Сохраняется ли энергия, когда предметы падают в черную дыру?

  1. Все мы знаем из физики, что закон сохранения энергии гласит, что полная энергия изолированной системы остается постоянной — говорят, что она сохраняется во времени. Энергия не может быть ни создана, ни уничтожена; скорее, он трансформируется из одной формы в другую. Что происходит, когда указанная энергия, то есть планеты, звезды, свет и т. д., входит в черную дыру?

  2. Он просто меняет форму или исчезает из этой вселенной в другую?

  3. Я знаю, что многие физики говорят, что все законы начинают нарушаться, когда что-то входит в черную дыру, но есть ли какие-нибудь новые теории на этот счет? Возможно ли, что она просто превращает энергию в новую форму, подобную темной материи?

Связано: physics.stackexchange.com/q/204099/2451 и ссылки в нем.
См. также «Война черных дыр » Леонарда Сасскинда. У него и Стивена Хокинга были давние разногласия по подобным вопросам, которые задокументированы в книге.
Как говорится в названии одной из глав «Краткой истории времени », «черные дыры не такие уж и черные». Энтропия сохраняется благодаря излучению Хокинга.

Ответы (3)

Энергия (в любой форме), попадающая в черную дыру, вносит свой вклад в массу дыры, а масса — это одна из многих форм, которые может принимать энергия, если использовать обычный коэффициент преобразования: Е знак равно м с 2 .

Это вызывает вопрос. Как можно добавить массу к чему-то, что уже бесконечно плотно? В центре черной дыры находится гравитационная сингулярность, одномерная точка, содержащая огромную массу в бесконечно малом пространстве, где плотность и гравитация становятся бесконечными, а пространство-время бесконечно изгибается.
@ Killer066 Основная структура природы — квантовая механика. Квантовая механика не имеет сингулярностей. Например, атом водорода: при электрическом потенциале 1/r имеется особенность при r=0. Квантовая механика решает ее, квантуя энергию. Сингулярности исходной модели большого взрыва удалось избежать, предполагая эффективное квантование гравитации для начала Вселенной. Аналогично, эффективное квантование черной дыры избавит от сингулярности, хотя об этом не говорят, поэтому бесконечная плотность и т. д. не нарушают космологические модели.
@dmckee Это неочевидно в свете проблем, определяющих энергосбережение в GR.
@annav атом водорода имеет сингулярность в потенциале при р знак равно 0 , В ∝ 1 / р ? Почему не должно быть сингулярностей, например, в скаляре Риччи даже в квантованной ОТО? Что такое «эффективное квантование черной дыры»?
@ Killer066 Сингулярность внутри черной дыры бесконечно плотна, потому что ее объем равен 0, но ее масса конечна. Таким образом, вы можете добавить к нему массу, и его плотность всегда будет бесконечной.
@annav Чтобы немного придраться, сингулярность в р знак равно 0 для атома водорода не решается путем квантования энергии. Она решается априорным выбором класса волновых функций таким, что ∫ д р ф ( р ) / р сходится; они будут представлять «физические» состояния, в которых имеют смысл собственные значения энергии. При этом в ОТО и КТП действительно могут быть сингулярности, особенно когда речь идет о черных дырах и вырожденных метриках.
Каковы другие формы энергии? Кинетический например?
Какова роль вращения черной дыры в сохранении энергии? Может ли падающий материал каким-либо образом изменить вращение черной дыры?
@innisfree Ну, я быстро выхожу из своей области компетенции, когда мы начинаем говорить об общем определении сохранения энергии в ОТО, но я думаю, что оно понятно для достаточно простых геометрий и «легких» наблюдателей. Скажем, метрика Шварцшильда и дальний наблюдатель.
Черная дыра с бесконечной плотностью теоретически всосала бы в себя всю вселенную. Реально это не бесконечная, а какая-то невероятно большая сумма, и растущая, таким образом сохраняя энергию.
Плотность сингулярности может быть, а может и не быть бесконечной, но мы не знаем и не заботимся об этом, потому что издалека мы никогда не видим, как что-либо проходит к горизонту. Наблюдатели, находящиеся на расстоянии, видят, как энергия и масса, падающие «внутрь», складываются на горизонте, где их плотность кажется очень большой, но остается конечной. Что тоже хорошо, потому что попытки рассуждать о бесконечности, кажется, заставляют некоторых людей говорить глупости.
@ enrol76 Я слышал некоторые теории о том, что галактики удаляются от нас БЫСТРЕЕ, чем скорость света Расширение галактики , возможно, черные дыры просто не успевают за быстрым расширением? Существуют ли какие-либо расчеты, которые могут сказать нам скорость, с которой черные дыры потребляют энергию? т.е. сосать вещи? Если это происходит медленнее, чем расширение Вселенной, то, очевидно, она никогда не сможет его всосать.
Энергия сохраняется в общей теории относительности. Энергия сохраняется полная остановка. Вечных двигателей не бывает.
Я должен добавить, что вопрос был в том, сохраняется ли энергия, когда предметы падают в черную дыру? Ответ гласит: Энергия (в любой форме), падающая в черную дыру, вносит свой вклад в массу дыры, а масса — это одна из многих форм, которые может принимать энергия, если использовать обычный коэффициент преобразования: E=mc² . На самом деле это не отвечает на вопрос.
На данный момент этот одноразовый ответ сильно переоценен. Мне придется вернуться к этому и немного расширить некоторые вещи, но я сейчас ставлю финальные оценки.

Чтобы расширить ответ @dmckee, если у нас есть пространство-время, в котором материя сосредоточена в центральной области, мы можем определить общий сохраняющийся вектор энергии-импульса, называемый энергией ADM. Далее можно показать, что энергия АДМ не меняется при падении вещества в черную дыру.

Удовлетворяют ли ЧД всем законам сохранения, когда вы бросаете в них предметы? Я слышал, как люди говорили, что это может нарушить глобальную симметрию.
@innisfree: это тонкий вопрос. Такие вещи, как энергия АДМ, определяются для всего пространства-времени, на его границе, вопрос, который вы задали, обычно интерпретируется в терминах локальных законов сохранения, а координатная инвариантность делает локальное сохранение несколько сложным.
@innisfree Короче говоря, изолированная черная дыра живет в «асимптотически плоском» пространстве-времени, поэтому мы можем однозначно определить направление времени в бесконечности, и поэтому все обычные нётеровские вещи выполняются. Другой способ взглянуть на это состоит в том, что учет фактора гравитационного красного смещения хорошо определен и не зависит от того, как вы перемещаете материал, насколько это важно обычному наблюдателю в бесконечности.
@ChrisWhite: Энергия ADM немного сильнее, чем просто нётеровские вещи - поскольку гамильтониан ADM тождественно равен нулю за вычетом граничных членов, значение энергии ADM буквально является точным значением гамильтониана.
  1. Он теряет организацию, например, материя превращается в чистую энергию или что-то в этом роде. Не совсем ясно, какая форма существует (некоторые предполагают, что формы вообще нет, но очевидно, что это не следует принципу исключения Паули). В этом нет ничего особенного, это происходит постоянно - например, когда вы сжигаете углерод, вы получаете немного неорганизованной энергии (тепла) и молекулу углекислого газа, которая имеет энергию свободного углерода и молекулы кислорода, за вычетом потерянной энергии. нагревать.
  2. Нет никаких оснований полагать, что материя потеряна — во-первых, масса черной дыры точно такая же, как и материи, из которой образовалась черная дыра, так что и масса, и энергия все еще должны быть. Во-вторых, у нас есть веские основания полагать, что черные дыры излучают излучение и со временем «испаряются» — для микроскопических черных дыр это настолько важно, что они не существуют очень долго. Нам повезло, так как у нас есть достаточно убедительные доказательства того, что микроскопические черные дыры постоянно создаются в верхних слоях атмосферы Земли. РЕДАКТИРОВАТЬ: Моя вина, на самом деле это не так. Теория струн предсказывает, что это может быть правдой, но, похоже, у нас пока нет веских доказательств этого.Когда они испаряются, вся захваченная энергия высвобождается обратно в окружающую среду. Если Вселенная достаточно остынет, это в конечном итоге произойдет со всеми черными дырами, даже с гигантскими в центрах галактик, но это займет много-много времени, и то только в том случае, если Вселенная продолжит расширяться.
  3. Законы не нарушаются, и мало оснований полагать, что они нарушат. Что ломается, так это некоторые модели, но большинство физиков, которых вы спросите, скажут вам, что когда модель ломается, это проблема модели, а не реальности. Мы знаем, что черные дыры реальны, поэтому любая модель, которая не соответствует описанию черной дыры, неверна. Это не означает, что модель бесполезна — это просто означает, что вы не можете использовать ее для описания черных дыр (и, предположительно, других, возможно, еще не открытых явлений).
«Это к счастью для нас, поскольку у нас есть довольно убедительные доказательства того, что микроскопические черные дыры постоянно создаются в верхних слоях атмосферы Земли». Я хотел бы получить ссылку на это.
@TrevorAlexander О, мой плохой. Я, должно быть, неправильно вспомнил со времен страха перед БАК :) Я это уберу.
Нет, подождите! Я на самом деле хотел источник для этого, чтобы не опровергнуть кого-либо.
Сохраняется ли энергия, когда предметы падают в черную дыру?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v