«Краткая история времени» Стивена Хокинга была одна из первых научно-популярных книг, прочитанных мною, и я ее возненавидела. Возненавидела, потому что не понимала. Фрустрация от этой книги стала одной из основных причин, почему я стала физиком — ну, по крайней мере, я знаю, кого винить в этом.
Прим. пер.: я добавил ссылки и некоторые иллюстрации, а также убрал часть текста, не имеющую особого отношения к делу (место отмечено в тексте).
Оригинальный пост не может похвастаться идеальной структурой повествования, которую я не стал изменять. Но проблема очень важна и актуальна, и за ее обсуждение и объяснение Сабине можно простить погрешности стиля.
Пост можно считать расширенным комментарием к недавней публикации перевода Итана.
Я перестала ненавидеть эту книгу — надо признать, с подачи Хокинга возгорелся интерес общей публики к фундаментальным вопросам физики (связанным с черными дырами). Но время от времени я все еще хочу ударить чертову книгу. Не потому что я не понимаю ее, но потому что она убедила так много людей, что они понимают ее.
В этой книге Хокинг нарисовал изящную картинку испарения черных дыр, которая теперь используется повсеместно. В его представлении черные дыры испаряются, потому что пары виртуальных частиц, возникающих вблизи горизонта, разрываются приливными силами. Одна из частиц оказывается за горизонтом событий, и падает в черную дыру, а вторая улетает вовне. В результате черная дыра постоянно излучает частицы на горизонте событий. Это просто, это интуитивно, и это совершенно неверно.
Такое объяснение — простая иллюстрация, не более. В реальности — вы не будете удивлены — ситуация более сложная.
Пары частиц — насколько вообще имеет смысл говорить о частицах в квантовой физике — не локализованы в пространстве. Они «размазаны» по области пространства, сравнимой с радиусом черной дыры (прим. пер. сродни тому, как электрон движется не по определенной орбите вокруг ядра атома, находясь к какой-то ее точке, а «размазан» вокруг ядра.). Пары частиц возникают не как точки, но как облака, размытые всюду вокруг черной дыры, и они разделяются только на расстояниях, сравнимых с радиусом черной дыры. Картинка, которую нарисовал Хокинг для не-специалистов не подкрепляется никакой математикой. В ней есть элемент истины, но не стоит ее принимать слишком серьезно — это может стать источником многих заблуждений.
То, что объяснение Хокинга не точно, не является чем-то новым — с начала 70х было известно, что излучение Хокинга возникает не на самом горизонте. Уже в учебнике Биррела и Девиса (1984) ясно написано, что если взять частицы издалека и отследить их приближение к горизонту — тем увеличивая их частоту ("синее смещение") — не дает корректного описание области вблизи горизонта событий. Две частицы из пары Хокинга «размазываются» и смешиваются друг с другом, так что говорить о них как о «частицах» можно только в локальном смысле (имеется в виду локальная с точки зрения ОТО система координат, прим.пер.). Более того, нужно честно считать наблюдаемые величины, такие как тензор момента-импульса.
Предположение о возникновении пар на некотором отдалении от горизонта событий было необходимо для решения загадки, которыми были озадачены физики в 70-80е. Температура излучения черной дыры очень мала, если смотреть издалека. Но чтобы это излучение вообще могло убежать от притяжения ЧД, оно должно изначально обладать огромной энергией вблизи горизонта. А тогда наблюдатель, падающий в черную дыру, обратился бы в пепел, проходя через область с такой энергией. Это в свою очередь нарушает принцип эквивалентности, согласно которому наблюдатель, падающий в черную дыру вообще не должен заметить ничего необычного при пересечении горизонта.
Чтобы разрешить эту проблему, нужно учесть, что нельзя рассматривать излучение как приходящее от самого горизонта. Если честно посчитать тензор энергии-импульса вблизи горизонта, окажется, что он достаточно мал, и остается таковым и при пересечении горизонта. На самом деле он насколько мал, что падающий наблюдатель сможет заметить разницу с плоским пространством только на расстояниях, сравнимых с радиусом черной дыры (что также является размером кривизны пространства-времени). Тогда все сходится, и никакого нарушения принципа эквивалентности не возникает.
[Я знаю, все это звучит похоже на проблему фаервола, которую я обсуждала ранее, но это несколько иной эффект. (прим.пер. Проблема фаервола возникает, если рассматривать запутанность между излученной частицей и упавшей в черную дыру. Чтобы удовлетворять принципам квантовой механики, эти корреляции должны разрушаться. При разрушении корреляций высвобождается огромная энергия, которая создает «огненную стену» на горизонте.) При этом возникают разные проблемы при вычислениях вблизи горизонта. Идею фаервола можно критиковать на основании того, что в оригинальной статье про фаервол тензор энергии-импульса посчитан не был. В отличие от других я не думаю, что проблема в этом.]
Настоящая, подкрепленная вычислениями, причина излучения частиц черными дырами заключается в том, что для разных наблюдателей понятие частицы отличается.
Мы привыкли, что частица либо находится у нас, либо не находится. Однако, это справедливо только пока мы равномерно движемся друг относительно друга. Если наблюдатель (мы) ускоряется, самое определение частицы для него изменяется. То, что выглядит пустым вакуумом для наблюдателя при равномерном движении, оказывается наполненным частицами при ускорении. Этот эффект назван в честь Билла Унру, кто предложил его практически одновременно с гипотезой излучения черных дыр Хокингом. Сам эффект слишком мал для привычных нам ускорений, и мы никогда не замечаем его.
Эффект Унру близко связан с эффектом испарения черных дыр Хокинга. При возникновении черных дыр материя, коллапсирующая в черную дыру, создает динамическое пространство-время, которое приводит к ускорению между наблюдателями в прошлом и будущем. В результате пространство-время вокруг коллапсирующей материи, которое не содержало частиц до возникновения черной дыры, оказывается наполненным тепловым излучением на поздних стадиях коллапса. То есть, излучение Хокинга — тот же самый вакуум, изначально окружавший коллапсирующее вещество, (прим.пер. ровно как в эффекте Унру вакуум наполняется излучением при ускорении наблюдателя).
Это и является источником излучения черных дыр: само определение частицы зависит от наблюдателя. Не столь просто, как картинка Хокинга, но гораздо точнее.
Картинка с парами частица-античастица на горизонте, предложенная Хокингом, стала столь потрясающе популярной, что теперь даже некоторые физики верят, что именно так все и происходит (Прим.пер. До поста Сабины я и сам к своему стыду думал именно так). Тот факт, что синее смещение излучения при рассмотрении его распространения обратно во времени от бесконечности к горизонту дает настолько огромную энергию на горизонте, оказался затерян в литературе. К сожалению, непонимание связи между потоком частиц Хокинга вдалеке от ЧД и вблизи горизонта событий приводит к неверному заключению, что этот поток гораздо сильнее, чем он есть на самом деле. Например, это привело Mersini-Houghton к ошибкам при выводе доказательства, что черные дыры вообще не существуют.
(Прим.пер. Дальше статья сокращена для удобства чтения, в оригинальном посте обсуждается книга «Spooky action at a distance» и расчеты, где вычисляется точное расстояние, на котором возникает излучение Хокинга — в несколькое радиусов ЧД — и в подробностях обсуждается источник эффекта)
Если книга Хокинга и научила меня одной вещи, так это тому, что прилипчивые визуальные метафоры может быть проклятием в той же мере, как и благом.
Комментарии (80)
4erdak
01.05.2018 16:14-3, что теперь даже некоторые физики верят, что именно так все и происходит
А некоторые физики ВЕРЯТ, что все происхолит как-то не так и:
Это просто, это интуитивно, и это совершенно неверно.
Этот эффект назван в честь Билла Унру, кто обнаружил его
Вот так рождаются мифы, потому как по факту ничерта он НЕ обнаружил.
Shkaff Автор
01.05.2018 16:29потому как по факту ничерта он НЕ обнаружил.
Обнаружение может также быть обнаружением в теории. В эксперименте было бы "наблюдение". Но я поправил все равно на "предложил".
artskep
01.05.2018 19:40Пожалуй совсем правильным было бы "предсказал".
А дальше как получится: или как с гравитационными волнами — наблюдение подтверждает теорию. Или как с эфиром — наблюдение опровергает теорию, так что думайте новую…Shkaff Автор
02.05.2018 10:37+1Хмм, мне всегда кажется, что предсказал — это когда теория предсказывает конкретный эффект. Условно, ОТО предсказывает, что при слиянии ЧД возникают гравитационные волны. Или: теория Унру предсказывает распад ускоряющегося протона. Но при этом сама теория (гипотеза) может быть описана, или предложена, или создана...
zi0
03.05.2018 08:01+1«предположил». Наиболее правильное слово на русском будет «предположил».
(можно ещё «спрогнозировал», но, по-моему, не так точно)
та же штука и с «верой» – ибо «вера» не является (объективной) частью научного познания.
семантическое значение «предсказал» подразумевает свершившееся подтверждение.
(т.е. «предположил» + «было подтверждено»)
symbix
02.05.2018 02:37С «верят» — это трудности перевода. В данном контексте «some physicists believe» скорее переводится как «некоторые физики полагают/считают, что...»
Shkaff Автор
02.05.2018 08:09В данном случае я перевел как "верят" намеренно, потому что это именно ни на чем не основанная вера. Нет ни одной математической модели, которая бы подкрепляла эту веру.
Malignus
02.05.2018 08:54Вера — это обоснованное допущение, а не слепое следование догматам. Если рассматривать в этом контексте, то это не трудности перевода, а неточность восприятия.
Shkaff Автор
02.05.2018 09:07Зависит от допущения. Например, в своем случае я честно думал, что раз уж Хокинг сам нашел эту аналогию к эффекту своего же имени, неправильной она быть не должна. И не утруждал себя проверкой. Как в школе прочитал его книжку, так и все университетские годы так думал (курса по ОТО у нас не было). Более того, и другим рассказывал. Было ли это обоснованным допущением? В каком-то смысле да. Лучше от этого не стало:)
hurtavy
01.05.2018 17:01Хм… Так ведь эта иллюстрация с ЧД и падением частицы за горизонт — это именно иллюстрация. К реальности она не имеет никаого отношения. Там даже описываемая ЧД — идеальная шварцшильдовская. А такие не существуют
Shkaff Автор
01.05.2018 17:04Ну, многие это принимают слишком близко к сердцу, и объяснению того, как реально все работает, статья и посвящена. А про вид ЧД — это все же не принципиально для вопроса.
Sychuan
01.05.2018 17:50Так ведь эта иллюстрация с ЧД и падением частицы за горизонт — это именно иллюстрация. К реальности она не имеет никаого отношения.
Из книги Хоккинга это никак не очевидно. Его книга, на мой взгляд не профессионала, очень путанная. Там трудно понять, где гипотезы Хокинга, где установленные факты, где метафоры, где реальные процессы, где шутки, где серьезно. Именно поэтому я разлюбил поп.книги про передовую физику. Читая их, кажется, что все понятно, но в реальности может быть все совсем не так. Чувство будто они запутывают, а не объясняют.
kauri_39
01.05.2018 21:58-1То есть параллель эффекта Унру с излучением Хокинга в том, что в первом случае наблюдатель, ускоряясь в плоском пространстве, регистрирует в нём фотоны, которых не было до его ускорения, а во втором случае фотоны появляются в пространстве, ускоряющемся к горизонту ЧД? То есть в образующемся сильно искривлённом "динамическом пространстве-времени"? Это подобно принципу эквивалентности инертной и гравитационной массы?
Shkaff Автор
02.05.2018 08:54Хм, я сам грешу выдачей минусов вам мешками за всякие несуразности, но тут-то вопросы все правильный, странные люди...
втором случае фотоны появляются в пространстве, ускоряющемся к горизонту ЧД?
Да, в целом можно сказать так. Не уверен, что можно провести стопроцентную аналогию, все же пространство не является "наблюдателем" в ОТО. Тут уж скорее окружающая вселенная является наблюдателем, который начинает ускоряться к центру ЧД.
Это подобно принципу эквивалентности инертной и гравитационной массы?
Я бы не сказал. Унру и Хокинг это все же близкая аналогия, а не точный эквивалент.
kauri_39
02.05.2018 23:32Спасибо, смысл понятен. Для моего мультиверса очень кстати, что физики не отказываются от излучения Хокинга, а лишь уточняют условия его возникновения. Возможно, что наша Вселенная сама может оказаться фотоном, рождённым перед горизонтом одной из ЧД в следующей по масштабу вселенной.
Сознаю, что уже говорю "несуразности", отличные от математически обоснованных вариантов мультиверса. Поэтому на ответ не надеюсь, а минусы предвижу.
Впрочем, на основе этой заметки можно поставить вполне корректный вопрос. Если излучение Хокинга постоянно генерируется в области перед горизонтом ЧД, где ещё не так велика кривизна пространства, то не могут ли кратковременно возникать такие же условия для рождения единичных частиц этого излучения на поверхности других достаточно массивных тел? Например, стреляет Солнце протуберанцем в космос, и в этот момент в ещё узкой области между протуберанцем и звездой рождаются фотоны Хокинга?
Shkaff Автор
02.05.2018 23:36Хм, я бы сказал, в таком случае это будет излучением Унру. Например, так как ускоренный протуберанец "видит" это излучение, плазма может поглотить одну из виртуальных частиц пары, и тогда, наверное, вторая улетит к нам в виде дополнительного излучения. Не думаю, что это когда-нибудь может быть зарегистрировано, там порядки величин очень-очень маленькие.
vkrasov
02.05.2018 08:35Что интересно: один физик критикует другого за красочные допущения, и тут же пускается в описание горизонта событий, как словно сам все наблюдал. И такое — в каждой первой популярной публикации.
Shkaff Автор
02.05.2018 08:38+1Есть описания, которые основаны на математике, а есть — чистый полет фантазии. Описание в этой статье имеет под собой четкое теоретическое основание, пример Хокинга не имеет ничего общего с физикой, о то и статья.
vkrasov
02.05.2018 09:16Бало бы здорово, если бы основаное на математике убеждение так и подавалось, а то «мепература излучения, если _смотреть_ издалека», "_ошибочное_ суждение, что черные дыры не существуют". Я бы не спорил, если было бы действителйно что-то наблюдали, если быбыло показано, что суждение не вписывается в модель или чему-то противоречит. А вот нет — мамой клянусь, он не прав. А как отличить пустую фантазию от математического прозрения, если ни формулировки, ни отсылки не аппелируют к математике?
Эж, где ж этот толковый науч-поп…Shkaff Автор
02.05.2018 10:33+1«тепература излучения, если смотреть издалека»
Но это то, как производится расчет: в ОТО в зависимости от положения наблюдателя температура будет разной. В этом же суть относительности. "Наблюдатель" — это термин, и он смотрит, тут уж ничего не поделать.
"ошибочное суждение, что черные дыры не существуют"
Конкретно суждение, высказанное той леди было ошибочным — там в математике ошибки. А еще мой перевод корявый немного, звучит и правда, как будто существование ЧД — доказанный факт (хотя практически все же доказанный). Поправлю.
действителйно что-то наблюдали
Но так наблюдаем уже почти все, что можно наблюдать от ЧД: и линзирование, и гравитационное притяжение, и аккрецию, и гравитационные волны. Вот излучение Хокинга пока не наблюдаем, это да.
А как отличить пустую фантазию от математического прозрения, если ни формулировки, ни отсылки не аппелируют к математике?
Ссылки на научные статьи везде есть, кстати, можете почитать строгий вывод. Вообще, это большая проблема — как написать толковую статью по ОТО или квантам без формул. Как бы вы это делали в данном случае? Не могу же я писать интегралы по траекториям или считать тензор энергии-импульса. А без этого все остается "мамой клянусь".
Эж, где ж этот толковый науч-поп…
Не все сразу:) Толковый научпоп пишут профессиональные журналисты или ученые с большим опытом писания учебников и лекций. Ни Сабина (пусть и хороший ученый), ни тем более я не обладаем таким опытом. Но как ему набраться, если не писать статей. Вот вы комментируете, что не так — я учусь. Когда-нибудь будет вам толковый научпоп.
vkrasov
02.05.2018 18:48Вам конкретно — спасибо за перевод и публикацию статьи на ГТ! После правок у меня нет вопросов, кроме как к автору. У меня ощущение, что она местами воюет с мельницами (газетными заголовками), а не идеями научных оппонентов. Например, я не вижу цитаты Mersini-Houghton с отрицанием черных дыр. Парадокс — есть, ошибка в вычислениях — возможно, сенсационное залючение — вижу только в заголовке.
По поводу того как, писать… Мне посчастливилось как-то посетить лекцию пожилого арехолога, который красочно и увлекательно описывал некие древние времена. Одна из студенток всоскликнула: Как здорово, что вы там были, и можете нам все это рассказать! Лектор не нашелся, что сказать, кроме того что он не так стар.
Я так думаю, что он не ожидал, что часть аудитории не знает медотов работы архелогии, но не был готов закрыть эту брешь дополнительной лекцией или изменением методов подачи материала.
Я бы предпочел, чтобы популяризаторы переходили от жанра сказок к жанру исследователя или детектива. Как пример — Einstein, Albert. Relativity. The Special & the General Theory. Princeton University Press [2015]. Переиздание книги от 1915. СТО и (немного) ОТО _выводятся_ из базовых школьных знаний.
Но так наблюдаем уже почти все, что можно наблюдать от ЧД: и линзирование, и гравитационное притяжение, и аккрецию, и гравитационные волны.
Все упомянутое не является исключительным свойством черной дыры. Только сингулярность, только хардкор. Вот непосредственное наблюдение горизонта событий или его эффектов до сих пор и занимает пытливые умы.Shkaff Автор
02.05.2018 19:15У меня ощущение, что она местами воюет с мельницами (газетными заголовками), а не идеями научных оппонентов.
Возможно… Мне не кажется, что она хороший писатель, но она задает правильные вопросы и не боится поднимать важные проблемы. Так делают не так уж много научных блогеров (по крайней мере в космологии). Про Mersini-Houghton — у них там какая-то давняя война, судя по комментам.
Как пример — Einstein, Albert. Relativity. The Special & the General Theory.
Не читал, но посмотрю, спасибо! Проблема в том, что базовые понятия можно вывести из школьных знаний, но чем дальше в лес — тем сложнее. Никак не получится вывести излучение Унру без знания квантов. В квантовой оптике та же проблема: базовые вещи достаточно просты, но несколько шагов вглубь, и уже объяснить "на пальцах и простых уравнениях" и при этом правильно не получается.
Только сингулярность, только хардкор.
Но и сингулярность может не быть в черной дыре;) Все зависит от квантовой гравитации… А вообще: я не знаю, какие еще объекты могут производить гравитационные волны наблюденных параметров?
yul
02.05.2018 11:26Меня давно интересует один момент. В мысленном эксперименте с падением в чёрную дыру в системе отсчета наблюдателя падающее тело так никогда и не пересечёт горизонт событий, потому что время в системе отсчета падающего тела относительно наблюдателя будет замедляться до практически полной остановки. Может ли быть, что во всех чёрных дырах на данный момент материя так и не успела дойти по точки сингулярности и застыла на том расстоянии, на каком был горизонт событий в момент падения (на самом деле, конечно, немного дальше), просто со временем горизонт событий расширился и поглотил материю? А в последствии, когда чёрная дыра начнёт стремительно испаряться, материя либо освободится, либо испарится? То есть, до непосредственно точки сингулярности материя так и не успеет дойти?
dipsy
02.05.2018 12:15А есть ли точка сингулярности? Мне это представляется именно разрывом 3D-пространства в форме (для внешнего наблюдателя) сферы-горизонта событий, «внутри» которого буквально нет этого самого пространства и нет сингулярностей и никаких других «точек» (термин из внешнего пространства), которые можно было бы описать координатами в нашем 3D-пространстве.
Банальная аналогия с проколом в листе резины, если растягивать резину, увеличивая напряжение, растет и диаметр прокола, но в нем нет никакой резины (пространства).yul
02.05.2018 13:27Если материя туда так и не попадает, наверное, в практическом смысле разницы нет, меня в основном интересует судьба материи, попавшей в черную дыру. Просто таким образом получается, что она вообще не пересекает горизонт событий самостоятельно, вместо этого горизонт событий разрастается и поглощает её (со сверхсветовой скоростью в системе отсчета падающего тела), а потом отпускает (либо происходит аннигиляция).
kryvichh
02.05.2018 13:49Горизонт событий — это грубо сфера, из которой нет возврата материи, туда попавшей. Я себе так представляю: с точки зрения внешнего наблюдателя материя, «засосанная» в чёрную дыру, продолжает бесконечно двигаться к условному её центру (точке сингулярности), всё время замедляясь, и никогда её не достигнет. С точки зрения самой материи — она с огромным ускорением устремляется к точке сингулярности, но не успев попасть в неё будет излучена чёрной дырой в виде излучения Хокинга при завершении жизненного цикла Вселенной. Либо, принимая во внимание данную статью, энергия этой материи пойдёт на формирование излучения Хокинга, а сама она исчезнет.
zi0
03.05.2018 15:39аналогия с «проколом в листе резины» никак не коррелирует с классическим определением ЧД (т.к. «прокол» диаметрально противоположен «стяжке», максимальному уплотнению пр-ва, каковыми представляют ЧДы)
другое дело, что такая аналогия хорошо (для «простого обывателя») описывает альтернативную теорию – что если в момент «схлопывания» происходит «мгновенный» и непонятный нам пока переход материи в энергию, ту самую непонятную-«тёмную», которая приводит к ускоряющемуся расширению Вселенной.
Логично, что «прокол» (в прямом смысле слова «дыра» =)) будет восприниматься нами так же, как нечто сверхмассивное. Ведь рост «диаметра» будет не отличим от поглощения, когда «падение в дыру» будет равно скорости расширения упомянутого прокола.
в очередной раз нашу Вселенную можно сравнить со швейцарским сыром – хотя и в совершенно отличном, от предыдущих, ключе. )dipsy
03.05.2018 18:07Ну насколько я понимаю, как раз прокол точно соответствует современным представлениям о ЧД, ибо ничто извне не может пересечь горизонт событий а лишь бесконечно приближается к нему. А говорить о чем-то, находящемся «внутри» (в т.ч. «точке сингулярности») совершенно бессмысленно, ибо по определению оно никак не влияет и не взаимодействует с внешним миром. Это может быть точка квантового размера, может быть небольшая сфера из вещества, достигшего физического лимита плотности, может быть дырка в самом 3D-пространстве, раздвинувшая вещество, из которого получилась ЧД, на поверхность сферы горизонта событий, любые теории об этом не имеют смысла, т.к. принципиально не проверяемы.
zi0
03.05.2018 18:53+1ок, как по «современным представлениям», по-Вашему, формируется (появляется) ЧД?
имеет ли она массу?
в этом соль: в «современном понимании» (общепринятом), массу она имеет и, даже, набирает («поглощает» материю). Что бы, как было отмечено ранее, в последствии «испариться» (тем или иным образом)
В случае упомянутого мной варианта, она поглощаемой (накапливаемой) массы как таковой не имеет, а лишь рассеивает её (переводит в другую форму энергии)
Смысл в теориях есть, ибо обсчёт остальных процессов тоже меняется.
Мы не можем заглянуть за горизонт событий, но мы можем, в определённый момент, сравнить расчётные результаты разных теорий и сравнить их с «реальным» наблюдаемым результатом. И таким образом принять более подходящую теорию за рабочую версию.
black_semargl
04.05.2018 03:23Это если считать ЧД неизменным объектом.
Но при поглощении массы радиус горизонта растёт, а при испарении — уменьшается.
И тот самый возможный шар вещества при испарении вполне может вылезти наружу…dipsy
04.05.2018 08:34Сдается мне, что это уже финальная стадия испарения, когда ЧД (по теории) взрывается, что логично, «вещество» будет крайне перегрето и сдерживать его от разлетания энергии сможет только горизонт событий, как только он исчезнет, всё сразу мгновенно бахнет. И можно ли будет как-то определить, что именно взорвалось, «вещество» или квантовая точка в центре, не уверен.
Shkaff Автор
02.05.2018 14:48+1в системе отсчета наблюдателя падающее тело так никогда и не пересечёт горизонт событий
Для массивной частицы горизонт увеличится, "включив" в себя падающую частицу. В какой-то момент:)
Важно, что для самой частицы никаких перемен не произойдет, с ее временем ничего не произойдет и никакого горизонта она не увидит.
А в последствии, когда чёрная дыра начнёт стремительно испаряться, материя либо освободится, либо испарится?
ЧД всегда испаряется. В принципе, можно представить, что частица пересекла горизонт, а он сократился за счет испарения и частица вылетела. Это предмет многих поломанных копий:) Не знаю, было ли это решено как-то.
4erdak
02.05.2018 12:30Тут кое кто носится с этой математикой как с писанной торбой. В математике есть много того чего нет в реальном мире и наоборот, это всего лишь инструмент значение которого не нужно преувеличивать.Но в естественных науках главным являются эксперемент, наблюдения и реальная польза от того, или инного открытия, то что сейчас широко распространяется официальной наукой это игра математикой в наперстки, чего даже теоретически нельзя подтвердить эксперементами или наблюдениями предсказания математиков. Но математика будет абсолютно бесполезна, если сама суть просходящего в принцепе не верно понимется, а именно это и есть в современной парадигме ОТО.
Дело в том, что ЧД не может «испаряться» потому что она УЖЕ испаралась в тот момент, когда взорвалась сверхновая ее породиашая, это вытекает из относительности энергии и общековариантности массы по отношению ко времени при переходах между СО з разным темпом течения самого времени.
v=c слева и Tg(относительное гоавитационное замедление времени после окончания коллапса Tg<1)=о справа это и является горизонтом событий в существовании которого я очень сомневаюсь, но существование сингулярности с теми же условиями: v=c а Тg=0 вполне возможно. В таком случае энергия массы покоя остатка сколапсировашой звезды по отношению к ее исходным размерам будет Е= — мс^2 или полностью отрицательной.
Druu
02.05.2018 13:20Так это ведь не излучение Хокинга можно объяснить через эффект Урну, а излучение в эффекте Урну является аналогом излучения Хокинга, т.к. в системе отсчета ускоренного наблюдателя появляется аналог горизонта событий (потому что ускорение в силу принципа эквивалентности неотличимо от гравитации). С-но, если картинка Хокинга неверна, то излучение Урну исчезает.
Shkaff Автор
02.05.2018 14:42Излучение Хокинга и Унру — проявление одного принципа. Среди них нет первенства.
если картинка Хокинга неверна, то излучение Урну исчезает.
Математика Хокинга верна. Статья про то, что популярная картинка двух частиц на горизонте событий неверна. Нет точечных частиц, и если честно считать интегралы по траекториям, чтобы найти, что излучение возникает далеко за пределами горизонта.
Druu
02.05.2018 18:44Статья про то, что популярная картинка двух частиц на горизонте событий неверна.
Я не понимаю, про какую картинку вы ведете речь. В объяснении Хокинга нелокальность (и, с-но, тот факт, что частицы позиционируются НЕ на горизонте событий) рассматриваемых частиц существенный фактор. Без него никаких вылетающих частиц (и, с-но, излучения Хокинга) просто нет. Можно увидеть конкретно цитату, где у Хокинга говорится о формировании частиц вот прям на горизонте? И, кстати, на горизонте — это конкретно где?
Shkaff Автор
02.05.2018 19:19Пожалуйста, вот цитата (гл. 7 A brief history of time):
Заголовок спойлераHow is it possible that a black hole appears to emit particles when we know that nothing can escape from within its event horizon? The answer, quantum theory tells us, is that the particles do not come from within the black hole, but from the “empty” space just outside the black hole’s event horizon! We can understand this in the following way: what
we think of as “empty” space cannot be completely empty because that would mean that all the fields, such as the gravitational and electromagnetic fields, would have to be exactly zero. However, the value of a field and its rate of change with time are like the position and velocity of a particle: the uncertainty principle implies that the more accurately one knows one of these quantities, the less accurately one can know the other. So in empty space the field cannot be fixed at exactly zero, because then it would have both a precise value (zero) and a precise rate of change (also zero). There must be a certain minimum amount of uncertainty, or quantum fluctuations, in the value of the field.
One can think of these fluctuations as pairs of particles of light or gravity that appear together at some time, move apart, and then come together again and annihilate each other. These particles are virtual particles like the particles that carry the gravitational force of the sun: unlike real particles, they cannot be observed directly with a particle
detector. However, their indirect effects, such as small changes in the energy of electron orbits in atoms, can be measured and agree with the theoretical predictions to a remarkable degree of accuracy. The uncertainty principle also predicts that there will be similar virtual pairs of matter particles, such as electrons or quarks. In this case, however,
one member of the pair will be a particle and the other an antiparticle (the antiparticles of light and gravity are the same as the particles). Because energy cannot be created out of nothing, one of the partners in a particle/antiparticle pair will have positive
energy, and the other partner negative energy. The one with negative energy is condemned to be a short-lived virtual particle because real particles always have positive energy in normal situations. It must therefore seek out its partner and annihilate with it. However, a real particle close to a massive body has less energy than if it were far away,
because it would take energy to lift it far away against the gravitational attraction of the body. Normally, the energy of the particle is still positive, but the gravitational field inside a black hole is so strong that even a real particle can have negative energy there. It is therefore possible, if a black hole is present, for the virtual particle with negative energy to
fall into the black hole and become a real particle or antiparticle. In this case it no longer has to annihilate with its partner. Its forsaken partner may fall into the black hole as well. Or, having positive energy, it might also escape from
the vicinity of the black hole as a real particle or antiparticle Figure 7:4.Druu
02.05.2018 20:40И где тут написано про формирование частиц на горизонте? Сказано, что одна частица формируется выше горизонта и улетает, а вторая — внутри ЧД. То есть реальная частица вообще одна единственная.
Shkaff Автор
02.05.2018 21:01the particles do not come from within the black hole, but from the “empty” space just outside the black hole’s event horizon!
Если для вас несколько радиусов ЧД (где на самом деле рождаются частицы) — это "just outside" — тогда извиняйте.
Если вы указываете, что они рождаются не на а у горизонта, то это просто описка моя. Разница, о которой я говорю — это частицы как точки (у него прямо так и нарисовано) прямо над горизонтом, или вся совокупность волновых функций вокруг ЧД. О последствиях разницы в посте написано подробно.Druu
03.05.2018 03:46Разница, о которой я говорю — это частицы как точки (у него прямо так и нарисовано)
А как надо было нарисовать? Шариками нарисованы :)
Если для вас несколько радиусов ЧД (где на самом деле рождаются частицы) — это "just outside" — тогда извиняйте.
А откуда у вас вылезло несколько радиусов? Давайте еще уточним, что и понятие радиуса ЧД — штука не такая простая как кажется. Ведь любая частица, которая с точки зрения зрения постороннего наблюдателя упала в ЧД, сама для себя еще никуда не упала. То есть, чем дальше в ЧД, тем меньше ее наблюдаемый радиус.
Shkaff Автор
03.05.2018 07:56А как надо было нарисовать?
Нарисовать можно как угодно, если при этом сказать правильные слова. Сказаны они не были.
А откуда у вас вылезло несколько радиусов?
Ну вот в статье же написано: "разделение" волновых функций примерно на таких масштабах происходит. Можно еще тут почитать.
То есть, чем дальше в ЧД, тем меньше ее наблюдаемый радиус.
Речь идет о радиусе горизонта событий наблюдаемого с бесконечности. Излучение возникает не вблизи его, а далеко за пределами.
Druu
03.05.2018 09:48Нарисовать можно как угодно, если при этом сказать правильные слова.
Так они были сказаны.
Ну вот в статье же написано: "разделение" волновых функций примерно на таких масштабах происходит.
Какое разделение волновых ф-й? У вас одна частица и у нее одна волновая функция. Что и как разделяется?
Shkaff Автор
03.05.2018 10:16Так они были сказаны.
Где? Где сказано, что неопределенность положения частицы порядка радиуса ЧД?
Какое разделение волновых ф-й? У вас одна частица и у нее одна волновая функция. Что и как разделяется?
У вас рождается две запутанные частицы, размер их волновых функций сопоставим с радиусом ЧД. Вблизи горизонта событий они находятся в одном и том же пространстве, нельзя сказать, что одна упала за горизонт, а другая вылетела. Только на расстоянии порядка ширины их ВФ вы сможете сказать, что одна частица вылетела из черной дыры. Если все посчитать точно, это около 3 радиусов Шварцшильда (для ЧД Шварцшильда).
Druu
03.05.2018 14:20У вас рождается две запутанные частицы, размер их волновых функций сопоставим с радиусом ЧД.
Частица только одна, которая вылетела от горизонта событий ЧД. Никакой второй частицы в физической реальности ни в какой момент времени не появляется. Она так и остается виртуальной.
У вас рождается две запутанные частицы, размер их волновых функций сопоставим с радиусом ЧД.
Но это так только лишь потому, что физически радиус любой ЧД эффективно равен нулю. Естественно, любая неточечная частица захватит своим волновым фронтом всю эту точку.
Только на расстоянии порядка ширины их ВФ вы сможете сказать, что одна частица вылетела из черной дыры.
Вообще, достаточно произвести измерение (частицу "поймать") и волновая ф-я у нее схлопнется.
Shkaff Автор
03.05.2018 14:44Частица только одна, которая вылетела от горизонта событий ЧД. Никакой второй частицы в физической реальности ни в какой момент времени не появляется. Она так и остается виртуальной.
Так вот эта одна реальная частица возникает на расстоянии нескольких радиусов шварцшильда. А это очень далеко.
физически радиус любой ЧД эффективно равен нулю.
Нет такого понятия как "физический радиус". Физически все зависит в каких вы координатах пишете уравнения. Вы прочитайте ссылку, которую я дал, там все очень доступно объяснено.
Вообще, достаточно произвести измерение (частицу "поймать") и волновая ф-я у нее схлопнется.
К чему тут это вообще? Я очень рад, что вы знаете о коллапсе волновой функции.
Честно признаться, я перестал понимать, с чем вы спорите. Мое (точнее, Сабины) утверждение: картинка, нарисованная Хокингом, что две виртуальные частицы рождаются вблизи горизонта, и одна падает за горизонт, а одна улетает — неверна. Она приводит к парадоксам типа бесконечной плотности энергии на горизонте. Верная картинка — реальная частица рождается далеко за пределами горизонта событий (с точки зрения удаленного наблюдателя).
Druu
03.05.2018 15:42Вы прочитайте ссылку, которую я дал, там все очень доступно объяснено.
Почему там А — константа, если расстояние должно варьироваться? Насколько вообще адекватно применять закон Стефана-Больцмана в таком виде, если излучает объем, а не поверхность?
Она приводит к парадоксам типа бесконечной плотности энергии на горизонте.
Но ведь частицы и не появляются на горизонте. Они появляются рядом, значит и бесконечности нет. Так?
Shkaff Автор
03.05.2018 16:07Почему там А — константа, если расстояние должно варьироваться?
К каждый момент для данной массы и площади ЧД будет обладать определенной температурой. Речь идет об этом, насколько я понимаю.
Насколько вообще адекватно применять закон Стефана-Больцмана в таком виде, если излучает объем, а не поверхность?
Не очень понимаю, в каком смысле излучает объем? Закон Стефана-Больцмана это стандартное рассмотрение термодинамики черных дыр. Для вас, как для далекого стороннего наблюдателя объема в общем нет.
Druu
03.05.2018 16:11Не очень понимаю, в каком смысле излучает объем?
В том, что излучение Хокинга возникает не на какой-то поверхности, а в некотором объеме около ЧД. Мне кажется, что в этом контексте вопрос о радиусе излучающей поверхности просто не имеет смысла. Этого радиуса тупо же нет. Или можно, наверное, рассматривать это как большое количество излучающих поверхностей.
Для вас, как для далекого стороннего наблюдателя объема в общем нет.
Ну для меня как для стороннего наблюдателя тогда и не особо есть разница R или 3R, согласитесь.
Излучает область вокруг дыры, но вопрос ведь именно в том и состоит, какая именно область. И тут оценка дается, что называется, навскидку.
Shkaff Автор
03.05.2018 16:18Ну в целом, о том и речь в статье.
Прямо в абстакте:
A common picture is that it arises from excitations very near or at the horizon, and this viewpoint has supported the “firewall” argument and arguments for a key role for the UV-dependent entanglement entropy in describing the quantum mechanics of black holes. However, closer investigation of both the total emission rate and the stress tensor of Hawking radiation supports the statement that its source is a near-horizon quantum region, or “atmosphere,” whose radial extent is set by the horizon radius scale.
и заключении стоит:
In conclusion, this note has presented evidence that the source of Hawking radiation is a quantum region of size ?r ? R outside the black hole horizon.
Излучение возникает не на горизонте, и не у горизонта, а в большом-большом объеме вокруг ЧД. На каждой "поверхности" излучение достаточно мало, что позволяет избегать проблем фаерволла и тп.
Druu
03.05.2018 16:58Излучение возникает не на горизонте, и не у горизонта, а в большом-большом объеме вокруг ЧД.
Но ведь в начале статьи, где вычисляется Ra, исходят из того, что излучает поверхность, а не объем.
Shkaff Автор
03.05.2018 17:14Но вы всегда можете заменить излучающий объем на излучающую сферу, для вас же объем не виден. Эффект объема учтен во второй части статьи, где показано, что максимальный поток излучения Хокинга как раз приходится примерно на то же расстояние от горизонта. Прочитайте статью, там же все рассказано подробно, особенно на стр 5-7.
4erdak
03.05.2018 16:22-1Вы уже придираетесь к деталям и это совершенно ни к чему так как сами ОСНОВЫ на которых держатся современные представления о ЧД яаляются тупиковыми и взаимоисключающими.
konchok
02.05.2018 15:04-1Всё это «излучение» просто математическая фантазия, некие костыли которыми подпирают слабые места в своих теориях. Сейчас излучение оказывается не то, а завтра выяснится что черные дыры в понимании Хокинга вообще невозможны. Но всегда найдутся товарищи с пеной у рта доказывающие что очередная математическая выкладка и равняяется объективной реальности.
Shkaff Автор
02.05.2018 15:06Это какое же слабое место и в какой теории подпирает излучение Хокинга, позвольте поинтересоваться?
4erdak
02.05.2018 20:28-1Я уже не раз писал, но вы слепы. Еще хотелось бы услышать ваше обьяснение того, почему гравитационная масса ЧД почти не зависит от того, какого лоренц-фактора и следовательно массы-энергии(как у вас любят говорить) достигает падающее на ЧД тело в собственной СО, или с СО связанной с гипотетическим неподвижным наблюдателем вблизи ГС. Тоже самое при гравитационном коллапсе, колапсируящая в ЧД масса достигнет релятивистского фактора, который будет в разы превосходить энергию покоящейся материи и это произойдет еще ДО образования горизонта событий.
aliencash
Не уверен что понял… Была некая область заполненная веществом. Мы за ней наблюдали. Вдруг вещество в этой области сколлапсировало в ЧД. Но поскольку для вещества рядом с ЧД время движется быстрее чем для нас, мы продолжаем видеть то же вещество + ЧД, при этом принимая вещество за некое последствие испарения ЧД. Так что ли?
artskep
Это не про аккреционный диск. Это про то, что даже если над горизонтом ЧД нет никакого вещества, то она все равно будет излучать энергию.
И что даже если нет никакой ЧД, но вы с большим ускорением будете двигаться в пространстве вы увидите излучение даже если вы движетесь в абсолютно пустом пространстве. Просто из ниоткуда.
Вот такая магия…
0xlevi
О каком излучении речь? И как оно будет появляться?
xerxes
Тепловое электромагнитное излучение. Эффект Унру. В статье написано.
Shkaff Автор
Происходит примерно так: мы наблюдаем за плоским пустым пространством вокруг вещества. Дальше оно коллапсирует в ЧД и пространство сильно искривляется. Это динамическое изменение кривизны выглядит так же, как ускорение в примере с излучением Унру. И так же на месте вакуума возникает тепловое излучение. Речь идет именно о пустом пространстве вокруг, где никакого вещества не было.
don_ikar
Хм, тогда не понятен механизм «испарения» ЧД (в терминах Хокинга). Если «излучение» ЧД — это лишь наблюдаемое нами явление вследствие динамического изменения кривизны пространства, то оно не может (?) уносить энергию от ЧД, следовательно масса ЧД не может уменьшаться со временем (т.е. нет причин для её уменьшения). Что-то не сходится.
В конце концов, что такое «испарение» ЧД в терминах кривизны пространства? Это уменьшение этой кривизны, «распрямление» пространства, так? А с чего бы ему происходить, если масса не уменьшается (т.к. «излучение» — всего лишь видимое внешним наблюдателем, а для самой ЧД не существующее)?
Чёрт, у меня и к картинке Хокинга-то были вопросы, а теперь всё стало ещё запутаннее. :)
Shkaff Автор
Попробую объяснить. Надо учесть несколько моментов:
Черная дыра — это тоже дело такое, относительное. Если вы падаете в нее, вы никогда не заметите не то что горизонта, да вообще никаких изменений (кроме линзирования).
Druu
Но ведь у Хокинга именно так все и происходит. Разве нет?
Но наблюдатель, который видит излучение Хокинга, тоже падает в ЧД. Просто медленно. Он не ускоряется "чтобы остаться в покое".
Shkaff Автор
У Хокинга в научпоп книгах излучение возникает от двух точечных частиц, рожденных на горизонте событий. Весь пост о том, что частицы — не точки, они размазаны по всему пространству вокруг ЧД, и излучение возникает не на горизонте, а далеко снаружи.
Не очень понял. Мы сидим около ЧД, и либо падаем в нее, либо покоимся.
Вы можете представить, что вы покоитесь, и это пространство "улетает" от вас в черную дыру. Одна из частиц в паре остается в ЧД (как у ускоренного наблюдателя в примере с Унру), а вторая улетает к нам, и мы ее наблюдаем.
Druu
Все наблюдатели обычно рассматриваются инерционные, то есть те, что ускоренно падают в ЧД. По-вашему, относительно них нету излучения Хокинга? Чтобы начать видеть излучение, им надо врубить движок и направиться от ЧД?
Shkaff Автор
Собственно, это относится частично к тому самому парадоксу энергии на горизонте, что упомянут в статье. Насколько я знаю, точного ответа нет. Разные теории дают разный: либо нет вообще, либо есть, но от сингулярности (тк наблюдатель не видит момента пересечения горизонта) — тогда на горизонте температура очень мала (то, о чем говорит Сабина).
Чтобы увидеть "правильную" температуру излучения, надо покоиться отосительно ЧД (то бишь, врубить движок).
Druu
Но если врубить движок, то будет эффект Урну и без ЧД, разве нет?
Shkaff Автор
Я имел ввиду, врубить достаточно, чтобы покоиться и не падать в ЧД. Тогда эффекта Унру не будет.
Druu
> Я имел ввиду, врубить достаточно, чтобы покоиться и не падать в ЧД. Тогда эффекта Унру не будет.
Как это не будет, будет.
Shkaff Автор
Нет, не будет:) Вы не двигаетесь ускоренно (за счет двигателей или гравитации), находитесь в покое, и никакого излучения не будет.
Druu
В смысле не двигаюсь? Двигаюсь. И как раз ускоренно. А вот прямолинейно и равномерно я двигаюсь, когда падаю в ЧД.
Shkaff Автор
Да ну бог с вами… Как насчет принципа эквивалентности?
Druu
При чем тут принцип эквивалентности? Мы говорим о том, что движение в гв поле является равномерным и прямолинейным, по определению. Ускорение вы получаете тогда, когда отклоняетесь от траектории свободного падения.
Shkaff Автор
Да, вы правы, я просто запутался, о чем именно вы говорили. Я почему-то имел ввиду ускорение относительно покоющейся системы координат. Не знаю, почему.
Шаг назад:
Я имел ввиду дополнительного эффекта Унру не будет. То, что вы будете наблюдать — будет излучением Хокинга и излучением Унру. В том и суть двойственности.
Да, именно так! Я вас неверно понял в тот раз, прошу прощения.
Это как раз проявление принципа эквивалентности. Если вы ускоряетесь в плоском пространстве — вы видите тепловой фон (излучение Унру). Если вы покоитесь около ЧД — вас притягивает гравитация, и вы видите тепловой фон (излучение Хокинга).
Druu
Значит, если мы падаем в ЧД, то видим излучение Хокинга, эквивалентное эффекту Унру, как в случае если чд не было бы и мы бы просто соответствующим образом ускорялись. Если же ЧД есть и мы вдобавок разгоняемся (не важно куда, вообще говоря), то мы будем наблюдать как излучение Хокинга (от ЧД), так в плюс к нему и излучение от эффекта Унру (из-за разгона). Так?
Shkaff Автор
В моем понимании так.
black_semargl
Т.е. если так — то они в своём полёте «натыкаются» на виртуальные частицы и тормозятся…
Shkaff Автор
Ага, запросто! Называется поляризация вакуума. Только это замедление очень мало, но что-то типа эффекта Шарнхорста может возникать. Вот на больших энергиях уже есть и наблюдаемые эффекты.