Apakah lubang hitam benar-benar singularitas?

9

Tidak bisakah lubang hitam hanya menjadi benda super padat? Mereka masih bisa hitam (memiliki warna hitam tidak pernah benar-benar diperlukan fisika khusus, dan memiliki medan gravitasi yang sangat kuat. Jika kami curiga ia benar-benar menyerap cahaya karena gravitasinya, maka ada kemungkinan bahwa gravitasi itu cukup kuat untuk menangkap cahaya, tidak membiarkan cahaya memancar keluar ketika materi jatuh ke objek ini.

Saya hanya mengalami kesulitan menerima bahwa segala sesuatu dapat eksis dengan properti yang sangat besar karena akan menyebabkan massa yang sangat besar yang mengarah ke kekuatan yang sangat besar ... yang hanya akan menghancurkan alam semesta dengan sangat cepat, bukan? Jadi saya pikir objek supermasif bisa menjadi badass sama baiknya tanpa harus menjadi singularitas.

gravity black-hole singularity

— stevie
sumber

3

Singularitas adalah hanya di mana hukum gravitasi dan ruang-waktu kita runtuh, ia memiliki potensi yang tak terbatas karena tidak dapat dipertanggungjawabkan oleh aturan kita saat ini, bukan karena entah bagaimana ia telah mengumpulkan semua materi di alam semesta dan menjadi sangat padat.

— Dean

@Dean benar. Dengan singularitas matematika kita saat ini adalah mustahil. Persamaan yang kami tunjukkan bahwa jika ada, pengaruhnya akan meluas tanpa batas. Satu-satunya masalah adalah bahwa belum ada yang menentukan batas antara fisika klasik dan fisika kuantum. Mereka tampaknya benar-benar terpisah dan berbeda sekarang. Matematika belum berhasil merekonsiliasi bagaimana singularitas dapat eksis tanpa menggunakan gravitasi pada segala hal lain di alam semesta.

— SDsolar

@Dean Ya, ide awal saya adalah bahwa fenomena lubang hitam dimungkinkan untuk dijelaskan tanpa singularitas. Cahaya tidak bisa lepas dari gravitasinya, lalu apa? Sepertinya foton dapat ditangkap dengan medan gravitasi yang cukup kuat. Mungkin kita bisa menemukan nilai ambang, yakin itu jumlah yang besar, tetapi mengapa harus tak terbatas?

— stevie

4

Jawaban ini sebagian berdasarkan opini. Saya berbagi skeptisisme Anda tentang keberadaan singularitas matematika yang ketat seperti yang akan diprediksi oleh Relativitas Umum. Ini terutama, karena asumsi singuaritas yang ketat mengabaikan teori kuantum. Salah satu pendekatan untuk mengatasi singularitas adalah Gravastar . Terkait adalah bintang Planck . Kedua pendekatan mencoba untuk mengatasi paradoks di dekat singuarity. Sebuah jawaban penuh mungkin pada akhirnya diberikan oleh gravitasi kuantum yang masih harus didefinisikan .

Kesulitan lain untuk lubang hitam "nyata" adalah rotasi. The solusi Schwarzschild tidak diharapkan terjadi pada lubang hitam dunia nyata.

Alih-alih solusi Kerr (atau mungkin metrik Kerr-Newman ) akan lebih dekat ke objek astronomi nyata, karenanya termasuk setidaknya rotasi, dan mungkin beberapa muatan listrik residu.

Sebuah partikel tanpa massa yang bergerak dengan kecepatan cahaya menghasilkan energi yang tidak terdefinisi menurut Relativitas Khusus. Alam membuka fisika yang didedikasikan untuk partikel tak bermassa dengan memungkinkannya mengambil energi apa pun untuk menyelesaikan rentang tak terdefinisi ini. Dengan cara yang sama, alam dapat membuka jenis fisika baru di dalam lubang hitam untuk menyelesaikan paradoks antara Relativitas Umum dan teori kuantum.

— Gerald
sumber

Terima kasih, @Gerald, Gravastars untuk menyelamatkan! Apa yang saya butuhkan. Akhirnya, beberapa ahli teori yang tidak nyaman dengan benda-benda jahat yang tak terhingga menghuni alam semesta kita! Anda tahu, itu hanya perasaan murni, tetapi bagi saya, lubang hitam terdengar seperti beberapa hipotesis dari abad pertengahan dengan lubang cacing dan sebagainya.

— stevie

Nah, lubang cacing (jembatan Einstein-Rosen) akan konsisten dengan Relativitas Umum, dan tanpa perlu singularitas. Tetapi mereka mungkin tidak stabil karena alasan teoritis kuantum lainnya, setidaknya ketika dirakit sebagai "mesin waktu" makroskopis. Kip Thorne pernah membahas ini dalam bukunya "Black Holes and Time Warps" dengan agak terperinci: en.wikipedia.org/wiki/Black_Holes_and_Time_Warps

— Gerald

Saya tidak setuju bahwa ini berdasarkan pendapat. Mungkin OP tidak menulisnya dengan benar tetapi masalahnya nyata. Jika ada singularitas dalam lubang hitam cakrawala peristiwa tidak akan dapat didefinisikan sebagai terbatas. Dibutuhkan terobosan nyata untuk merekonsiliasi dunia kuantum dengan dunia klasik. Saat ini kita bahkan tidak tahu kondisi batas di mana matematika harus beralih dari satu ke yang lain, apalagi mesh lancar.

— SDsolar

Singularitas berarti dalam semua contoh emperikal bahwa model matematika salah atau tidak berlaku lagi. Lebih lanjut singularitas mengarah pada kontradiksi. Fakta bahwa lubang hitam dipandang sebagai singularitas di mana-mana di mata saya sangat berbahaya.

— dgrat

6

Apa itu singularitas?

Singularitas adalah titik di alam semesta di mana materi sangat padat. Singularitas berada di tengah-tengah lubang hitam, dan sering bersembunyi di balik cakrawala peristiwa. Jadi pada dasarnya, singularitas adalah titik di ruang di mana banyak materi terjepit di ruang yang sangat kecil. Ketika Anda memiliki masalah singularitas tidak pergi hingga tak terbatas. Kepadatan adalah apa yang terjadi hingga tak terbatas. Kepadatan dan materi adalah hal yang berbeda.

Singularitas sering diciptakan dalam ledakan supernova. Supernova adalah tempat bintang disebabkan ketika ada begitu banyak materi di pusat bintang (di akhir masa hidupnya) sehingga bintang tidak dapat mendukung gaya gravitasinya sendiri, dan bintang itu runtuh dengan sendirinya dan meledak.

Cara kedua supernova dapat terjadi adalah dalam sistem bintang biner - di mana jika ada white dwarf , ia mencuri materi dari bintang lain dan akhirnya ia mengakumulasi begitu banyak materi sehingga meledak.

Singularitas disebabkan oleh bintang-bintang besar, bukan yang kecil. Bintang kecil yang meledak dalam supernova menciptakan sesuatu yang disebut bintang neutron.

Jadi apa itu black hole?

Lubang hitam adalah area di ruang angkasa dengan medan gravitasi yang begitu kuat bahkan cahaya pun tidak bisa lepas. Lubang hitam tidak memiliki warna hitam, mereka tidak memiliki warna karena kita tidak dapat melihat cahaya kembali dari mereka. Jadi tidak, cahaya tidak diserap. Lubang hitam pada akhirnya juga dapat menghilang, karena suatu mekanisme yang disebut Hawking Radiation

Ada beberapa jenis lubang hitam termasuk:

Lubang hitam supermasif (sering ditemukan di pusat galaksi)
Lubang hitam bintang
Lubang hitam primordial
Memutar (Kerr) lubang hitam

Akhirnya, ada 3 area utama di dalam lubang hitam.

Diagram ini dapat menunjukkan banyak hal kepada kita, misalnya, bagaimana lubang hitam tidak memiliki tarikan gravitasi yang melintasi seluruh alam semesta.

Pada catatan terakhir, kita dapat menentukan area di mana cahaya bahkan tidak bisa lepas dengan menggunakan jari-jari Schwarzschild . Terlihat seperti yang Anda katakan jawaban ini seharusnya tidak termasuk relativitas, saya juga tidak akan memasukkan matematika. Radius Schwarzschild, secara ringkas, adalah tempat cakrawala peristiwa berada dalam lubang hitam.

Ringkasan

Maaf karena memberikan jawaban panjang yang aneh, saya kesulitan memahami apa yang tidak Anda mengerti, dan saya pikir jika saya menjelaskan singularitas - maka saya pasti akan membantu Anda, maaf jika saya baru saja mengatakan hal-hal yang sudah Anda ketahui. Saya telah menyediakan beberapa tautan Wikipedia jika Anda ingin melihat beberapa istilah yang saya cetak miring. Anda mungkin juga ingin melihat termodinamika lubang hitam

— Bola bulu
sumber

1

Oke, jadi inilah yang saya skeptis: Selain bisa membayangkan ketidakterbatasan sebagai fenomena matematika, mungkin tidak masuk akal di alam semesta fisik ketika diterapkan pada objek. Hanya karena sesuatu memiliki massa besar yang tidak manusiawi, kita tidak punya alasan untuk percaya bahwa itu runtuh menjadi sesuatu yang tak terbatas. Nilai besar tidak ada yang istimewa di ruang angkasa. Apakah ide ini karena alasan historis, jadi ketika ilmuwan pertama kali menyadari bahwa ada massa besar di luar sana, mereka mengira mereka dapat menyebabkan perilaku tunggal? Jika demikian, mengapa tidak juga berfantasi tentang sinar gamma dengan frekuensi sangat tinggi?

— stevie

1

Singularitas adalah titik dengan 0 volume. Anda terlibat dengan beberapa hal, saya pikir. Massa tidak pergi hingga tak terbatas. Massa menjadi sangat padat, volumenya menjadi 0. Anda berkata "massa yang sangat besar dan tidak manusiawi", massa tidak mencapai tak terhingga. Kepadatannya tak terhingga. Singularitas hanya dibuat ketika titik memiliki kerapatan tak hingga. @stevie

— Featherball

4

Saya pikir Anda memulai dari premis bahwa ada beberapa cara untuk menstabilkan objek yang sangat padat di cakrawala peristiwa lubang hitam. Dalam teori klasik Relativitas Umum singularitas tidak bisa dihindari. Begitu berada di dalam horizon peristiwa, sebuah objek terdorong untuk bergerak ke arah, dan mencapai, singularitas dalam waktu yang terbatas, dengan cara yang sama seperti ketika Anda dipaksa untuk bergerak maju dalam waktu entah Anda suka atau tidak.

Oleh karena itu tidak mungkin untuk memiliki sesuatu dalam GR klasik yang terlihat seperti lubang hitam dan memiliki horizon peristiwa, tetapi yang tidak membentuk semacam singularitas. Namun, kita tahu bahwa GR klasik harus dipecah pada skala yang sangat kecil (kuantum) sehingga sangat mungkin terjadi sesuatu untuk mencegah singularitas dalam teori gravitasi quantum.

Jadi orang bebas untuk menciptakan versi Relativitas Umum yang memungkinkan semacam penghindaran singularitas. Tetapi ada (setidaknya) dua persyaratan. (1) Seharusnya menjelaskan semua hal lain yang dijelaskan GR klasik dengan sangat baik. (2) Ini harus memiliki konsekuensi yang dapat diamati di luar horizon peristiwa, karena kalau tidak, itu adalah pointless navel gazing (IMO).

NB: Lubang cacing dan sejenisnya dapat dimungkinkan dalam (lubang GR klasik) yang berputar, tetapi pemahaman saya yang terbatas adalah bahwa bentuk ini terlepas dari singularitas (yang tidak lagi menjadi titik). Dengan kata lain, singularitas masih ada, tetapi materi tidak terhindarkan berakhir di dalamnya (tetapi pergi ke tempat lain!)

Hal-hal yang Anda tulis tentang massa tak terbatas, kekuatan tak terbatas, dll. Adalah salah. Massa black hole didefinisikan dengan baik seperti halnya efek gravitasinya. Massa terbatas masih muncul dari pengambilan integral dari kepadatan tak hingga di atas volume nol.

— Rob Jeffries
sumber

2

Adalah umum untuk menggambarkan singularitas sebagai titik kepadatan tanpa batas, tetapi sebenarnya itu lebih umum daripada itu: mereka adalah semacam perilaku patologis dalam metrik ruangwaktu. Apakah singularitas adalah fenomena fisik aktual atau hanya menunjukkan titik di mana teori (dalam hal ini relativitas umum) tidak lagi dapat menggambarkan alam adalah masalah perdebatan.

Teorema singularitas Penrose menunjukkan bahwa di bawah seperangkat asumsi yang sangat masuk akal bahwa keruntuhan gravitasi suatu objek seperti bintang pasti mengarah ke singularitas. Catatan meskipun buktinya adalah ketidaklengkapan geodesik (yaitu garis waktu dari beberapa objek yang jatuh bebas berakhir tiba-tiba). Ini tidak (harus) sama dengan singularitas kelengkungan 'kepadatan tak terbatas' yang tampak yang muncul dalam solusi lubang hitam ideal seperti metrik Schwarzschild.

— John Davis
sumber

Apakah ini berarti singularitas dapat muncul tanpa nilai yang tidak terbatas? Itu berarti bahwa pada nilai yang sangat tinggi hal-hal mungkin berperilaku berbeda dari pengetahuan kita saat ini? Tanpa nilai-nilai seperti itu menjadi tak terbatas?

— stevie

Singularitas kelengkungan adalah tempat kelengkungan "meledak" di beberapa titik dalam ruangwaktu (yaitu ada nilai tak terbatas yang tidak dapat Anda singkirkan). Ini bukan satu-satunya jenis singularitas, misalnya mudah untuk membangun ruangwaktu yang tidak memiliki lengkungan, tetapi masih memiliki singularitas kerucut. Teorema singularitas memberi tahu Anda apa-apa tentang sifat singularitas yang tepat, mungkin saja singularitas kelengkungan adalah fitur metrik yang sangat simetris saja, di sisi lain tampaknya sangat masuk akal bahwa mereka tidak.

— John Davis

1

Ada banyak jawaban bagus untuk ini pada level fisik, tapi saya tidak melihat jawaban ini dialamatkan, jadi saya akan memberikan jawaban singkat.

Saya hanya mengalami kesulitan menerima bahwa segala sesuatu dapat eksis dengan properti yang sangat besar karena akan menyebabkan massa yang sangat besar yang mengarah ke kekuatan yang sangat besar ... yang hanya akan menghancurkan alam semesta dengan sangat cepat, bukan?

Jika lubang hitam memiliki infinitas, yang hanya mungkin jika mereka memiliki singularitas, maka infinitas itu, secara tak terhingga kecil dan tidak terbatas dari jarak jauh, bahkan sebagian kecil dari jarak atom pun jauh. Jadi, "hancurkan alam semesta dengan kekuatan tak terbatas", tentu saja, jika alam semesta lebih kecil dari atom, atau mungkin, di dalam cakrawala peristiwa di mana ia tidak dapat melakukan apa pun kecuali jatuh ke singularitas, tetapi pada jarak yang aman dan masuk akal, hitam lubang tidak berbahaya dan bukan ancaman bagi alam semesta.

Jadi saya pikir objek supermasif bisa menjadi badass sama baiknya tanpa harus menjadi singularitas

dan

Gravastar untuk menyelamatkan! Apa yang saya butuhkan. Akhirnya, beberapa ahli teori yang tidak nyaman dengan benda-benda jahat yang tak terhingga menghuni alam semesta kita!

OK untuk pemula, hukum fisika adalah apa adanya, dan mereka tidak peduli apa yang kita pikirkan. Mengenai hal-hal yang "jahat", itu di mata yang melihatnya.

2000 tahun yang lalu, "api neraka" adalah magma yang terlihat keluar dari gunung berapi sesekali dan neraka ada di dalam bumi. Hari ini, bagian dalam Bumi menghasilkan medan magnet yang melindungi kita dan memberi kita lempeng tektonik, yang sangat berguna bagi planet yang mengandung kehidupan. Bagian dalam Bumi tidak berubah, tetapi persepsi kita tentangnya telah sangat berubah. Sekarang kita mencintai bagian dalam Bumi, tetapi 2.000 tahun yang lalu orang-orang takut akan hal itu.

100 tahun yang lalu, semua orang mengira Semesta adalah jalan Bima Sakti dan 80 tahun yang lalu, mereka mengira Semesta itu abadi, sampai Hubble yang buruk menyarankan Semesta memiliki permulaan dan, yah, banyak hal yang abadi. Jika Hubble mengatakan bahwa 300 tahun sebelumnya dia akan dibakar di tiang pancang, tidak perlu dipertanyakan lagi, dengan sebuah plakat yang menyatakan "penghujat"

Itulah masalah dengan sudut pandang. Itu bukan gambaran lengkap. Lubang hitam menjadi "manusia boogie" yang hebat, sebagai sesuatu yang memakan segalanya dan tidak dapat melarikan diri, tetapi itu hanya sebagian dari gambaran besarnya.

Einstein sendiri menemukan bahwa lubang hitam adalah ide yang tidak menyenangkan (Dia juga tidak terlalu tertarik pada mekanika kuantum), jadi Einstein membayangkan Semesta memiliki beberapa hukum fisika yang mencegah lubang hitam tidak pernah terbentuk dan itu bahkan mungkin terjadi, tetapi jujur, betapa berbedanya apakah itu akan perlahan-lahan terjepit di sekitar cakrawala peristiwa di atas keabadian vs cepat tergencet dalam singularitas atau apa pun yang terjadi di tengah. Dari sudut pandang tertentu, itu hampir sama.

Beberapa teori telah menyatakan bahwa black hole adalah tempat magis dengan seluruh bayi semesta di dalamnya . Saya menemukan pemikiran yang lebih kreatif daripada sains, tetapi kenyataannya adalah, apa yang terjadi di dalam horizon peristiwa tetap di dalam horizon peristiwa dan tidak ada yang tahu.

Pada lubang hitam secara umum :

Mereka sangat berguna. Pembentukan lubang hitam, dan keruntuhan gravitasi dan rebound dari keruntuhan, menciptakan dan mendistribusikan unsur-unsur berat melintasi galaksi dan dalam keruntuhan yang menciptakan lubang hitam atau bintang Neutron, sekitar 90% dari masalah bintang akan meledak , didaur ulang, jika Anda mau, kembali ke galaksi dan hanya 10% atau lebih, membentuk inti yang runtuh.

Anda dapat menganggap black hole sebagai sisa kecil dari kematian sebuah bintang, tetapi saya menemukan fakta bahwa bintang-bintang besar mendaur ulang dan mendistribusikan begitu banyak materi mereka di galaksi menjadi sangat keren. Lubang hitam supermasif juga membantu dalam pembentukan galaksi, jadi kebenaran sederhananya adalah, lubang hitam sangat berguna, bahkan jika Anda tidak ingin berpapasan dengan galaksi.

Sekarang tentang apa yang terjadi di dalam lubang hitam, sudah ada beberapa jawaban bagus untuk itu dan saya tidak ingin membuat ini terlalu lama, terutama karena saya seorang awam, tapi saya menemukan spekulasi dari wilayah eksotis di dalam cakrawala acara untuk sangat menyenangkan untuk dipikirkan.

Saya pribadi tidak percaya pada singularitas. I (BERPIKIR), bahwa sifat gelombang dan medan mekanika kuantum dan fakta bahwa ruang kosong memiliki sifat-sifat yang, misalnya, pasangan partikel anti-partikel pada dasarnya dapat terbentuk dari ketiadaan, (yang memungkinkan radiasi elang), saya pikir mungkin ada semacam ruang eksotis yang tidak pernah singularitas penuh.

Saya tidak berpikir ada apa yang bisa disebut bahan fisik di dalam lubang hitam. Saya pikir hal-hal akan berperilaku berbeda dari itu, lebih seperti sifat eksotis proton atau elektron daripada sifat fisik permukaan, tetapi itu hanya pikiran saya pada subjek. Tanpa teori gravitasi quantum, ini seperti orang buta yang melihat peta. Tidak ada yang tahu. (terlalu panjang?)

— userLTK
sumber

Oke jadi saya kira masalah saya yang sebenarnya adalah mengapa para ilmuwan melihatnya perlu untuk memperkirakan kepadatan tanpa batas di sini atau perilaku tunggal. Hanya karena massa sangat besar dan terkonsentrasi dalam volume kecil, seharusnya tidak ada yang istimewa. Terjadi sepanjang waktu di alam semesta :) Apa yang membuat mereka percaya ada lebih banyak yang terjadi di sana daripada kekuatan gravitasi yang sangat besar?

— stevie

1

Saya percaya bahwa black hole adalah singularitas dalam arti yang penting di dalamnya, tidak didefinisikan memiliki lokasi yang berarti atau kecepatan yang diketahui. Saya tidak berpikir itu berarti singularitas dalam arti memiliki jari-jari nol.

— iantresman
sumber