffield Ты снова вернулся с сумасшедшими «теориями»?
Это не сумасшествие, Флорин. Вы действительно можете построить график гравитационного потенциала с помощью часов. И см. статью Эйнштейна 1939 года о стационарной системе со сферической симметрией, состоящей из множества гравитирующих масс . Он сказал, что «g44 = (1 – µ/2r/1 + µ/2r)² обращается в нуль при r = µ/2. Это означает, что часы, находящиеся в этом месте, будут идти с нулевой скоростью». Часы не могут идти медленнее, чем это. Google на замороженной звезде Оппенгеймера .
@Florin Андрей, как слои позади тебя, которые ты оставляешь позади, тянут тебя в противоположном направлении? Какая физика стоит за этим?
@noorav Ты погружаешься на какую-то глубину внутри Солнца. Вы стоите лицом к центру Солнца. Все, что впереди вас, тянет вас вперед, к центру. Но как насчет вещей за твоей спиной? В каком направлении это вас тянет? Назад, конечно, подальше от центра. Чем глубже вы погружаетесь, тем больше вещей вы оставляете позади, и все это уводит вас от центра. Гравитация уменьшается по мере приближения к центру. В центре гравитация равна нулю, потому что вас тянет одинаково во всех направлениях, а это означает, что все силы уравновешивают друг друга.
@Florin Андрей, какие силы уводят тебя от центра? Это тоже гравитация?
@noorav Да, гравитация. Та часть Солнца, к которой вы обращены, тянет вас вперед, к центру. Часть Солнца за вашей спиной тянет вас назад, в сторону от центра. Это гравитация против гравитации. В точном центре Солнца все точно уравновешивалось бы.

Черная дыра имеет очень сильное гравитационное притяжение не потому, что она маленькая, а потому, что она имеет огромную массу. Гравитационное притяжение не зависит от РАЗМЕРА, а только от МАССЫ.

Например, если ЗЕМЛЯ сжимается до размера гальки (диаметром 10 мм), она станет крошечной черной дырой. Однако это не повлияет на луну!. Луна не поймет, куда делась земля!. Он останется на той же орбите, что и раньше.

Это верно, но однобоко. На том же расстоянии действительно имеет значение только масса центрального тела. Однако если тело очень плотное, к нему можно подобраться очень близко — и там гравитационное поле может стать чрезвычайно интенсивным в случае таких тел, как черные дыры.

Фил Плэйт :
Черные дыры могут иметь низкую плотность

... горизонт событий растет линейно с массой. Другими словами, если удвоить массу черной дыры, удвоится и радиус горизонта событий. ...
Плотность - это то, сколько массы упаковано в данный объем. Сохраняйте размер прежним и добавляйте массу, и плотность увеличивается. Увеличьте объем, но оставьте массу прежней, и плотность уменьшится. ...
Обычная черная дыра, то есть дыра, масса которой в три раза больше солнечной, имеет радиус горизонта событий около 9 км. Это означает, что у него огромная плотность, около двух квадриллионов граммов на кубический сантиметр. ( 2 × 10 15 ) . Но удвойте массу, и плотность упадет в четыре раза. Путин 10 раз масса и плотность упадут в раз 100 . Черная дыра массой в миллиард солнечных (большая, но мы видим ее такой большой в центрах галактик) уменьшила бы эту плотность в 10 раз. 10 18 . Это дало бы ему плотность примерно 1 / 1000 грамма на кубический сантиметр… и это плотность воздуха!
Черная дыра массой в миллиард солнечных будет иметь горизонт событий 3 миллиард км в радиусе — примерно расстояние от Нептуна до Солнца.

Плотность черной дыры
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v