Lubang hitam tanpa singularitas?

8

Pertanyaan saya adalah tentang kesetaraan tentang memiliki cakrawala peristiwa dan memiliki singularitas.

Di satu sisi implikasinya terlihat cukup jelas:

Singularitas menyiratkan memiliki horizon peristiwa dan oleh karena itu lubang hitam. Karena massa dikompresi dalam ruang volume nol, jika Anda cukup dekat akan ada titik di mana kecepatan melarikan diri menjadi lebih besar dari kecepatan cahaya sehingga Anda akan mendapatkan lubang hitam menurut definisi.

Tapi bagaimana dengan yang sebaliknya? Apakah memiliki horizon peristiwa menyiratkan adanya singularitas?

Mungkinkah Anda memiliki bintang neutron yang cukup besar untuk mencapai kecepatan lepas yang sama dengan kecepatan cahaya tetapi tidak cukup kuat untuk membuat materi runtuh?

Bahkan jika bintang seperti itu tidak dapat eksis karena gaya kuat runtuh sebelum mencapai cakrawala peristiwa, ini tidak berarti kesetaraan.

Ini hanya berarti bahwa untuk beberapa nilai spesifik dari kekuatan kuat maksimum, ini tidak mungkin, tetapi citra sekarang merupakan masalah eksotis imajiner yang memiliki kekuatan kuat yang jauh lebih besar.

Untuk masalah "fiksi ilmiah" seperti itu, akan mungkin untuk mencapai cakrawala peristiwa tanpa runtuh ke singularitas, kan?

Atau apakah ini benar-benar ekuivalensi antara kedua konsep ini, sedemikian rupa sehingga tidak peduli seberapa resisten materi untuk runtuh itu tidak akan pernah mencapai cakrawala peristiwa?

black-hole singularity

— Sembei Norimaki
sumber

Keberadaan metrik Kerr Newmann menunjukkan bahwa mungkin mungkin untuk memiliki singularitas tanpa cakrawala peristiwa. Saya tidak tahu apa konsensus terakhir di antara fisikawan sungguhan.

— Harry Johnston

5

Apakah memiliki horizon peristiwa menyiratkan adanya singularitas?

Cakrawala peristiwa bukan komponen yang melekat dari objek tertentu. Ini tidak seperti sekali sebuah bintang berubah menjadi lubang hitam, tiba-tiba mendapat cakrawala peristiwa. Horison peristiwa hanyalah batas matematis yang mendefinisikan jarak dari massa mana kecepatan lepas sama dengan kecepatan cahaya. Saya dapat menghitung batas seperti untuk lubang hitam, untuk Matahari, Bumi, atau bahkan Anda. Jadi saya kira jawabannya di sini adalah tidak, memiliki horizon peristiwa tidak menyiratkan keberadaan singularitas . $M$

Mungkinkah Anda memiliki bintang neutron yang cukup besar untuk mencapai kecepatan lepas yang sama dengan kecepatan cahaya tetapi tidak cukup kuat untuk membuat materi runtuh?

Jawabannya di sini, secara teknis, tidak. Alasannya adalah bahwa begitu membutuhkan kecepatan lebih besar dari atau sama dengan kecepatan cahaya untuk melarikan diri objek Anda, itu tentu saja merupakan lubang hitam. Itulah definisi black hole. Jadi itu berarti bintang neutron yang Anda usulkan ini sebenarnya adalah lubang hitam. Definisi lain yang setara dari lubang hitam adalah benda apa pun yang massanya terkonsentrasi di cakrawala peristiwa benda itu.

Tapi Anda mungkin masih bertanya, bisakah Anda memiliki lubang hitam di mana massa di dalam cakrawala acara bukan singularitas. Ini akan membutuhkan semacam dukungan untuk mencegah masalah tersebut runtuh ke singularitas. Jawabannya adalah saat ini tidak diketahui. Masalahnya adalah bahwa di dalam cakrawala peristiwa, tiba-tiba Anda perlu bekerja dengan teori medan GR dan kuantum tetapi kedua teori itu tidak bermain bagus. Alih-alih, Anda harus menggunakan teori Gravitasi Quantum tetapi teori ini belum dikembangkan. Jadi pada akhirnya jawaban apa pun untuk hal ini akan menjadi dugaan sampai teori ini sepenuhnya disempurnakan.

— angin barat
sumber

3

Jika Anda menulis persamaan untuk kecepatan lepas yang sama dengan kecepatan cahaya dan menyambungkan semua angka untuk Bumi, tidakkah Anda tidak mendapatkan solusi? (Saya katakan ini dengan asumsi bahwa Anda menghitung dengan benar gravitasi di dalam Bumi, di mana gravitasi terus menurun karena massa di luar jari-jari Anda tidak memiliki gravitasi netto. Jika saya ingat dengan benar, Anda bisa mendapatkan solusi di dalam Bumi dengan hanya menjalankan angka untuk seluruh massa Bumi, tetapi ini jelas merupakan solusi yang tidak valid di permukaan dan di luar.)

— jpmc26

1

@ jpmc26 Ya Anda benar. Apa yang saya usulkan dalam jawaban saya adalah bahwa, untuk menghitung horizon peristiwa massa yang diberikan, Anda menganggap itu adalah massa titik dan menggunakan persamaan standar . Tentu saja, Anda akan menemukan bahwa jika Anda melakukan ini untuk Bumi, jari-jarinya jauh lebih kecil dari jari-jari Bumi yang sebenarnya, maka bagaimana kita tahu bahwa Bumi bukanlah lubang hitam (selain dari beberapa bukti yang lebih jelas). Intinya adalah fakta bahwa Anda mendapatkan solusi "tidak valid", seperti Anda menyebutnya, memberi tahu Anda bahwa Bumi bukanlah lubang hitam. Meskipun secara teknis masih memiliki horizon acara.

r = 2 G M / c^{2}

$r=2GM/c^2$

— zephyr

1

Maka Bumi tidak memiliki horizon peristiwa. Sebuah lubang hitam seukuran Bumi akan. Atau massa manusia. Anda tidak menghitung batas untuk objek apa pun yang Anda sebutkan. Hanya untuk lubang hitam dengan massa setara.

— toniedzwiedz

Ini masalahnya. Tidak ada yang bisa mengintip di bawah rok lubang hitam, jadi yang bisa kita lakukan hanyalah menebak apa yang ada di sana. Rumus matematika saat ini untuk lubang hitam cenderung mengakhirinya asimtot atau pembagian dengan nol. Mungkin pada akhirnya matematika baru atau persamaan baru akan dapat menggambarkan apa yang terjadi pada saat itu.

— Howard Miller

Lihat jawaban @ MarkFoskey di bawah ini. Segala sesuatu di dalam cakrawala peristiwa berakhir di tempat yang sama (atau paling tidak sedekat itu sehingga GR rusak dan sesuatu kuantum terjadi).

— Steve Linton

3

Sebuah bintang neutron nyata akan mulai runtuh ketika kekuatan gravitasinya melebihi kekuatan tekanan degenerasi neutron, sebelum ia memiliki horizon peristiwa.

Saat Anda mendekati horizon peristiwa, gaya yang diperlukan untuk menghentikan massa stasioner agar tidak jatuh mendekati infinity. Jadi saya tidak berpikir kekuatan terbatas, fiksi atau lainnya, dapat mempertahankan bentuk bintang setelah mencapai kerapatan kritis di mana ia memiliki horizon peristiwa.

Yang sedang berkata, memprediksi dengan tepat apa yang terjadi pada atau di dalam cakrawala peristiwa kemungkinan akan memerlukan teori gravitasi kuantum, dan saya tidak memilikinya.

— Robyn
sumber

1

Semua bintang neutron yang diamati memiliki massa terlalu tinggi untuk didukung oleh "tekanan degenerasi neutron". Seperti yang didirikan oleh Oppenheimer dan Volkhoff pada akhir 1930-an.

— Rob Jeffries

3

Singularitas berarti "teori saya tidak berfungsi di sini". Dengan kata lain, GR tidak dapat memprediksi apa yang terjadi pada titik tersebut, sehingga ia menyebut titik ini singularitas.

Yang paling penting adalah jangan sampai salah memetakan untuk wilayah. GR adalah peta, lubang hitam nyata adalah wilayahnya. GR adalah peta yang memungkinkan kita untuk memprediksi apa yang akan kita temukan di wilayah tersebut.

Jika peta mengatakan "tidak benar-benar tahu tentang hal ini" Anda benar-benar tidak boleh berharap bahwa ketika Anda pergi ke wilayah tersebut, Anda akan melihat Hal Tak Terbatas Tak Terukur di sana. Ini sangat bertentangan dengan pengalaman sejarah kita. Sampai saat ini, dari waktu ke waktu kami mengamati hal-hal terbatas yang normal di wilayah itu, tetapi kami tidak pernah melihat Hal Tak Terbatas yang Tak Terukur. Dalam setiap kasus ketika peta lama mengatakan kita akan melihat infinity, kami menemukan bahwa pengukuran suatu wilayah terbatas dan memalsukan peta itu (teori itu).

Jadi sepertinya kita harus mengharapkan singularitas sebagai kata untuk hanya merujuk ke peta. Anda benar - benar tidak boleh berharap untuk mengamati singularitas (benda peta) ketika kapal Anda yang sebenarnya memasuki lubang hitam (benda wilayah).

Mungkin ternyata GR kira-kira benar tentang horizon peristiwa, tetapi kita sudah tahu itu tidak cukup baik untuk menggambarkan apa yang ada di pusat.

— kubanczyk
sumber

1

Banyak dari kita para amatir tidak menyadari bahwa apa yang kita pikirkan tentang alam semesta sebenarnya hanyalah seperangkat persamaan yang cenderung memprediksi apa yang kita amati, dan kadang-kadang apa yang kita amati tidak sama persis dengan apa yang diprediksi oleh persamaan tersebut. Dan beberapa orang benar-benar menyukainya ketika itu terjadi.

— Howard Miller

Karena pertanyaan bertanya tentang singularitas, yang merupakan prediksi / masalah dengan GR, maka jawaban dalam hal GR akan lebih baik.

— Rob Jeffries

2

Jawaban khusus tentang pertanyaan tentang bintang neutron yang menghilang di dalam horizon peristiwa tetapi tetap dalam semacam keseimbangan adalah tidak. Setidaknya, itu tidak menurut General Relativity, yang merupakan satu-satunya permainan terhormat di kota saat ini.

Ini bukan karena dua alasan. Pertama, dalam GR, tekanan yang mendukung bintang juga merupakan sumber gravitasi (atau kelengkungan ruang-waktu). Tekanan yang meningkat diperlukan untuk mendukung peningkatan bintang neutron $M/R$ akhirnya menjadi self-defeating, terlepas dari mekanisme atau partikel apa yang memberikan tekanan itu. Batas ini dicapai sekitar 1,2 hingga 1,4 jari-jari Schwarzschild (tergantung pada bagaimana tekanan dan kerapatan material saling berhubungan), dan objek yang stabil tidak boleh lebih kecil.

Kedua, matematika GR jelas menunjukkan bahwa di dalam horizon peristiwa suatu objek tidak dapat diam dan bahwa koordinat radialnya harus berkurang dan singularitas (atau gangguan dalam GR sebagai $r \rightarrow 0$ jika Anda mau) akan dibentuk pada skala waktu $\sim r_s/c$ dimana $r_s$ adalah jari-jari Schwarzschild. Ini tak terhindarkan karena peningkatan waktu berada di luar cakrawala peristiwa.

Detailnya mungkin sedikit berbeda untuk BH pemintalan (Kerr). Pembentukan singularitas masih diharapkan, tetapi Kerr BH yang terisolasi dapat membentuk singularitas seperti cincin . Ini tidak mengubah ketidakmungkinan memiliki objek yang stabil / statis di dalam horizon peristiwa (dalam GR) dan "singularitas" diharapkan terbentuk.

— Rob Jeffries
sumber

" Matematika GR jelas menunjukkan bahwa di dalam horizon peristiwa suatu objek tidak dapat diam dan bahwa koordinat radialnya harus menurun " - Tidak persis. Anda berbicara tentang "ekstensi" yang sangat merepotkan oleh Finkelstein: strangepaths.com/files/finkelstein.pdf - Namun, dalam solusi Schwarzschild yang asli, horizon peristiwa terletak di asal tempat

r = 0

$r=0$ , sehingga koordinat radial tidak dapat menurun lebih dari itu: arxiv.org/pdf/physics/9905030.pdf - BTW ini dapat menjelaskan mengapa proyek Teleskop Acara Horison menolak mempublikasikan foto-foto Sagittarius A *.

— Victor Storm

1

Zephyr benar bahwa Anda akan membutuhkan gravitasi kuantum untuk benar-benar memahami apa yang terjadi di dalam cakrawala peristiwa. Tetapi deskripsi tradisional tentang apa yang akan terjadi di dalam horizon peristiwa lubang hitam (kurang lebih mengabaikan mekanika kuantum) adalah bahwa tidak ada kekuatan yang dapat menghentikan materi dari membentuk singularitas. Sistem koordinat di dalam horizon peristiwa adalah sedemikian rupa sehingga, berbicara secara kasar, arah masa depan mengarah ke pusat. Jadi Anda tidak bisa hanya memiliki setumpuk materi yang cukup padat untuk masuk ke dalam cakrawala peristiwa, dan pada saat yang sama cukup kuat untuk tidak runtuh ke singularitas.

— Tandai Foskey
sumber

Apakah ada perhitungan waktu (subyektif) maksimum yang tepat untuk mencapai pusat? Yaitu begitu Anda berada di dalam cakrawala acara (Schwarzchild demi kesederhanaan) dari radius R, berapa lama pengalaman masa depan Anda sebelum Anda tentu mengalami singularitas (dari dalam!).

— Steve Linton

@ SveveLinton Ya ada. Bagi seorang Schwarzschild BH itu

π r_{s} / 2 c

$\pi r_s/2c$ dimana

r_{s}

$r_s$ adalah jari-jari Schwarzschild.

— Rob Jeffries

Jadi untuk lubang hitam supermasif terbesar yang diketahui (sekitar 10 ^ 10 massa matahari) Anda memiliki sekitar 1,8 hari setelah Anda melintasi cakrawala peristiwa sebelum Anda harus mencapai singularitas, tidak peduli apa yang Anda lakukan. Begitu banyak untuk Heechee!

— Steve Linton

1

Lubang hitam bisa berukuran berapa saja. Bisa jadi ukuran sistem planet. Diberikan distribusi materi tertentu, saya pikir Anda tidak perlu singularitas untuk hadir.

Tetapi mengingat fakta bahwa materi di dalam black hole tidak dapat menghindarinya, pada akhirnya semua akan semakin dekat dan semakin dekat dan akhirnya menciptakan singularitas itu.

Bahkan jika kita membayangkan lubang hitam tubuh kaku dengan struktur agar tidak meledak, entropi internal pada akhirnya akan membuat struktur itu runtuh dan Anda masih akan mendapatkan singularitas dengan cukup cepat.

Itu semua berdasarkan pemahaman saya tentang lubang hitam, saya bukan seorang ilmuwan. Saya akan senang jika seseorang bisa memberi tahu saya jika saya mengerti dengan benar.

— ClemyNX
sumber

"Entropi internal pada akhirnya akan membuat struktur itu runtuh" ini menempatkan Anda dengan kuat pada skala kuantum, jadi tolong jelaskan teori entropi internal ini dalam istilah kuantum. Anda tidak akan memenangkan Nobel untuk formulasi Anda saat ini, dan pertanyaan OP sebenarnya ada pada tingkat hadiah Nobel dan itu layak mendapat jawaban serius.

— kubanczyk

Ini berteori bahwa lubang hitam kehilangan massa melalui radiasi Hawking. Dan belum tentu benar bahwa masalah di dalam akan bergerak semakin dekat. IMO, karena singularitas melibatkan infinity, mereka tidak nyata secara fisik atau mungkin - mereka hanya model matematika. Keabadian tidak dapat eksis di dunia fisik, karena seseorang akan membutuhkan titik persilangan dari yang terbatas ke yang tak terbatas, yang pada hakekatnya adalah paradoks. Infinity adalah konsep matematika, bukan angka. Jika model fisika memberi Anda tak terhingga, maka Anda membuat kesalahan matematika, dan / atau model Anda tidak lengkap.

— Tristan