Всегда ли для удаленного наблюдателя обратима траектория объекта, падающего в сторону черной дыры?

Я думаю (чистая интуиция), что каждый объект, падающий к массивному центру, в состоянии свободного падения всегда должен иметь возможность вернуться в исходную точку. Даже если этот массивный центр — черная дыра. Мне всегда нравилась эта идея.

Я также думаю, что это должен быть принцип или постулат гравитационной потенциальной энергии.

Говорят, что то, что пересекает горизонт событий, никогда не возвращается, но также говорят, что для удаленного наблюдателя это время пересечения бесконечно.

Я бы хотел знать:

Может ли для удаленного наблюдателя объект, падающий на черную дыру, всегда возвращаться в исходную точку?

Разве это не хороший случай для полых черных дыр?

Что вы имеете в виду под отправной точкой?
@JMac - Начальная точка - это место, где началась траектория свободного падения.
Что такое «полая черная дыра»?
Как вы думаете, почему чистая интуиция должна давать хоть какое-то представление о черных дырах?
@G.Smith - Полая черная дыра в моем воображении может быть областью пространства, определяемой радиусом Шварцшильда, которая не содержит ничего внутри (даже времени или пространства), если ничто не пересекает горизонт событий с точки зрения удаленного наблюдателя,
Но вы же понимаете, что, по мнению падающих наблюдателей, они пересекают горизонт событий и уходят в сингулярность, не так ли? И вы предпочитаете игнорировать это и сосредоточиться на том, что видят удаленные наблюдатели, а не на том, что на самом деле ощущают падающие наблюдатели? Почему?
@G.Smith - Почему? Потому что я думаю, что любой, кто приближается или находится рядом с черной дырой, не может определить местонахождение или найти горизонт событий, точно так же, как он никогда не увидит, как кто-либо или какой-либо объект исчезает перед ним, потому что он пересек этот горизонт событий. Итак, в этой ситуации наблюдатель рядом или вдали от черной дыры эквивалентен. Потому что всем наблюдателям кажется, что тела в свободном падении всегда могут вернуться в исходную точку. Они никогда не исчезают ни перед кем (я так думаю). Где моя ошибка?
@ G.Smith - я хотел сказать, что моя интуиция подсказывает мне, что обратимость ньютоновского свободного падения должна сохраняться и в вопросах, связанных с черными дырами.
Где твоя ошибка? Доверяя своей склонной к ошибкам интуиции, а не математике общей теории относительности, которая никогда не была ошибочной. Нет эквивалентности между удаленным наблюдателем и падающим наблюдателем. Обратите внимание, что ни один из текущих ответов не поддерживает вашу точку зрения.
@ G.Smith - я не думаю, что общая теория относительности ошибочна, но ее можно неправильно истолковать. Доказательством этого является то, что многие физики и математики пытаются продемонстрировать возможность существования черных дыр без сингулярности.
Ну, по крайней мере, мы согласны с тем, что это может быть неверно истолковано!

Ответы (3)

В ОТО нет наблюдателей, которые могут наблюдать за вещами на расстоянии, поэтому такого рода рассуждения о том, что «с точки зрения удаленного наблюдателя» — плохая концептуальная ловушка, в которую можно попасть. Наблюдатели могут принимать сигналы (например, световые лучи) только от удаленных объектов.

С этим логически связан тот факт, что в ОТО нет понятия одновременности для удаленных событий, поэтому не имеет смысла говорить о том, прошел ли объект через горизонт событий «сейчас» по мнению какого-то удаленного наблюдателя.

Но в основном ответ на ваш вопрос - нет.

Я думаю (чистая интуиция), что каждый объект, падающий к массивному центру, в состоянии свободного падения всегда должен иметь возможность вернуться в исходную точку.

Это может звучать привлекательно, но это неправда. Пространство-время черной дыры разделено на внешнюю и внутреннюю области. Как только объект перешел во внутреннюю область, он уже никогда не сможет вернуться во внешнюю область.

Если вы хотите говорить о наблюдателях, то предположим, что наблюдатель знает, как предсказать движение падающего объекта, например, он знает, что он начал с покоя из некоторой внешней точки, а затем испытал свободное падение. Затем на часах наблюдателя есть время, когда он знает, что больше никогда не сможет получать сигналы от объекта, если наблюдатель останется за горизонтом. Это время, когда нет пересечения следующих областей: (1) будущего светового конуса наблюдателя, (2) внешности черной дыры и (3) будущего светового конуса объекта (предполагаемого, поскольку мы предполагаем мы можем предсказать его движение).

Лично мне чрезвычайно трудно рассуждать о такого рода вещах, если я не нарисую диаграмму, называемую диаграммой Пенроуза. У меня есть простое, нематематическое объяснение диаграмм Пенроуза в этой книге: http://www.lightandmatter.com/poets/ . См. раздел 11.5.

Может ли для удаленного наблюдателя объект, падающий на черную дыру, всегда возвращаться в исходную точку?

В системе внешнего наблюдателя падающий наблюдатель всегда находится за пределами горизонта, поскольку для падения требуется бесконечное количество координатного времени. Следовательно, в принципе он всегда может принять решение лететь обратно, если у него есть соответствующая двигательная установка.

На практике это зависит от времени, которое потребуется падающему наблюдателю, чтобы включить свою ракету, поскольку он пересекает горизонт за конечное собственное время, скажем, в τ = 1, если он не включил свою ракету, скажем, в τ =0,999, у него не останется достаточно времени, чтобы включить его, пока не стало слишком поздно.

В кадре стороннего наблюдателя этот момент растягивается бесконечно долго, но для падающего объекта это очень короткий период, так что если сторонний наблюдатель увидит падающий объект застывшим на горизонте без включенной ракеты, то он будет знать, что мировая линия объекта, скорее всего, закончится в черной дыре.

Другими словами: если внешний наблюдатель наблюдает, как часы падающего наблюдателя останавливаются на 1 секунду до τ = 1, но знает, что для включения двигателя потребуется 2 секунды собственного времени, он знает, что падающий наблюдатель не вернется.

Разве это не хороший случай для полых черных дыр?

Нет, с чего бы это, к большинству падающего вещества не прикреплена ракета, поэтому оно свободно падает. В кадре стороннего наблюдателя падающее вещество асимптотически замедляется, прежде чем коснется горизонта, но вещество, которое уже было внутри звезда до того, как она рухнула, все еще находится внутри нее.

В системе внешнего наблюдателя Нет, ОТО не имеет глобальной системы отсчета. Не существует такой вещи, как кадр удаленного наблюдателя, наблюдающего за чем-то, падающим в черную дыру. См . физику.stackexchange.com/ questions/458854/…
падающий наблюдатель всегда находится за горизонтом ... Следовательно, он в принципе всегда может решить лететь обратно. Нет, ваше неоднократное использование «всегда» выражает концепцию, что существует понятие одновременности между удаленным наблюдателем и падающим наблюдателем. . В ГР такого понятия нет.
Известно, что в кадре далекого наблюдателя падающий объект никогда не пересекает горизонт из-за гравитационного замедления времени, могу процитировать вам кучу источников, если вы мне не верите. Существуют гиперповерхности с постоянным t, и если вы выберете свое t таким образом, чтобы оно было временем дальнего наблюдателя, вы можете сказать, что падающий объект застыл на горизонте. Есть, конечно, некоторые оговорки, когда вы сравниваете случай со специальной теорией относительности (хотя вы могли бы построить задачи о вращающемся диске Эренфеста уже в СТО), но это отдельная история.
Тот факт, что гравитационное замедление времени реально, а не только вопрос времени прохождения света, можно увидеть, если вы поместите неподвижного наблюдателя близко к горизонту и позволите ему посылать сигналы внешнему наблюдателю, если оба неподвижны относительно друг друга. время прохождения света одинаково для всех сигналов, поэтому, если полученный промежуток времени между сигналами больше, вы знаете, что гравитационное замедление времени реально (хотя и не симметрично, как в кинематическом случае, поэтому вам нужно объединить относительную и абсолютную составляющие). эффекта в ОТО).
В, по общему признанию, не очень реалистичном мысленном эксперименте вы также можете позволить падающему наблюдателю нести маленькую червоточину или антителефон, который подключен к внешнему наблюдателю, тогда внешний наблюдатель также увидит падающего наблюдателя, застывшего за горизонтом, когда он смотрит через горизонт. червоточина, тогда как падающий наблюдатель увидел бы стороннего наблюдателя в нормальное время, когда он смотрит через червоточину (в системе радиального свободного падения, падающего с космической скоростью, гравитационная и кинематическая составляющие замедления времени относительно счетовода компенсируются).

Тела, падающие в сторону черной дыры, МОГУТ вернуться в исходную точку при условии, что они не отважатся подойти слишком близко к черной дыре. Вы можете наблюдать за происходящим в захватывающем ускоренном ролике, доступном в Интернете, показывающем рой звезд, вращающихся вокруг сверхмассивной черной дыры в Стрельце. Самая внутренняя из этих звезд описывает довольно маленькие эллипсы вокруг черной дыры, и интересно наблюдать, как она быстро ускоряется по мере приближения к перигею своей орбиты в непосредственной близости от черной дыры, а затем снова удаляется, чтобы замедлиться по мере того, как приближается к апогею. Если я правильно помню, последовательность была снята в течение 18 лет, в течение которых самая внутренняя звезда совершает несколько оборотов вокруг черной дыры.

Всегда ли для удаленного наблюдателя обратима траектория объекта, падающего в сторону черной дыры?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v