Являются ли черные дыры действительно сингулярностями?

Что такое сингулярность?

Сингулярность — это точка во Вселенной, где материя бесконечно плотна. Сингулярность находится в центре черной дыры и часто прячется за горизонтом событий. Таким образом, сингулярность — это точка в пространстве, где много материи сжато вместе в очень маленьком пространстве. При наличии сингулярности материя не уходит в бесконечность. Плотность - это то, что уходит в бесконечность. Плотность и материя разные вещи.

Сингулярность часто создается при взрыве сверхновой. Сверхновая звезда возникает, когда в центре звезды (в конце ее жизни) так много материи, что звезда не может поддерживать свою гравитационную силу, коллапсирует сама в себя и взрывается.

Второй способ возникновения сверхновой — это двойная звездная система, где, если есть белый карлик , он крадет материю у другой звезды и, в конце концов, накапливает столько материи, что взрывается.

Сингулярность вызвана большими звездами, а не маленькими. Маленькие звезды, которые взрываются сверхновой, создают нечто, называемое нейтронными звездами.

Так что же такое черная дыра?

Черная дыра — это область в космосе с настолько сильным гравитационным полем, что даже свет не может покинуть ее. Черные дыры не имеют черного цвета, у них нет цвета, потому что мы не можем видеть исходящий от них свет. Так что нет, свет не поглощается. Черные дыры также могут в конечном итоге рассеяться из-за механизма, называемого излучением Хокинга.

Существует несколько типов черных дыр, в том числе:

• Сверхмассивные черные дыры (часто находятся в центре галактик)

• Звездные черные дыры

• Первобытные черные дыры

• Вращающаяся (Керра) черная дыра

Наконец, внутри черной дыры есть 3 основных области.

Эта диаграмма может показать нам многое, например, что черные дыры не имеют гравитационного притяжения, которое распространяется на всю вселенную.

Наконец, мы можем определить область, из которой не может выйти даже свет, используя радиус Шварцшильда . Как вы сказали, этот ответ не должен включать относительность, я также не буду включать математику. Таким образом, радиус Шварцшильда — это место, где находится горизонт событий в черной дыре.

Краткое содержание

Извините за неловко длинный ответ, у меня возникли проблемы с пониманием того, что вы не поняли, и я подумал, что если я объясню сингулярность, то я обязательно вам помогу, извините, если я только что сказал то, что вы уже знаете. Я предоставил несколько ссылок на Википедию, если вы хотите взглянуть на некоторые термины, которые я выделил курсивом. Вы также можете взглянуть на термодинамику черных дыр.

• Радиус Шварцшильда
• Эргосфера
• Излучение Хокинга
• белый Гном
• Термодинамика черной дыры

Этот ответ в некоторой степени основан на мнении. Я разделяю ваш скептицизм по поводу существования строгих математических сингулярностей, как предсказывает Общая теория относительности. Это главным образом потому, что предположение о строгой сингулярности игнорирует квантовую теорию. Одним из подходов к преодолению сингулярности является Gravastar . Связана с Планковской звездой . Оба подхода пытаются преодолеть парадоксы вблизи сингулярности. Полный ответ может быть в конечном счете дан квантовой гравитацией, которую еще предстоит определить .

Еще одна трудность для «настоящих» черных дыр — вращение. Не следует ожидать, что решение Шварцшильда возникнет в реальных черных дырах.

Вместо этого решение Керра (или может быть метрика Керра-Ньюмана ) станет ближе к реальным астрономическим объектам, следовательно, включая по крайней мере вращение, и может быть некоторый остаточный электрический заряд.

Согласно специальной теории относительности, безмассовая частица, движущаяся со скоростью света, приводит к неопределенной энергии. Природа открывает физику, посвященную безмассовым частицам, позволяя им использовать любую энергию для разрешения этого неопределенного диапазона. Подобным образом природа может открыть новый тип физики внутри черных дыр, чтобы разрешить парадокс между общей теорией относительности и квантовой теорией.

Я думаю, вы исходите из того, что существует какой-то способ стабилизировать чрезвычайно плотный объект внутри горизонта событий черной дыры. В классической общей теории относительности сингулярность неизбежна. Оказавшись внутри горизонта событий, объект вынужден двигаться к сингулярности и достигать ее за конечное время точно так же, как вы вынуждены двигаться вперед во времени, нравится вам это или нет.

Поэтому в классической ОТО невозможно иметь что-то похожее на черную дыру и имеющее горизонт событий, но не образующее какую-то сингулярность. Однако мы знаем, что классическая ОТО должна разрушаться в чрезвычайно малых (квантовых) масштабах, поэтому вполне возможно, что что-то происходит, чтобы предотвратить появление сингулярностей в квантовой теории гравитации.

Таким образом, можно совершенно свободно изобретать версию общей теории относительности, позволяющую избежать сингулярности. Но есть (как минимум) два требования. (1) Она должна объяснять все остальные вещи, которые прекрасно объясняет классическая ОТО. (2) Это должно иметь наблюдаемые последствия за пределами горизонта событий, потому что в противном случае это бессмысленное созерцание пупка (ИМО).

NB: Червоточины и тому подобное могут быть возможны во вращающихся черных дырах (классической ОТО), но мое ограниченное понимание состоит в том, что они формируются, несмотря на сингулярность (которая больше не является точкой). Иными словами, сингулярность по-прежнему существует, но материя не обязательно оказывается в ней (а уходит куда-то еще!)

То, что вы написали о бесконечной массе, бесконечной силе и т. д., просто неверно. Масса черной дыры точно определена, как и ее гравитационные эффекты. Конечная масса все еще возникает из-за взятия интеграла бесконечной плотности по нулевому объему.

Обычно сингулярность описывают как точку бесконечной плотности, но на самом деле они носят более общий характер: это своего рода патологическое поведение в метрике пространства-времени. Являются ли сингулярности реальными физическими явлениями или они просто демонстрируют точку, в которой теория (в данном случае общая теория относительности) больше не может описывать природу, является предметом споров.

Теорема Пенроуза об сингулярности показывает, что при определенном наборе очень разумных предположений гравитационный коллапс объекта, подобного звезде, неизбежно приводит к сингулярности. Обратите внимание, что доказательство геодезической неполноты (т. е. временные линии некоторого свободно падающего объекта резко обрываются). Это (обязательно) не то же самое, что кажущиеся сингулярности кривизны «бесконечной плотности», которые возникают в идеализированных решениях для черных дыр, таких как метрика Шварцшильда.

Есть много хороших ответов на этот вопрос на физическом уровне, но я не вижу ответа на этот вопрос, поэтому дам краткий ответ.

Мне просто трудно согласиться с тем, что что-то может существовать с бесконечно большим свойством, поскольку это привело бы к бесконечно большой массе, ведущей к бесконечно большим силам ... которые просто бесконечно быстро уничтожили бы вселенную, не так ли?

Если черные дыры имеют бесконечность, что возможно только в том случае, если у них есть сингулярность, то эти бесконечности по определению бесконечно малы и не бесконечны на любом расстоянии, даже на расстоянии доли атома. Итак, «уничтожить вселенную бесконечными силами», конечно, если бы вселенная была меньше атома или, может быть, внутри горизонта событий, где она не могла бы ничего сделать, кроме как упасть к сингулярности, но на любом безопасном и разумном расстоянии, черный отверстия не опасны и не представляют угрозы для Вселенной.

Так что я думаю, что сверхмассивный объект может быть таким же крутым, не будучи сингулярностью.

и

Гравастары спешат на помощь! Как раз то, что мне было нужно. Наконец, некоторые теоретики, которых не устраивают бесконечно неприятные объекты, населяющие нашу вселенную!

Хорошо, для начала, законы физики такие, какие они есть, и им все равно, что мы думаем. Что касается того, что вещи «неприятны», то это в глазах смотрящего.

2000 лет назад «адский огонь» представлял собой магму, выходящую из случайного вулкана, а ад находился внутри земли. Сегодня внутренняя часть Земли генерирует магнитное поле, которое защищает нас и дает нам тектонику плит, что действительно полезно для планет, несущих жизнь. Внутренняя часть Земли не изменилась, но наше восприятие ее сильно изменилось. Сейчас мы любим внутреннюю часть Земли, но 2000 лет назад люди ее боялись.

100 лет назад все думали, что Вселенная — это Млечный Путь, а 80 лет назад они думали, что Вселенная вечна, пока этот паршивый Хаббл не предположил, что у Вселенной есть начало, и, ну, вот и все, что вечно. Если бы Хаббл сказал, что 300 лет назад его бы сожгли на костре, без сомнения, с табличкой, на которой было бы написано «богохульник».

Это проблема с точкой зрения. Это не полная картина. Из черных дыр получаются великолепные «человеки в стиле буги», которые съедают все и от которых нельзя убежать, но это только часть общей картины.

Сам Эйнштейн считал черные дыры неприятной идеей (он тоже не слишком увлекался квантовой механикой), поэтому Эйнштейн предположил, что во Вселенной существует некий физический закон, который предотвращает образование черных дыр, и это может даже иметь место, но, честно говоря, насколько отличается это медленно раздавить горизонт событий в течение вечности или быстро раздавить в сингулярности или что-то еще, что происходит в центре. С определенной точки зрения, это почти одно и то же.

Некоторые теории зашли так далеко, что предполагают, что черные дыры – это волшебные места, внутри которых находятся целые детские вселенные . Я считаю, что это более творческое мышление, чем наука, но правда в том, что то, что происходит внутри горизонта событий, остается внутри горизонта событий, и никто не знает.

О черных дырах вообще :

Они очень полезны. Формирование черных дыр, а также гравитационный коллапс и отскок от коллапса создают и распределяют тяжелые элементы по галактике, а в коллапсе, который создает черную дыру или нейтронную звезду, примерно 90% материи звезды сдувается. , переработанные, если хотите, обратно в галактику, и только 10% или около того образуют коллапсирующее ядро.

Вы можете думать о черной дыре как о неприятном маленьком остатке смерти звезды, но я нахожу тот факт, что большие звезды перерабатывают и распределяют так много своей материи по галактике, очень круто. Сверхмассивные черные дыры также помогают в формировании галактик, поэтому простая истина в том, что черные дыры очень полезны, даже если вы не хотите пересекаться с ними.

Теперь о том, что происходит внутри черной дыры. На этот вопрос уже есть несколько хороших ответов, и я не хочу делать это слишком долго, тем более, что я непрофессионал, но я нахожу предположение об этой экзотической области внутри горизонта событий весьма интересным. будет очень весело думать.

Лично я не верю в сингулярности. Я (ДУМАЮ), что волновая и полевая природа квантовой механики и тот факт, что пустое пространство обладает свойствами, которые, например, пары частиц-античастиц могут образовываться по существу из ничего (что делает возможным излучение Хокинга), я думаю, что, вероятно, есть какое-то экзотическое пространство никогда не бывает полной сингулярностью.

Я не думаю, что внутри черной дыры есть то, что можно было бы назвать физическим материалом. Я думаю, что вещи будут вести себя по-другому, больше похоже на экзотическую природу протона или электрона, чем на физическую природу поверхности, но это только мои мысли по этому поводу. Однако без квантовой теории гравитации это немного похоже на слепого, смотрящего на карту. Никто не знает. (слишком долго?)

Я считаю, что черные дыры являются сингулярностями в том смысле, что материя в них не определена, чтобы иметь какое-либо значимое местоположение или известные скорости. Я не думаю, что это означает сингулярность в смысле нулевого радиуса.