Если два горизонта событий черной дыры перекрываются (касаются), могут ли они когда-либо снова отделиться?


53

Гипотетический вопрос, основанный на моем понимании, что два горизонта событий, которые пересекаются (касание), никогда не могут снова разделиться:

Представьте, что черная дыра солнечной массы в 1 миллиард (так что горизонт событий массивный и очень гравитационно слабый) движется со скоростью 0,9 с через пустое плоское межгалактическое пространство; А теперь представьте, что черная дыра с массой 1 млрд. Солнца движется при 0,9 ° С, но в совершенно противоположном направлении, так что они движутся примерно друг к другу. Траектории черных дыр, если принять во внимание все искажения пространства-времени, не находятся на прямом столкновении, но внешние края горизонтов событий просто «обрезают» друг друга, обычно перекрываются только на долю наносекунды, как эти два тела движутся с такими невероятно высокими скоростями и в противоположных направлениях друг к другу.

Итак, во-первых, я прав, думая, что если два горизонта событий перекрываются, они никогда не смогут «сойтись»?

Во-вторых, что случилось бы с этим невероятным количеством импульса друг друга черные дыры? Будет ли он просто мгновенно превращен в гравитационную энергию? Принимая во внимание, когда черные дыры обычно сливаются, это происходит очень медленно, поскольку черные дыры медленно смещаются все ближе и ближе друг к другу в течение миллионов лет, испуская гравитационную энергию, как это происходит, а не в доли наносекунды, как в этом случае.

И в-третьих, как это будет выглядеть? Будут ли горизонты событий оставаться достаточно сферическими, а излучаемая энергия просто безумной, или они растянутся и деформируются в своего рода длинный тонкий упругий горизонт событий, когда они проникают мимо друг друга, а затем со временем замедляются и возвращаются друг к другу?


1
FWIW, если бы они шли точно друг к другу, их относительная скорость была бы 180c / 181, около 0,9945c. Согласно vttoth.com/CMS/physics-notes/311-hawking-radiation-calculator их радиус EH составляет около 9853 световых секунд. И не забывайте, что у них тоже огромный относительный момент импульса.
PM 2Ring

5
Чтобы еще больше оживить ситуацию, допустим, что они уже вращаются на границе Керра в противоположных направлениях друг к другу, поэтому, когда они касаются его очень грязного с точки зрения сохранения момента импульса.
Loadwick

1
Что ж, SMBH имеют тенденцию вращаться достаточно близко к пределу, так что это нереально, в отличие от относительной скорости, которую вы им дали. ;) Но это будет делать и без того сложный расчет еще сложнее. В GR нет аналитического решения общей проблемы двух тел, поэтому вам придется прибегнуть к численным методам, и попытка обработать пару SMBH с релятивистской скоростью потребует некоторого очень тяжелого вычисления чисел просто для получения оценки, которая является немного заслуживающей доверия.
PM 2Ring


1
FWIW, месяц или два назад на xkcd была тема, связанная с этой темой: возможно ли вырваться из черной дыры, используя другую черную дыру?
PM 2Ring

Ответы:


54

У вас уже есть несколько хороших ответов, но я просто попытаюсь дать еще одно интуитивное решение о том, почему горизонты событий никогда не отделятся друг от друга, если они перекрывают друг друга: во-
первых, представьте пылинку, которая проникает в EH черной дыры , Я верю, что мы согласимся, что это пятнышко никогда не сможет избежать черной дыры, потому что ничто не может вернуться из-за горизонта событий.
Теперь представьте ту же пылинку, но внутри перекрывающихся частей EH двух черных дыр, проходящих друг через друга. Эта пылинка никогда не избежит ни одной из этих двух черных дыр, потому что она находится внутри их обоих. Если бы эти черные дыры смогли снова отделиться, пятнышко, пойманное между ними, очевидно, вырвалось бы хотя бы из одной черной дыры, после того как оказалось за ее горизонтом событий.
Поскольку этого не может быть, две черные дыры будут объединены с точки пересечения горизонтов событий, независимо от их скорости.


19
Как непрофессионал, просматривающий случайно, это отличное интуитивное объяснение!
Даниэль Б

Мне действительно нравится эта визуализация, я предполагаю, что все еще возможно избежать использования квантового туннелирования. Но в значительной степени не имеет значения, если мы не научимся управлять квантовым туннелированием для путешествий экземпляров. Во всяком случае, я согласен с вами, и именно по этой причине я думаю, что EH будет растягиваться и деформироваться, как резинка. Он не может отделиться, но и не может остановиться мгновенно.
Loadwick

Это в значительной степени аргумент в статье Стивена Хокинга.
Стив Линтон

3
Вам даже не нужна пылинка. Любая частица будет делать то же самое - даже виртуальная частица. И всегда есть виртуальные частицы.
Лорен Печтел

1
Это не приходит ко мне в качестве интуитивного объяснения; логика кажется строгой и неопровержимой. Разумно! = Интуитивно понятно ;-).
Питер - Восстановить Монику

52

Если горизонты событий когда-либо коснутся и станут одной сплошной поверхностью, их судьба будет решена - две черные дыры полностью сольются. Они никогда не смогут снова разделиться, несмотря ни на что.

Есть несколько возможных способов объяснить это с различной степенью строгости.

Интуитивное объяснение состоит в том, что скорость побега на горизонте событий равна скорости света. Но ничто не может двигаться так же быстро, как свет, даже черная дыра. Чтобы две черные дыры разошлись, части одной должны были бы «уйти» от другой или двигаться быстрее света, что невозможно.

РЕДАКТИРОВАТЬ : Еще одно интуитивное «объяснение» (иначе много волнений) - внутри горизонта событий, все траектории ведут к центру. Нет никакого возможного пути из любого места в пределах горизонта к внешней стороне. Как бы вы ни поворачивали, вы смотрите в центр. Как бы вы ни двигались, вы двигаетесь к центру. Если горизонты событий слились, чтобы черные дыры снова распались, их части должны были бы отойти «от центра» (или от одного из центров), что невозможно.

Все вышесказанное примерно так же «строго», как и «объяснение» общей теории относительности со стальными шариками на резиновом листе. Это просто метафора.

Более строго, посмотрите эту статью Стивена Хокинга:

Черные дыры в общей теории относительности

С течением времени черные дыры могут слиться воедино, и новые черные дыры могут быть созданы при дальнейшем разрушении тел, но черная дыра никогда не сможет раздвоиться. (стр. 156)


РЕДАКТИРОВАТЬ : горизонты событий на самом деле не "просто обрезать друг друга". Идеально сферические горизонты событий - это теоретическая абстракция (не вращающаяся черная дыра в пустой вселенной). В действительности, все, что находится рядом с ЧД, деформирует горизонт событий, который будет «тянуться» к этой массе. Если это небольшая масса, эффект незначителен.

Но если две черные дыры приближаются друг к другу, EH становятся яйцевидными, как будто пытаются коснуться друг друга. Если они достаточно близки, то в конечном итоге между ними образуется очень узкий мост, и EH сливаются. В этот момент полное слияние объявлено и будет проходить с абсолютной уверенностью, пока оно не завершится. Ничто не может остановить это.

Смотрите этот ответ:

Являются ли черные дыры сферическими при слиянии?


что случится с этим невероятным количеством импульса друг друга черных дыр?

Получающаяся черная дыра после слияния будет чертовски крутиться, если столкновение будет не совсем фронтальным. Независимо от того, какую энергию нельзя вложить в спин, она, вероятно, будет излучаться в виде гравитационных волн (как уже указывали другие в комментариях к вашему вопросу).


10
Если два EH соприкасаются, центры черных дыр все еще не находятся внутри горизонта событий друг друга. В зависимости от их размеров центры могут быть довольно далеко от горизонта событий другого ... так что, если они движутся достаточно быстро, они могут сбежать даже после слияния горизонтов событий?
Роб

8
@Rob Центр не является привилегированным. Забудь о центре. Как только мост создан, для всех намерений и целей это одна черная дыра. Здесь нет «перекрытия», ваше изображение неправильное - две сущности уже слились, есть один горизонт событий, а не два (см. Ответ, который я связал в конце). И вы не можете разделить куски за горизонт событий, независимо от того, что вы делаете. Забудьте 0.999c, это ничего. Большинство людей не понимают, насколько по-настоящему скремблировано пространство-время в горизонте событий. Там действительно нет выхода, это не фигура речи.
Флорин Андрей

6
Я предполагаю, что мне трудно примириться в моей голове, что если сингулярность (при условии, что все вещество находится в одной точке) не пересекает другой горизонт событий - почему она не должна быть в состоянии убежать? Я понимаю, что горизонты событий сливаются, однако, если мы думаем о двух сингулярностях (неужели они не сливаются мгновенно?), Имеющих свой собственный радиус Шварцшильда, почему их пересечения означают гибель для их соответствующих сингулярностей? Если бы солнце частично пересекало горизонт событий, я бы предположил, что только часть солнца, пересекавшая горизонт событий, окажется в ловушке навсегда
Роб

10
@Rob Кажется, что ваша ментальная модель в основном имеет массу и горизонт событий, имеющие места в пространстве, как обычные объекты. Это не так. И сингулярность, и горизонт событий являются аспектами чрезвычайно искривленного пространства-времени, и их поведение можно понять, даже приблизительно, в этом искривленном пространстве-времени. Посмотрите на youtube.com/user/SXSCollaboration для некоторых симуляций, которые принимают это во внимание
Стив Линтон

5
@Fax Яйцевидные области препятствуют тому, чтобы вещи также ушли. Все, что «движется перпендикулярно» к «границе» между двумя черными дырами, все еще нуждается в достаточном импульсе, чтобы преодолеть объединенную гравитацию, тянущую его назад к точке Лагранжа между двумя черными дырами (помните, что вам нужно бороться против обеих, даже если бы вы могли убежать, если бы был только один из них). Если скорость выхода в точке Лагранжа превышает скорость света, то точка Лагранжа сама находится внутри объединенного горизонта событий, и черные дыры сливаются.
Draco18s
Используя наш сайт, вы подтверждаете, что прочитали и поняли нашу Политику в отношении файлов cookie и Политику конфиденциальности.
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.