Почему Земля и Луна расходятся, а бинарные черные дыры сближаются?

Вот как приливы отдаляют Луну от Земли:

Луна вращается вокруг Земли, и существует разница в гравитационной силе между стороной Земли, ближайшей к Луне, и стороной, удаленной от Луны.

Эта разница в силе имеет тенденцию притягивать Землю к овальной форме с длинной осью, указывающей на Луну.

Но Земля тоже вращается, и это вращение перемещает ось овала вперед, так что овал указывает не на Луну, а немного впереди нее. Итак, на Земле есть шишка, и она постоянно находится немного впереди Луны. У этой шишки есть масса, и она притягивает к себе Луну, так что Луну тянет вперед. Луна тянет Землю назад. Так что вращение Земли замедляется, но Луна набирает энергию и отдаляется от Земли немного дальше.

Луна также была замедлена до такой степени, что одна и та же сторона всегда обращена к Земле, и она останется запертой вот так.

Гравитационные волны, с другой стороны, подразумевают излучение энергии из двойной системы, и когда энергия теряется, черные дыры закручиваются внутрь.

На черных дырах нет приливов, потому что там нечему придавать овальную форму. Горизонт событий не является твердой поверхностью. Масса черной дыры целиком сосредоточена в сингулярности, нет структуры, которая деформировалась бы в бугорок.

Запоздалый ответ, но ни один из существующих ответов не объясняет это должным образом.

Правильное объяснение простое. В ньютоновской механике приливные воздействия заставляют все объекты на ретроградных орбитах и ​​те объекты на прямых орбитах ниже эквивалента геостационарного радиуса по спирали внутрь. Только объекты, вращающиеся по орбите, превышают эквивалент геостационарного радиуса по спирали наружу. Наша Луна вращается на орбите около 385 000 км, что значительно превышает геосинхронный радиус 42 164 км. Фобос вращается вокруг Марса с большой полуосью 9377 км, что значительно меньше ареосинхронного радиуса 20400 км. В то время как наша Луна движется по спирали от Земли, Фобос движется по спирали внутрь к Марсу.

В ньютоновской механике взаимно заблокированные приливно-отливные объекты не вращаются ни внутрь, ни наружу. Общая теория относительности немного видоизменяет эту динамику, заставляя взаимно заблокированные объекты двигаться по спирали внутрь.

Согласно Википедии, скорость удаления Луны от Земли составляет 38,04 мм в год из-за приливных сил. Хорошее описание (со схемами) о том, как это происходит, можно найти здесь .

Скорость распада орбиты из-за гравитационного излучения можно определить по формуле

Это составляет примерно 2 нм в год, или на 7 порядков меньше. Так что да, ожидается, что и приливная рецессия, и орбитальный распад из-за гравитационных волн будут иметь место, но приливная рецессия — гораздо больший эффект.

Другие ответы правильно объясняют, почему приливные силы раздвигают Землю и Луну, но не раздвигают пару черных дыр. Однако я думаю, что также необходимо объяснить, почему явления, заставляющие две черные дыры закручиваться внутрь, не заставляют Луну закручиваться внутрь Земли.

На самом деле каждая пара вращающихся масс излучает гравитационные волны. Разница в том, что только очень большие массы, вращающиеся очень близко друг к другу, производят гравитационные волны, достаточно большие, чтобы существенно влиять на орбиты этих масс.

Согласно https://en.wikipedia.org/wiki/Gravitational_wave#Binaries , время, за которое пара масс падает друг на друга из-за излучаемых гравитационных волн, составляет:

Подставим в это уравнение массы Земли и Луны и расстояние до них (все данные взяты из Википедии в единицах СИ):

> G <- 6.674e-11
> r <- 384e6
> mluna <- 7.342e22
> c <- 299792458
> mterra <- 5.97237e24
> (t <- 5/256*c^5/G^3*r^4/(mterra*mluna)/(mterra+mluna))
[1] 1.304925e+33

То есть, оставшись в покое, излучающие гравитационные волны заставят Луну врезаться в Землю за 1,3*10^33 секунды, то есть за 4,13*10^25 лет или в 3*10^15 раз больше текущего возраста Вселенной. Другими словами, влияние излучения гравитационных волн на движение Земли и Луны настолько ничтожно, особенно по сравнению с другими силами, например, приливными, что мы не можем совершенно забыть об этом.

Просто для сравнения, две нейтронные звезды с массой в одну солнечную, вращающиеся вокруг друг друга на одинаковом расстоянии от Земли и Луны, врежутся друг в друга через:

> msol <- 1.9885e30
> (t <- 5/256*c^5/G^3*r^4/(msol*msol)/(msol+msol))
[1] 2.19985e+14

Что составляет всего около 7 миллионов лет, показывая, что изменение массы оказывает большое влияние на результат. Как было сказано в начале, гравитационные волны заставляют пары объектов размером со звезду двигаться внутрь по спирали, но они не оказывают заметного влияния на спутник, вращающийся вокруг планеты.