Bir karadeliğin olay ufkunu geçerken zaman çok hızlı ilerler miydi?


13

Eğer bir kara deliğe düşecek olursan, benim anlayışımdan, zamanın hızlanacağı (evrenin geri kalanına bakan), olay ufkuna yaklaşırken sonsuzluğa yaklaşacağı yönündedir. Bu doğruysa, muazzam güçlere bir şekilde dayanabileceğinizi ve karadeliklerin buharlaşmadığını varsayarsak, tüm evrenin gelecekteki "hayatının" gözlerinizin önünde parladığını görür müsünüz? Kara deliklerin Hawking radyasyonundan dolayı buharlaşması doğruysa, kara deliğin tamamen buharlaştığı zamana kadar "nakledilir" misiniz?

Bu, sorumun "alternatif" referans çerçevesini düşünüyor: Madde, bir kara deliğin olay ufkunun hemen dışında birikiyor mu? Bu soruda, dışarıdan gözlem yapan birinin bakış açısıyla (örneğin, dünyadan görüldüğü gibi) karadeliğe düşen maddenin ne olduğunu düşündüm. Burada kara deliğe düşen şeyin perspektifini düşünüyorum.

Bu aynı zamanda şu konularda tartışılan fikirleri de dikkate alır: Bir kara deliğin yakınında zaman neden yavaşlıyor?

Not: Başka bir soruya verilen bu cevap burada da bir fikir verir (cevabın son kısmına bakın): https://astronomy.stackexchange.com/a/3713/1386

Yanıtlar:


19

(Basitlik için bir Schwarzschild kara deliği olduğunu varsayacağım, ancak aşağıdakilerin çoğu diğer kara delikler için ahlaki olarak aynıdır.)

Eğer bir kara deliğe düşecek olursan, benim anlayışımdan, zamanın hızlanacağı (evrenin geri kalanına bakan), olay ufkuna yaklaşırken sonsuzluğa yaklaşacağı yönündedir.

Schwarzschild koordinatlarında yerçekimi kırmızıya kayma bir zaman dilatasyonu tarif sabit gözlemciye koordinat radyal belirli bir Schwarzschild'le de sonsuz bir sabit gözlemciye göre,. Bunu kolayca kontrol edebilirsiniz: , ne radyal ne de açısal koordinatların değişmemesi (yani sabit gözlemci) ve .

dτ2=(12mr)dt2(12mr)1dr2r2dΩ2,
rdr=dΩ=0dτ/dt12mrrdr=dΩ=0dτ/dt

Sonuç şudur: keyfi olarak ufka yaklaşmak için roket gücünüz varsa, yaşamınız boyunca keyfi olarak evrenin tarihini görebileceksiniz. Ancak bu, ufku aşan bir gözlemciye olanları kapsamaz. Bu durumda, ve yukarıdaki katsayısı ufukta tanımsız hale gelir: diğer soruda olduğu gibi, Schwarzschild koordinat grafiği ufuk çizgisini kaplayamaz ufku aşan durumlar hakkında konuşmak da uygun değil.d r 2dr0dr2

Ancak bu, uzay-zamanın değil, koordinat çizelgesinin bir hatasıdır. Bunun gibi sorulara daha iyi uyarlanmış başka koordinat grafikleri de vardır. Örneğin, iki Eddington-Finkelstein çizelgesi sırasıyla gelen ve giden ışık ışınları için en uygun olanıdır ve Gullstrand-Painlevé şeması sonsuza dek dinlenmeden başlayarak serbestçe düşen bir gözlemciye uyarlanmıştır.

Bu doğruysa, muazzam güçlere bir şekilde dayanabileceğinizi ve karadeliklerin buharlaşmadığını varsayarsak, tüm evrenin gelecekteki "hayatının" gözlerinizin önünde parladığını görür müsünüz?

Hayır. Bence bu en iyi Schwarzschild uzay zamanının Penrose diyagramından görülüyor:

Schwarazschild uzay zamanının Penrose diyagramı, A.Hamilton tarafından birinden değiştirildi

Işık ışınları çapraz olarak çalışır. Mavi renkte, serbestçe düşmesi gerekmeyen, yörüngeye giren bir örnektir. Ufku geçtiği ve tekilliğe ulaştığı iki olaya dikkat edin. Kırmızıyla gösterilen, bu olaylarla kesişen içe doğru ışık ışınlarıdır. Böylece, akan gözlemcinin dış evrende görebileceği olaylar, bu ışık ışınları ve ufuk arasındaki bölgeden oluşur. Bundan sonra meydana gelen olaylar görülmeyecektir çünkü gözlemci o zamana kadar tekilliğe ulaşmış olacaktır.

Şimdi gözlemcinin dış evrenin gelecekteki tarihini görmek için mümkün olduğunca dışa doğru hızlanarak ufku geçtikten sonra farklı bir yörünge denediğini varsayalım. Bu sadece bir noktaya kadar çalışacaktır: gözlemcinin yapabileceği en iyi şey, giden ışık ışınını (çapraz olarak sol alttan sağ üste) mümkün olduğunca sarmaktır ... ancak gözlemcinin aslında gitmesine izin verilmediğinden ışığın hızı, tarihin tüm geleceğini görmek imkansız olacaktır. Gözlemcinin yapabileceği en iyi şey, diyagramın sağında tekillikle biraz daha fazla buluşmaktır.

Bu arada, ışık ışını dünya çizgileri sıfır uygun zamana sahip olduğundan, bunu yapmaya çalışmak gözlemcinin ömrünü kısaltacaktır. Eğer bir Schwarzschild karadeliğiniz varsa, dışarı çıkmak için mücadele etmezseniz daha uzun yaşarsınız.

Yukarıdaki, sonsuz, buharlaşmayan bir kara delik içindir, çünkü burada sorduğunuz şey budur. ('Antihorizon' oradadır çünkü tam Schwarzschild uzay-zamanı aslında sonsuz bir kara delik ve ayna görüntüsü, bu diyagramda gösterilmeyen bir ayna 'karşı-ayette' beyaz bir deliktir. Bu fiziksel olmayan, ancak burada düşündüğümüz durum.)

Kara deliklerin Hawking radyasyonundan dolayı buharlaşması doğruysa, kara deliğin tamamen buharlaştığı zamana kadar "nakledilir" misiniz?

Buharlaşan bir kara delik yukarıdaki gibi ahlaki olarak aynıdır: karadelik tamamen buharlaştığında sadece ideal bir ışık ışını ulaşabilir; herkes tekillik kazanır. (Ufuktaki bu ideal ışık ışını sonsuza kadar kırmızıya kaymış olacağı için, tartışmasız bile değil.) Yukarıdaki mantığı Penrose diyagramında kendiniz tekrarlayabilirsiniz:

resim açıklamasını buraya girin


Zeyilname :

Bu konuda biraz düşündüm ve bu çözüm karadelik ufkunun yakınındaki göreceli zaman etkilerini hesaba katıyor mu? )?

Zaman genişlemesinin ne kadar olacağı tamamen bahsettiğimiz koordinatlara bağlıdır (daha genel olarak hangi çerçeve alanı). Bununla birlikte, belirli bir gözlemcinin gerçekten göreceği şey, koordinat seçiminden tamamen bağımsızdır. Özellikle, Penrose diyagramları, verilen uzay-zamanın ışık konisi yapısını gösterir ve bir gözlemcinin prensipte görebileceği şey, tamamen ışık ışınlarının gözlemcinin kelime çizgisiyle kesiştiğine bağlıdır. Yani evet, varsayılan olarak dikkate alınır.

Gerçekten içine düşüyorsanız, hayır, yukarıda açıklanan nedenlerden dolayı anlayışınız yanlıştır. Ek motivasyon için, soruyu ters çevirin: çok uzak olan sabit gözlemci, akan nesne hakkında ne görür? Yukarıdaki Penrose diyagramında, dışa doğru yönlendirilmiş ışık ışınları, sol alttan sağ üste doğru çaprazlıdır. Mavi akan dünya çizgisinden dışarıya doğru ışık ışınları çizin. Sen ne kadar (uzak geleceği olursa olsun göreceksiniz yukarı mavi birbirlerini çeken dünyaçizgisinin oradan dışarıya ışık ışını menşeyli olayı bağlayabilir, sen kara delik dışında bir etkinlik almak şemasında) olmak önceufuktan geçer. Sonuç, karadeliğin dışında kalan bir gözlemcinin, akan nesneyi keyfi olarak geleceğe göre görebileceğidir. Kara delikten uzak kalan biri için ne kadar zaman geçerse geçsin, akan nesnenin görüntüsü ufuktan geçmeden önce olduğu gibi görünmeye devam edecektir. (Prensip olarak en azından; pratikte bir süre sonra görmek çok zayıf olacaktır.)

Bu nedenle, "sonsuz yerçekimi zaman genişlemesinin olağan sonucu, içeriye giren nesnenin görüntüsünü sonsuza kadar ufkun yanında gezdirir" de diyagramdan doğrudan çıkartılabilir ve bu nedenle, içeriye giren nesnenin, sonlu bir parçayı dış evrenin geleceği. Belki de durumun gerçekte simetrik olmadığını vurgulamak en iyisidir: dış gözlemcinin, çağıran nesnenin gördüğü şey, çağıran nesnenin dış evrende gördüklerinin basit bir ters dönüşü değildir. Kara deliğin kendisi bu simetriyi kırıyor.


Bu konuda biraz düşündüm ve bu çözüm karadelik ufkunun yakınındaki göreceli zaman etkilerini hesaba katıyor mu? )? Ayrıntılı açıklamayı gerçekten takdir ediyorum, gerçekten bir düşündürüyor!
Jonathan

@Jonathan: Yorum için teşekkürler. Bu kutular çok küçük olduğu için düzenlemede ayrıntılı yanıt.
Stan Liou

Harika bir cevap, ama "ahlaki olarak aynı"?
James K

@JamesKilfiger "ahlaki olarak aynı" kabaca "bu genelleştirilebilir durum hakkında doğru düşünce biçimleri hakkında aynı derslere ve kavramlara uymak ve öğretmek demektir." ;)
Stan Liou

hayır, bu aynı etik değere sahip olduğu anlamına geliyor ... ama bu öğrettiğiniz ahlaki bir ders değil. "Büyük ölçüde aynı" ya da bunun gibi bir şey demek istedin. İyi cevap, yine de +1.
James K

-1

Haklısın, terk ettiğin evren hızlanıyor gibi görünüyor ve sonuçta evrenin tüm tarihi, kritik çevreyi geçtikçe ve tekillik gibi bir noktaya doğru ilerledikçe ortaya çıkacaktı. Galaxy birleşmeleri gerçekleşecek, diğer kara delikler sizinkiyle birleşecek vb. Sonunda ulaştığınız tekillik aslında evrenin sonundaki tekillikle bir ve aynı olurdu. Sadece bir tane var.

Hawking radyasyonuyla ilgili olarak, kritik bir çevrede veya çevresinde zaman içinde (veya en azından vücudunuzdaki bileşen madde ve enerjide) donmuş göreceğiniz bir dış gözlemcinin bakış açısından, bu aslında gerçekleşmeyebilir. Madde zaman genişlemesi ile donarsa, kuantum dalgalanmaları olmayacak ve kritik çevreden kara deliğe düşen hiçbir şey olmayacak, bu nedenle Hawking radyasyonu gerçekleşmeyecektir. Kirli bir gözlemci açısından bakıldığında, kritik çevrenin aşılması çok kısa bir zaman alacaktır, bu nedenle bu zaman dilimindeki kuantum dalgalanmalarının önemi küçük görünecektir.


Cevabınız için teşekkürler, bunun ortaya çıkardığı tartışmayı görmek için sabırsızlanıyorum. Bunun doğru olup olmadığını bilmek heyecan verici olacaktır. Belki de Hawking radyasyonunun olmaması bir gösterge olabilir mi?
Jonathan

1
Yıkıldığını söyleyemem. Bana öyle geliyor ki, yolun tekilliğe dokunmadan önce 45 derece asimptotes. Olağandışı koordinat sistemlerinde sorun budur. Sezgilerimize çok kolay cevap vermiyorlar.
ctrebor

2
Kritik çevresi içeren herhangi bir koordinat sistemi uygun zamanda sonuç verebilir, ancak koordinat sisteminin kullanımının doğruluğuna bağlıdır. Verilen örnekte, doldurucu gözlemci yolunun, gözden geçirilmiş bir çizim ile bir sonraki yazıda yazarın ima ettiği gibi, tekilliğe dokunmadan önce 45 dereceye asimptot olması mümkündür. Bu, 45 derece çizgisi abartı ile temsil edilen tekilliğe asla tam olarak dokunmadığından zamanın sonsuza kadar hızlanacağını gösterir.
ctrebor

1
Stan, neden yanlış olduğunu düşündüğünüzü ve neden yanlış olduğunu düşündüğünüzü söylemiyorsunuz? Belki de yorumumu düzelten bir gözlemci için evrenin o bölümünde görünen zamanın geçme hızının sonsuza kadar hızlanması ZORUNLU olduğunu söylemeliyim. Bunu gözlemleyip gözlemlememe başka bir konudur.
ctrebor

1
Buna daha mantıklı bir şekilde bakmanın bir yolu var. Uzay-zaman nehri ışık hızında bir karadeliğe akar. Etkinlik ufkunun hemen dışında ışık hızının hemen altında bir tekneye gidebilirsiniz. Olay ufkunda yapamazsınız. Işık hızına hızlanan bir nesneden gelen ışık yolunu düşünelim. Olay ufku yaklaştıkça zaman tanımsız hale gelir, mesafe ölçekleri 0'a düşer. Etkili olarak ışık haline geldikçe yol asimptot OLMALIDIR. GR, tüm referans çerçevelerinin birbiriyle sorunsuz bir şekilde ilişkili olması gerektiğini söylüyor.
ctrebor
Sitemizi kullandığınızda şunları okuyup anladığınızı kabul etmiş olursunuz: Çerez Politikası ve Gizlilik Politikası.
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.