Существуют ли вокруг черной дыры GW-сферы, подобные фотонным сферам?

Я прочитал этот вопрос:

Влияют ли на гравитационные волны искривление пространства-времени (гравитационное линзирование)?

Гравитационное линзирование гравитации

Могут ли гравитационные волны вращаться вокруг черной дыры?

Это не дает удовлетворительного ответа.

Основываясь на этих ответах, ГВ должны следовать за искривлением пространства-времени точно так же, как электромагнитные волны.

Вокруг черной дыры есть нечто, называемое фотонной сферой, где электромагнитные волны находятся на стабильной орбите вокруг черной дыры.

Фотонная сфера[1] или фотонный круг[2] — это область или область пространства, где гравитация настолько сильна, что фотоны вынуждены двигаться по орбитам.

https://en.wikipedia.org/wiki/Фотон_сфера

Могут ли гравитационные волны вращаться так же, как электромагнитные волны вокруг черной дыры?

И ГВ, и электромагнитные волны распространяются со скоростью света, поэтому теоретически может существовать стабильная орбита.

Вопрос:

  1. Существуют ли GW-сферы точно так же, как фотонные сферы вокруг черной дыры?
Я удалил некоторые комментарии, которые отвечали на вопрос, и ответы на них.

Ответы (2)

Могут ли гравитационные волны вращаться так же, как электромагнитные волны вокруг черной дыры?

В принципе да, но поскольку фотоны можно рассматривать как отдельные маленькие пробные частицы, в то время как гравитационные волны распространяются далеко, на практике они просто разлетаются веером. Можно создать линейно направленные гравитационные волны, но в природе они встречаются довольно редко.

И ГВ, и электромагнитные волны распространяются со скоростью света, поэтому теоретически может существовать стабильная орбита.

Фотонная сфера — это не стабильная, а неустойчивая орбита. Последняя стабильная орбита черной дыры Шварцшильда находится на r = 6M, а фотонная сфера — на r = 3M. Это означает, что все фотоны, путешествующие по фотонной сфере, рано или поздно либо погрузится, либо улетят, когда пространство-время слегка возмутится или если у них не будут идеальные начальные условия с точностью до последней цифры. Гравитационные волны возмущают пространство-время даже больше, чем фотоны, так что вокруг фотонной сферы не будет слишком много оборотов.

Теги: общая теория относительности, квантовая механика

Мой ответ только с точки зрения общей теории относительности, поскольку я не знаю, как совместить квантовую механику с черными дырами.

Большое спасибо. «Фотоны можно рассматривать как отдельные маленькие пробные частицы, в то время как гравитационные волны распространяются далеко, на практике они просто разлетаются веером». Не могли бы вы уточнить это?
В ОТО фотоны рассматриваются как точечные частицы, а ГВ рассматриваются как непрерывные геометрические волны. Однако в QM вы можете использовать GW как связку гравитонов, но не спрашивайте меня, как это сделать. Я не знаю, есть ли допустимые комбинации GR и QM в сильном поле.
Достаточно небольшой волновой пакет ГВ (или любое безмассовое поле в этом отношении) может быть (приблизительно) описан с использованием геометрической оптики, что означает, что он будет следовать светоподобным геодезическим.

Начнем с того, что фотоны — это квантово-механические сущности. Она называется фотонной сферой, потому что именно фотоны захвачены, и она не описывается в терминах возникающих электромагнитных волн, на самом деле.

Гравитационные волны являются решениями общей теории относительности и являются классическими. Калибровочный бозон для гравитации после окончательного квантования — это гравитон, поэтому он должен быть гравитосферой, а не сферой гравитационных волн.

Следуя по пути излучения Хокинга, которое также должно иметь гравитоны, можно предположить, что некоторые из них будут захвачены так же, как и фотоны (при условии, что гравитоны существуют). Смотрите ссылки здесь.

большое спасибо. Я правильно понимаю, что эту гравитосферу нельзя было бы обнаружить?
мы даже не видели фотосферы. Обнаружение гравитонов было бы чудом, но кто знает в будущем?
Обратите внимание, что по-английски «фотосфера» — это поверхностный слой звезды, где происходит последнее рассеяние света. Нестабильные орбиты безмассовых частиц вокруг черной дыры Шварцшильда образуют «фотонную сферу». Хотя ответ правильный.
Это правда, надеюсь, Анна Ви не будет возражать, если я отредактирую и исправлю это. В остальном ответ правильный.
В выводе фотонной сферы нет ничего, что требовало бы или использовало квантовую механику: en.m.wikipedia.org/wiki/Photon_sphere . Он должен одинаково хорошо применяться к любому электромагнитному колебанию.
КМ нужен только в том случае, если вы интерпретируете ГВ как гравитоны.
@dllahr В ссылках, которые я дал, излучение Хокинга было получено с использованием эффективного квантования гравитации, что означает гравитоны (я не знаю, можно ли также получить излучение Хокинга с использованием классической ЭМ). Фотонная сфера получается с использованием фотонов, что опять-таки является квантованным состоянием ЭМ, поэтому по аналогии я ответил в эффективной системе квантования.
@Yukterez спасибо за исправление
@annav как бы то ни было, есть также вывод фотонной сферы без обращения к квантовой механике
@dllahr Я не смог найти ссылку во время поиска в Google, которая дает то, что вы утверждаете. Можете ли вы дать ссылку?
@annav Раздел «Вывод черной дыры Шварцхильда» в приведенной выше ссылке на Википедию — это то, о чем я говорил.
Фотонная сфера является классическим (релятивистским) явлением (т.е. существуют светоподобные связанные орбиты вокруг черных дыр). Она буквально не имеет ничего общего с излучением Хокинга или квантовой физикой.
@mmeent господствующая физика предполагает, что базовый уровень всей природы является квантово-механическим, поэтому предпринимаются такие усилия для окончательного квантования гравитации. Таким образом, нет никакой разницы, что я даю объяснение в терминах квантовой механики, тем более, что она называется «фотонной» сферой, а фотоны — это квантово-механические частицы, а «частиц» с нулевой массой в классической физике не бывает. Я был бы признателен, если бы вы дали мне ссылку, где я могу увидеть, как фотонная сфера получается только с помощью ОТО и классической электродинамики.
@annav Почти любой учебник о черных дырах будет охватывать вывод светоподобных связанных орбит, также известных как световое кольцо или фотонная сфера. См. работу Уэзеролла и Героха для математически строгого доказательства того, что достаточно компактные волновые пакеты любого (классического) безмассового поля (удовлетворяющие соответствующие энергетические условия) следуют светоподобным геодезическим.
@annav Даже если бы вы настаивали на квантово-механическом подходе, (отсутствие) существования эквивалента фотонной сферы для гравитонов не имело бы абсолютно никакого отношения к излучению Хокинга. Например, возможно (по крайней мере, теоретически) существование сверхкомпактных объектов, достаточно компактных, чтобы иметь фотонную сферу, но недостаточно компактных, чтобы превратиться в черную дыру и иметь горизонт событий. Отсутствие горизонта событий также означает, что не будет излучения Хокинга.
Существуют ли вокруг черной дыры GW-сферы, подобные фотонным сферам?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v