Чёрная дыра с джетами и аккреционным диском
Дорогой доктор Би,
Почему физики так сильно переживают из-за исчезновения информации в чёрной дыре, ведь существуют и другие необратимые процессы, причём довольно рутинного свойства. Один очевидный пример – увеличение энтропии в изолированной системе, другой – измерения в квантовой механике.
С уважением, Петтери.
Дорогой Петтери,
Это очень хороший вопрос. Путаница тесно связана с информационным парадоксом как аккреционный диск со сверхмассивной чёрной дырой. Несколько недель назад я обнаружила, что даже мой муж на самом деле не понимает этой проблемы, а у него не просто докторская степень по физике, он ещё и выносил мою болтовню по поводу этого вопроса в течение 15 лет!
Так что я с удовольствием поясню, почему теоретики так сильно переживают из-за информации и ЧД. У этой проблемы есть два аспекта: научный и социальный. Начнём с научного.
В классической общей теории относительности ЧД не представляют особых проблем. Они, конечно, содержат сингулярность, в которой кривизна превращается в бесконечность – а это считается противным духу физики – но ЧД прячут её за горизонтом событий, в результате чего она никому не вредит.
Но, как указал Стивен Хокинг, если учесть, что Вселенная, включая вакуум, заполнена квантовыми материальными полями, вы сможете подсчитать, что чёрные дыры испускают частицы; этот процесс сегодня называют «излучением Хокинга». Такая комбинация неквантуемой гравитации с квантовыми материальными полями известна, как «полуклассическая» гравитация, и должна служить неплохой аппроксимацией до тех пор, пока квантовыми эффектами гравитации можно пренебречь, то есть, пока вы не сильно приблизились к сингулярности.
Излучение Хокинга состоит из пар запутанных частиц. В каждой из пар одна частица падает в ЧД, а другая убегает. Это приводит к потере ЧД массы, то есть, ЧД сжимается. В конце концов, она полностью теряет массу, и в результате остаются только рассеянные повсюду частицы излучения Хокинга.
Проблема в том, что в убежавших частицах не содержится никакой информации о том, что сформировало чёрную дыру. Более того, теряется ещё и информация партнёров этих частиц, упавших в ЧД. Если изучить побочные эффекты испарения ЧД, нельзя сказать, каково было начальное состояние; можно лишь подсчитать общую массу, заряд и угловой момент – три «волоска» чёрных дыр (и один кубит). Получается, что испарение ЧД необратимо.
Но в квантовой теории поля (КТП) необратимых процессов не существует. Говоря на техническом жаргоне, ЧД превращают чистые состояния в смешанные, чего происходит вообще не должно. Поэтому испарение ЧД приводит к внутренним противоречиям: вы комбинируете КТП с ОТО, но результат получается несовместимым с КТП.
Отвечая на вопросы: увеличение энтропии обычно не подразумевает фундаментальной необратимости, только практическую. Энтропия увеличивается из-за того, что вероятность увидеть обратный процесс мала. Но в принципе обратимым должен быть любой процесс: разбивание яиц, замес муки, сжигание книг – процессы, обратные этим, легко описать математически. Просто мы их не наблюдаем, поскольку такого рода событие потребовало бы чрезвычайно точно настроенных начальных состояний. Сильное увеличение энтропии делает процесс необратимым практически, но обратимым теоретически.
И это справедливо для любых процессов, кроме испарения чёрных дыр. Никакая тонкая подстройка не вернёт информацию, утерянную в ЧД. Это единственный известный случай фундаментальной необратимости. Мы знаем, что это плохо, но мы не знаем, что именно не так. Поэтому мы беспокоимся.
Необратимость в квантовой механике, о которой вы говорили в вопросе, происходит из процесса измерения, но испарение ЧД необратимо ещё до того, как измерения были проведены. Конечно, можно возразить – к чему так волноваться, если всё, что мы можем наблюдать, всё равно придётся измерить? Да, такое возражение возможно, и его уже применяли. Но само по себе оно не устраняет противоречий. Всё равно нужно показать, каким образом можно помирить две математические платформы.
Эта проблема привлекла такое внимание, поскольку её математика очень ясна, а последствия – глобальны. Испарение Хокинга зависит от квантовых свойств материальных полей, но не учитывает квантовые свойства пространства и времени. Поэтому принято считать, что квантификация пространства-времени необходима для устранения противоречий. В процессе решения проблемы с исчезновением информации мы научились бы чему-нибудь новому в области теории квантовой гравитации. Поэтому исчезновение информации в ЧД – отличная логическая загадка с огромной потенциальной пользой – это и делает её такой заманчивой.
Теперь по поводу социологии. Вы могли заметить, что эта проблема не такая уж новая. Она появилась ещё до моего рождения. В течение моей жизни по ней были написаны тысячи работ, и предложены сотни решений, но теоретики не могут сойтись ни на одном из них. Всё потому, что им не приходится этого делать: ведь для тех ЧД, что мы можем наблюдать (к примеру, в центре нашей Галактики), температура излучения Хокинга настолько мала, что мы никак не сможем измерить улетающие частицы. Поэтому испарение ЧД – идеальная песочница для математических размышлений.
Для проблемы потери информации есть очевидное решение, на которое было указано уже давно. ЧД уничтожают информацию, потому что всё, что попадает за горизонт, оказывается в сингулярности и уничтожается. Но сингулярность считается математическим артефактом, которого в теории квантовой гравитации быть не должно. Уберите сингулярность – уберёте проблему.
Действительно, подсчёты Хокинга перестают работать, когда ЧД теряет почти всю свою массу и становится настолько маленькой, что начинает работать квантовая гравитация. Это означает, что информация просто вырвется в самой последней фазе, фазе квантовой гравитации, и никакого противоречия не случится.
Но это очевидное решение тоже неудобно, поскольку, если не знать, что происходит вблизи сингулярности и в случаях с сильной кривизной, ничего нельзя будет подсчитать, ибо для этого потребуется квантовая гравитация. Так что эта идея не очень-то плодотворная. Мало какие научные работы можно написать с её помощью, и мало кто о ней писал. Гораздо плодотворнее предположить, что расчёты Хокинга неверны где-то ещё.
К сожалению, если закопаться в литературу и попытаться выяснить, на каких основаниях была отклонена идея о том, что информация выходит наружу в фазе сильной кривизны, вы обнаружите, что это обоснование в основном социальное, а не научное.
Если информация надолго задерживается в ЧД, это значит, что небольшие ЧД должны содержать в себе множество разных комбинаций информации. В нескольких работах утверждается, что такие ЧД должны испускать информацию медленно, что означает, что небольшие ЧД должны вести себя на практике как бесконечное количество частиц. В этом случае, утверждают авторы работ, они должны появляться в бесконечных количествах даже в слабых фоновых полях (к примеру, рядом с Землёй), чего не наблюдается в реальности.
К сожалению, эти аргументы основываются на необоснованном предположении о том, что внутренность ЧД обладает небольшим объёмом. Но в ОТО нет очевидной связи между площадью поверхности и объёмом, поскольку пространство может искривляться. Предположение, что небольшие ЧД, для которых сильна квантовая гравитация, можно описывать как частицы, также лишено оснований.
В результате Леонард Сасскинд написал работу, отвергающую идею о том, что информация остаётся в ЧД долго и испускается уже в конце их жизни. Это дало возможность всем остальным заявить, что очевидное решение не работает, и начать выпускать бесчисленное множество новых работ со своими рассуждениями.
Простите за скептицизм, но именно так я оцениваю эту ситуацию. Я даже признаюсь в том, что и сама приложила руку к этой горе бумаг, поскольку учёный мир работает именно так. Мне тоже надо на что-то жить.
Такова другая причина, по которой физики так беспокоятся из-за исчезновения информации в ЧД: поскольку рассуждения на эту тему не ограничены экспериментальными, данными, по ней очень легко писать работы, и поскольку на эту тему работает так много людей, с цитатами тоже не бывает проблем.
Комментарии (208)
skyramp
16.04.2017 17:34идиотский вопрос. вот допустим есть у нас черная дыра, полученная из обычной материи. можно ли теоретически уменьшать ее массу, скармливая в нее антиматерию?
arheops
16.04.2017 17:42У вас будет расти количество гамма квантов в дыре ;) Они получаются от анигиляции. При определенной плотности начнут появлятся частицы, как после БВ. Да и вообще нельзя сказать, из чего состоит дыра. Может она вообще уже вся из гамма-квантов.
skyramp
16.04.2017 18:21тогда продолжая серию идиотских вопросов: а гамма-кванты оказывают вклад в массу черной дыры и, соответственно в радиус горизонта событий дыры? и при появлении частиц из гамма-квантов — частицы будут относиться к материи, антиматерии (и дальше аннигилировать) или это случайным образом будет определяться?
arheops
16.04.2017 18:32Масса фактически определяется «прогибом» пространства-времени. И, собственно гамма-кванты на это тоже влияют по E=mc^2. https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%AD%D0%BA%D0%B2%D0%B8%D0%B2%D0%B0%D0%BB%D0%B5%D0%BD%D1%82%D0%BD%D0%BE%D1%81%D1%82%D1%8C_%D0%BC%D0%B0%D1%81%D1%81%D1%8B_%D0%B8_%D1%8D%D0%BD%D0%B5%D1%80%D0%B3%D0%B8%D0%B8
skyramp
16.04.2017 18:42т.е. правильно я понимаю, гамма-кванты будут гравитационно взаимодействовать, в частности друг с другом? например, если у меня есть два параллельных излучателя фотонов, будут ли излученные фотоны гравитационно влиять друг на друга, таким образом переводя параллельно летящие фотоны в разлетающиеся в разные стороны? и в случае неравномерного излучения — влиять на последовательно излученные фотоны сгруппировывая их в кучки?
arheops
16.04.2017 19:27Эквивалентная масса очень мала. Но теоретически возможна ЧД только из фотонов. Правда, непонятно как она могла образоваться(очень уж большая плотность фотонов нужна). С фотонами вообще непросто, поскольку они двигаются со скоростью С, то технически время у самого фотона близка к 0 неотличимо(тоесть его секунда длится до конца вселенной).
askv
16.04.2017 20:22ЧД не обязательно образуется из вещества высокой плотности. Вообще говоря, достаточно сколь угодно малой плотности вещество взять в нужном объеме (чем меньше плотность, тем больше объём нужен).
arheops
16.04.2017 20:32Фотоны то надо все разместить так, чтоб они друг на друга влияли. Гравитация то падает нелинейно. От плотности зависит. Нет, не то чтоб всегда зависит. Но смысл обсуждать ЧД с горизонтом больше размеров наблюдаемой вселенной?
askv
16.04.2017 21:15Согласен, смысла нет. Может быть, мы и так внутри ЧД живём :) хотя я думаю, что внутри ЧД не может быть другой ЧД в рамках ОТО.
Дело в том, что после коллапса все вещество падает на сингулярность, внутренность ЧД имеет нулевой тензор энергии-импульса. Поэтому внутренней частице по сути не с чем аннигилировать, остаётся только вариант самой упасть на сингулярность.arheops
16.04.2017 21:26Вы про время забыли. Нет никакого колапса, и сингулярности как точки. вещество вечно падает, поскольку время у него медленее течет и все медленее при приближении к сингулрности, вплоть до 0.
askv
16.04.2017 22:04Насколько я помню, в решении Шварцильда, например, точка достигает сингулярности за конечное собственное время.
arheops
16.04.2017 22:07Ага, только это конечное время немножко больше времени существования звезд во вселенной, возможно, и больше времени существования самой вселенной.
askv
16.04.2017 22:24Это не так важно. Важнее понять, вновь упавшая частица сумеет догнать то вещество, которое начало туда падать раньше, или нет. Это далеко не очевидный вопрос.
Возможно, аппелировать к решению Шварцильда не совсем корректно, т.к. оно стационарно (материи там и не существовало никогда, только сингулярность под горизонтом). Но я нигде не читал про динамику самого гравитационного коллапса. Например, если задать начальное условие в виде однородного шара с радиусом Шварцильда. Если знаете, где про это толково написано, дайте ссылку, пожалуйста.
С другой стороны, мы на самом деле не можем знать, существует ли сингулярность вообще. Может быть, там просто некий сгусток материи планковской плотности, для которого ОТО просто неприменима.
ivansmith
16.04.2017 22:53Т.е. с классической точки зрения, с позиции ОТО, со времени начала вселенной еще не сформировалось ни одной черной дыры. Так как для внешнего (удаленного) наблюдателя, коллапс звезды в ЧД будет происходить бесконечно долго…
arheops
16.04.2017 22:56Для внешнего наблюдателя доступен горизонт. Он уже есть. А вот для внутреннего процесс не так прост. Чем ближе к центру, тем больше скорость, тем медленнее время. И не факт, что моделирование процесса спуска правильное, может приливные силы все делят на кварки, а дальше квантовые эффекты и сказать ничего нельзя конкретно.
askv
16.04.2017 22:57Насколько я понимаю, после коллапса вне горизонта она вполне себе будет выглядеть как ЧД. Обсуждалась динамика внутри горизонта…
arheops
16.04.2017 19:30Фотоны будут группироватся, но под действием своей волновой природы(интерферировать).
skyramp
16.04.2017 19:41тут вопрос, будет ли результат интерференции изменяться со временем? например, пустил я два фотона с интервалом в 1 секунду в одном направлении. будет ли какой-то момент времени (или расстояние) такой, что если я поставлю детектор до него, то увижу 2 фотона, а если после — то 1 фотон с удвоенной энергией?
arheops
16.04.2017 20:07Ну нет. Фотоны не сталкиваются же. У них с нашей точки зрения бесконечно малая площадь поперечного сечения(они волны). Хотя в теории волны могут прийти одновременно(например изза разной плотности среды), они все еще будут разными фотонами, но детектор может их задетектить как один. Что больше говорит о точности детектора.
skyramp
16.04.2017 20:12ну ок. допустим я могу детектором определить интервал между прилетом двух последовательных фотонов (а могу ли?). уменьшится ли исходный интервал в 1 секунду между фотонами в зависимости от расстояния, через которое я поставлю детектор?
arheops
16.04.2017 20:20Если они летят по одной траектории, не должен. На малых расстояниях за счет квантовых еффектов вам никак не отличить один фотон от двух.
skyramp
16.04.2017 20:24т.е. правильно я понимаю, что в примере с 2 фотонами, двигающимися в одном направлении с некоторым интервалом, нельзя поставить мысленный эксперимент, демонстрирующий наличие или отсутствие гравитационного взаимодействия между этими фотонами?
arheops
16.04.2017 20:29Мысленно они будут взаимодействовать, ОТО это описывает. Практически — это не померять даже для двух отдельных электронов, которые намного тяжелее. Очень уж малы силы и массы, очень уж большое гравитационной влияние инструментов измерения(да сами исследователи на растоянии в километр влияют больше, чем фотон).
black_semargl
17.04.2017 13:31Нельзя — по собственному времени будет нулевой интервал взаимодействия.
skyramp
17.04.2017 14:05ээ. а можно чуть более на пальцах объяснить? а то тут два ответа друг другу противоречат. и опять таки, следующим вопросом будет «можно ли гипотетически сделать черную дыру из фотонов»?
black_semargl
18.04.2017 14:45Т.е. два фотона — теоретически — притягиваются. Но время взаимодействия между ними — по собственным часам любого — нулевое. Соответственно и влияние друг на друга — ноль.
Т.е. та тонкая разница между «не взаимодействуют» и «взаимодействуют с нулевым результатом»skyramp
18.04.2017 15:48а по собственным часам стороннего наблюдателя и детектора?
skyramp
18.04.2017 15:58собственно граничный случай. возьмем очень много источников фотонов (хотя я не уверен в гипотетической возможности такого расположения источников фотонов так, чтобы они там сами какие-то черные дыры не образовали, но допустим), направим их так, чтобы излученные фотоны попали одновременно в одну область в количестве, достаточном для формирования там черной дыры. для стороннего наблюдателя должна сформироваться черная дыра. для фотонов — они должны не смочь из нее вылететь. у меня это как-то не согласуется с взаимодействием с нулевым результатом.
black_semargl
18.04.2017 16:59Сильно подозреваю, при такой плотности фотоны должны столкнутся и превратиться в обычные частицы
black_semargl
18.04.2017 16:56Для любого стороннего наблюдателя — скорость фотона константа.
Обоих, в смысле.skyramp
18.04.2017 17:09ну скорость — да, но не будет ли искривление пространства (создаваемые каждым из фотонов) создавать эффект замедления/ускорения фотонов друг относительно друга?
askv
18.04.2017 22:45Не будет. Скорость света постоянна, в том числе в системе отсчета, связанной с другим фотоном.
Кстати, при аннигиляции электрон-позитронной пары возникают фотоны. Это означает, что при столкновении фотонов могут родиться электрон-позитронные пары.arheops
18.04.2017 23:53Будет. При концентрации энергии больше, чем еквивалент по формуле массы черной дыры, из этой зону уже ничего и никуда не вылетит. Дело в том, что постранство искривляется и массой И энергией!
arheops
19.04.2017 00:00Но об этом не стоит так уж сильно переживать. Поскольку множитель в формуле с*с, то рядом с источником фотонов, способным создать ЧД галактика будет абсолютно черным пятном.
GoldJee
17.04.2017 15:18А как же фотон-фотонное рассеяние?
https://ru.wikipedia.org/wiki/Дельбрюковское_рассеяние
http://victorpetrov.ru/foton-fotonnoe-rasseyanie.html
arheops
16.04.2017 17:49Вот если вы ей научитесь скармливать частицы с отрицательной массой… Но тут проблема 1) они пока не обнаружены и не получены 2) они по идее должны отталкиватся от ЧД.
Кстати, частицы с отрицательной энергией тоже чисто формальное понятие(которые типа образуются на горизонте и падают в дыру).
choupa
17.04.2017 03:43+1Антиматерия облагает положительной массой. ЧД будет расти как от падения материи, так и антиматерии.
SLY_G
17.04.2017 16:47У антиматерии масса положительная. От обычной материи отличаются только квантовые числа.
funca
16.04.2017 17:57+3информация выходит наружу в фазе сильной кривизны
Кажется это объясняет парадокс появления информации в интернетах.
Zonzen
16.04.2017 18:49-6Строго говоря «чёрная дыра» есть одно из решений уравнений Эйнштейна, существование этого явления как физического объекта никем не доказано и доказано никогда не будет.
arheops
16.04.2017 19:38Строго говоря, существования всех кварков тоже никем не будет доказано точно в таком же смысле. Это просто удобные концепции, как и концепция массы и простого белого цвета например, или горького вкуса.
Gibboustooth
16.04.2017 22:30Мы знаем, что в природе существуют сверхкомпатктые сверхмассивные объекты, которые ничего не излучают.
Shkaff
16.04.2017 22:34Ну почему, излучают гравитационные волны иногда, их даже можно вполне себе наблюдать.
Gibboustooth
17.04.2017 13:25+1Я имел в виду электромагинтное излучение.
Гравитационные волны, в общем-то, подтверждают наличие сверхкомпактных сверхмассивных объектов. Позволяют что-то узнать об их размерах и массе. Если раньше мы могли наблюдать только очень большие ЧД (типа объекта Стрелец А*), то теперь можем наблюдать и ЧД звездной массы.
askv
16.04.2017 22:40Наверняка излучают что-то вроде излучения абсолютно чёрного тела.
Даже если ничего не излучают, не факт, что мы правильно представляем себе их внутреннюю структуру. Простая экстраполяция уравнений Эйнштейна может быть некорректной таким же образом как экстраполяция законов Ньютона…
Goodkat
17.04.2017 02:24+1Что за излучение вроде излучения абсолютно чёрного тела?
Солнце — абсолютно чёрное тело, например. Ну или самое близкое из доступных нам к нему приближение.askv
17.04.2017 19:28Имел в виду, что излучение Хокинга — излучение абсолютно чёрного тела.
Кстати, пока температура реликтового излучения выше температуры излучения ЧД, последняя будет наращивать массу. При росте массы температура излучения ЧД падает. При расширении вселенной температура реликтового излучения тоже падает. Не очень понятно, как они будут соотноситься с течением времени. Если масса ЧД будет наращиваться быстро, то температура реликтового излучения, возможно, никогда не упадёт ниже температуры излучения ЧД, и масса будет только расти.black_semargl
18.04.2017 14:52Согласно текущим воззрениям, уже менее чем миллиард лет сфера реликтового излучения окажется за горизонтом событий и мы перестанем его видеть.
askv
18.04.2017 22:40+1Вряд ли. Насколько я понимаю вопрос, излучение анизотропно и заполняет всю вселенную. Поэтому оно будет всегда, просто его температура будет снижаться вследствие расширения вселенной.
black_semargl
19.04.2017 12:04Нет, не так. Через полмиллиона лет после БВ вселенная стала прозрачна (практически мгновенно по всему объёму) и во все стороны из каждой её точки полетели фотоны.
Но визуально это выглядит так, что каждая точка оказалась внутри свободной от плазмы сферы, радиус которой увеличивается со скоростью света.
Но так как вселенная расширяется — то видимая скорость частиц в направлении «от нас» чем дальше тем больше (притом линейно — это визуальный эффект, на него теория относительности не распространяется) — и на дальности в 14,610 ± 0,016 млрд светолет превысит скорость света.
Т.е. как только возраст реликтового излучения превысит это значение — края этой сферы «уйдут за горизонт» видимой нами области и свет от неё перестанет доходить до нас.
Zonzen
16.04.2017 23:57-3Мы этого не знаем. Это предположение в рамках текущих границ познания мира. Точно также догматика современной науки упорно продвигает идею, что есть гравитационная постоянная G и она постоянна везде, что является весьма смелым заявлением.
Gibboustooth
17.04.2017 13:26Прочитайте про объект Стрелец А* и про ограничения, которые наложены на его размеры и массу. Это непосредственные наблюдения.
Shkaff
17.04.2017 13:51Все же это не непосредственные наблюдения… Мы не знаем точно, что это ЧД, но влияет он на окружающее очень похоже. Мы наблюдаем это влияние, и делаем вывод, на основании ОТО, что это должна быть ЧД, но саму ЧД мы не наблюдаем. Можно представить, что ОТО не верна, и это какой-то неизвестный объект, который ведет себя похоже.
kauri_39
16.04.2017 20:53-4«Поэтому испарение ЧД приводит к внутренним противоречиям: вы комбинируете КТП с ОТО, но результат получается несовместимым с КТП.»
А на каком основании их комбинируют? У нас что, уже решена проблема космологической постоянной? Значения этой постоянной, полученные в ОТО и КТП, никак не комбинируются, а наоборот, расходятся на 120 порядков. Это значит, что ОТО и КТП верны лишь по отдельности и лишь для ограниченного круга задач. Природу гравитации не раскрывает ни одна из этих теорий, поэтому их комбинация тоже не может дать верные «полуклассические» представления о гравитации.
Понятия о виртуальных частицах — лишь удобный математический приём, допустимый из-за неопределённости Гейзенберга. Что там происходит в течении не регистрируемых нами малых промежутков времени и всплесков энергии — кто его знает? А пусть рождаются пары частиц и античастиц. Из чего? Из вакуума. Из пустоты? Нет, из таких же виртуальных квантов разных силовых полей. Хорошо, пусть рождаются, всё равно проверить не можем — Гейзенберг не разрешает, зараза.
Правда, энергетическая плотность такого вакуума зашкаливает. С ней вся Вселенная или тут же взорвётся или, наоборот, сколлапсирует. Ага, это уже епархия космологов, а у них свой символ веры и свои проблемы…
Так вот здесь не искушённые в ОТО и в КТП верно спрашивают — а чего бы это чёрным дырам испаряться, если в них постоянно падает по одной частице из их пар, бывших виртуальными, но ставших реальными благодаря энергии гравполя ЧД? Для их рождения и реализации тратится энергия гравполя? А что такое гравполе — кто знает? Никто — ни ОТО-шники, ни КТП-шники.
Однако естественно думать, что гравполе — это следствие воздействия на пространство материи. В случае с чёрной дырой — высококонцентрированной материи. Большей, чем вещество нейтронной звезды. Может, её имеет вещество кварковой звезды, и такая звезда — сингулярность в центре каждой ЧД? Но дело даже не в этом. А в том, что если гравполе ЧД — следствие влияния на пространство сингулярности, то как на уменьшение массы этой сингулярности может повлиять удалённое от неё (на горизонте событий ЧД) рождение пар частиц — излучение Хокинга? Да никак. Энергия её гравполя «расходуется» и на искривление мимо летящих фотонов, на захват мимо летящих тел. И всё упавшее в ЧД попадёт в сингулярность и будет упаковано по высшему разряду.
Солнце вертит вокруг себя планеты миллиарды лет и испаряться не думает.
Поэтому думать о потере информации при испарении ЧД, конечно, можно, но не за казённый счёт. За казённый надо прежде разобраться с природой гравитации, создать рабочий вариант квантовой гравитации, решить проблему космологической постоянной. А то уже самим физикам-теоретикам стыдно, каются: «Я даже признаюсь в том, что и сама приложила руку к этой горе бумаг, поскольку учёный мир работает именно так. Мне тоже надо на что-то жить.»arheops
16.04.2017 20:57+1Так флуктации очень удобны для обьяснения еффектов типа излучения Хоккинга или еффекта Каземира. А есть они или нет — не суть важно. Важно, что они обьясняют видимые явления.
Quiensabe
16.04.2017 21:36+1Необратимость в квантовой механике, о которой вы говорили в вопросе, происходит из процесса измерения, но испарение ЧД необратимо ещё до того, как измерения были проведены.
Сразу представил пятимерных наблюдателей, следящих за нашей вселенной с той стороны черных дыр, и тем самым уничтожающих возможность обратимости :)
mad_god
16.04.2017 23:38Объясните, пожалуйста, такую штуку. Недавно было зафиксировано слияние двух ЧД. Как такое возможно, если ничто не может покинуть пределы горизонта событий? Как они взаимодействуют?
Ладно, всё, что двигалось в направлении ЧД, останется внутри ЧД. Но как так совпало, что две ЧД встретились в одной точке? Что они испускают, чтобы притягивать друг друга и другие объекты, если (я повторюсь) ничто не может покинуть пределы горизонта событий?ggrnd0
16.04.2017 23:58+1Они слились.
Слияние ЧД это не исключительный процесс. Нашу галактику это тоже скоро ждет (через несколько миллиардов лет), и возможно наша звездная система и планета перестанут существовать.
Они искривляют пространство — вот демонстрация этого процесса
Shkaff
17.04.2017 00:04Горизонт событий — это не стена, до которой пространство плоское, а после — сингулярность. Пространство искривлено сильно и до горизонта событий, и в этом искривленном пространстве ЧД движутся — притягиваются. Слияние ЧД — это именно слияние горизонтов событий, а не самих сингулярностей. Условно, одна ЧД падает на другую, в какой-то момент их горизонты событий становятся одним, и что происходит там внутри дальше — мы уже не видим.
mad_god
17.04.2017 00:14+1За счёт чего искривляется пространство? Как окружающее пространство «знает», что за горизонтом событий существует огромная масса, если для этого нужно что-то оттуда получить, взаимодействие какое-то, произвести обмен частицами, квантами.
Shkaff
17.04.2017 07:30Для статического гравитационного поля никакого обмена квантами не нужно. За счет непрерывности пространства-времени искривление не испытывает никаких скачков. Поэтому если внутри есть некоторая кривизна, она непрерывно продолжается снаружи. Тем более, что горизонт событий — просто условность.
Далее, вообще горизонт событий имеет смысл для динамических эффектов. Скажем, гравитационная волна изнутри ЧД не выйдет. Представьте себе электрон, он обладает электрическим потенциалом безо всяких других взаимодействий. И не то чтобы он постоянно излучал или что-то, это статическое поле. Вот тут ровно то же. Когда другая ЧД (или любой другой объект) доходят до искривленной области пространства, им не нужно знать, создает ли это искривление ЧД или что-то еще, они просто следуют кратчайшим путем. А он ведет внутрь горизонта событий.
PS вообще гравитация пока не квантована, так что никто не знает, если ли кванты гравтации.mad_god
17.04.2017 09:08Я понимаю, если есть какое-то воздействие — появляется поле или искривление пространства. Но если воздействие разовое, поле появилось и исчезло, пространство искривилось и выпрямилось. Следовательно, если поле существует и если пространство продолжает искривляться — воздействие продолжается, оно постоянно и неизменно.
Вот прошла гравитационная волна и дошла до детектора. Следовательно, появилось воздействие, которое распространилось (со скоростью света). Следовательно, кривизна пространства испытала разовое изменение, которое распространилось и оказалось в новом состоянии.
Я путаюсь, потому что, наверное, не понимаю всех формул, закономерностей, но должна быть, как мне кажется, какая-то причинно-следственная связь между прошлым состоянием поля и последующим, прошлым состоянием искривления пространства и последующим. Zverienish вот откуда я взял понятие пространство «знает». Нужно «знать», что было в прошлом, чтобы поддержать процесс в настоящем.
Окружающие частицы «знают», что электрон существует в данной точке, они могут с ним взаимодействовать. Но окружающие частицы не «знают», что рядом есть ЧД, они просто падают в неё, воздействие из неё не возвращается.
Пространству необходимо «знать», что ЧД переместилась, чтобы искривиться в другом месте.Shkaff
17.04.2017 09:53Тут самое важное место — разделять статическое искривление пространства и гравитационные волны, например. Вот волны как раз переносят энергию, взаимодействие, и они гипотетически сопоставлены с квантами гравитации. Поэтому на них распространяется ограничение в скорости, и они не могут сбежать из ЧД.
Для статического искривления такого ограничения нет. Собственно, что такое горизонт событий? Это воображаемая граница, дальше которой кривизна пространства такова, что ничто, распространяющееся со скоростью света, избежать его не может. Но сама кривизна никуда не движется, и не гравитирует, и не искривляет сама себя, так что для нее горизонт событий не имеет значения.
Представьте, как формируется ЧД. Вот звезда очень массивная, у нее сильно искривленное пространство, но горизонта событий нет. Потом она сжимается (оставим реальны механизм, просто для картинки), кривизна нарастает все больше и больше. И для этой кривизны нет момента времени, когда вдруг появляется горизонт событий — она просто об этом не знает.
Пространство не взаимодействует с массой в том смысле, что электрон с другим электроном. Кривизна пространства — это свойство, и ЧД не должна пространству сообщать, что она движется. Это как с зарядом электрона — электрон же не сообщает заряду, что он движется, и заряд должен сопровождать это движение.
Я понимаю, в чем сложность, но не уверен, что умею объяснить…mad_god
17.04.2017 10:33Я так понимаю, есть масса — пространство искривляется, нет массы — не искривляется. Масса оказывает влияние на пространство. Но есть ли масса в ЧД с точки зрения пространства? Как масса в ЧД взаимодействует с пространством? Как перемещающаяся ЧД взаимодействует с пространством? Чем она взаимодействует? Ведь масса исчезла за горизонтом событий.
Электрон и его заряд — это другое. Электрон движется и двигает своё поле, он взаимодействует с окружающим миром в двустороннем порядке. А ЧД — в одностороннем, только поглощает материю.Shkaff
17.04.2017 10:44Масса не взаимодействует с пространством… Да, есть масса — есть искривление, это верно. Но нет взаимодействия при этом. Пространство — это не материальная сущность в каком-то смысле. Это набор правил, задающий относительное движение объектов во вселенной. Она говорит — есть большая масса, значит два одновременных события — рядом с ней и далеко от нее — перестают быть одновременными. Значит, прямая линия теперь определяется по-другому. Поэтому нет никакого обмена между пространством и массой, пространству ничего не нужно узнавать, нет никакой передачи взаимодействия между двумя.
Я потому привел пример с электроном, что заряд похож отчасти на кривизну пространства. Свойство массы (энергии) — кривизна пространства вокруг нее, не больше того.mad_god
17.04.2017 11:29два одновременных события — рядом с ней и далеко от нее — перестают быть одновременными. Значит, прямая линия теперь определяется по-другому
Можно пояснить подробнее эту цепочку?Shkaff
17.04.2017 12:22Я прошу прощения, тут цепочки нет, я имел ввиду что искривление пространства времени — это и изменение понятия одновременности, и понятия прямолинейности.
5oclock
17.04.2017 09:33А горизонт событий после слияния — сферический или овальный или ещё какой?
Shkaff
17.04.2017 09:36В принципе, сферический. Однако сразу после слияния он колеблется еще какое-то время, изменяя форму, затухая постепенно.
5oclock
17.04.2017 10:29А по форме горизонта событий можно делать выводы о том сколько там под ним сигнулярностей?
Слились они в одну или всё так же болтаются вокруг друг друга?Shkaff
17.04.2017 10:44Теоретически можно было бы, практически наблюдать форму горизонта событий не получится — это же не физическая оболочка, а воображаемая сфера…
askv
17.04.2017 19:35Я думаю, что при слиянии чёрных дыр сингулярности сливаются. Потому как известные решения уравнений ОТО не дают ЧД с двумя или более сингулярностями.
Shkaff
17.04.2017 19:57В конечном итоге — сливаются, но в промежутке между слиянием горизонтов и сингуларностей вполне себе может быть две сингулярности в одном горизонте.
Решения все же стационарные…askv
19.04.2017 06:45Не очень понятно. Допустим, сливается вращающаяся система из двух невращающихся чёрных дыр. Тогда две точечные сингулярности каким-то образом должны превратиться в одну кольцевую… хотя такой же эффект должен получиться при падении на невращающуюся чёрную дыру какого-нибудь фотона не по центру…
Shkaff
19.04.2017 07:55Позвольте, все же сингулярности останутся точечными, никакой кольцевой не будет. Просто две сингулярности будут вращаться друг вокруг друга внутри горизонта событий, постепенно сближаясь. Не очень понял про фотон, честно признаться.
askv
19.04.2017 08:01+1Ну если нет момента импульса, то мы имеем решение Шварцильда с точечной сингулярностью. Если есть — то с кольцевой решение Керра. Когда фотон падает на Шварцильда, он может сообщить ей некий момент импульса, должна получиться кольцевая сингулярность…
Shkaff
19.04.2017 08:45Ааа, в этом смысле. Да, это, кстати, интересный вопрос, я не задумывался. Пожалуй, вы правы. Вообще довольно ясно, что ЧД Шварцшильда в чистом виде не должна существовать — всегда будет какой-то спин и заряд.
askv
19.04.2017 09:35+1Вообще точные решения, например, Шварцильда, описывают «вечную» дыру, которая непонятно как образовалась. Реальные чёрные дыры, образовавшиеся в результате коллапса, непонятно как себя ведут. Мне нигде пока не попадались материалы на эту тему.
С другой стороны, вызывают большие вопросы физическая сущность продолжения решений уравнения за горизонт событий. Возьмём, например, какой-нибудь физический процесс, описываемый функцией 1/(1+X^2), например. Пока мы в вещественных числах, вроде все хорошо. Потом появляется какой нибудь умник, находит особые точки +i и -i в аналитическом продолжении этой функции на комплексную плоскость, и начинает рассуждать, что это могло бы означать… может быть, горизонт событий — это край вселенной, куда все падает как с края стола, и больше не возвращается :)
P.s. Читал где-то, что сибирские народы считали мамонтов земляными животными, гибнущими при контакте с воздухом или светом. Пока что эту теорию никто опровергнуть не может :)Shkaff
19.04.2017 11:06Ну, учитывая, что мы наблюдали слияние ЧД, которые вполне себе описывались стандартными уравнениями для керровских ЧД, я бы не ожидал чего-то уж сильно кардинально отличного в «реальных» дырах от идеальных.
askv
19.04.2017 11:24Ну наблюдали мы не слияние ЧД, а некие сигналы, как мы верим, из космоса, которые напоминают нам сигналы, которые по нашей текущей теории должны возникать при слиянии ЧД.
Shkaff
19.04.2017 11:31Куда уж прямее наблюдения… По такой логике мы ни в чем не можем быть уверены, любой физический эксперимент — это сопоставление нашей теории и наблюдения. Все же редко бывает, когда две теории одинаково хорошо описывают один и тот же эксперимент, тем более в таких продвинутых теориях.
Я к тому, что если принять ОТО, то тот факт, что наши уравнения для керровских ЧД идеально описывают наблюдаемый сигнал, дает хорошие основания полагать, что реальные ЧД могут отличаться от наших моделей не так уж сильно.
black_semargl
19.04.2017 12:15Мы наблюдали излучение от двух вращающихся друг относительно друга массивных объектов (синусоида с возрастающей частотой и амплитудой), что они там наизлучали после касания — утонуло в помехах.
Там же ещё и амплитуда колебаний пробного тела обратно пропорциональна частоте воздействия — инерция однако.Shkaff
19.04.2017 12:27А разве это не определение ЧД? Мы наблюдали массивные объекты такой массы и размера, что они обязаны быть ЧД согласно ОТО.
vanxant
19.04.2017 12:37Ну положим точный размер объектов нам неизвестен, ибо черная дыра жи ну. А ОТО само по себе не дружит с квантмехом. Да и мы тоже не дружим с квантмехом при таких плотностях. Гипотетически, могут существовать какие-нибудь топ-кварк-глюонные звёзды, давление в которых всё-таки способно стабилизировать звезду перед превращением в ЧД и которые излучают такими способами, о которых мы пока даже не догадываемся.
Shkaff
19.04.2017 13:21Это да, но наличие сингулярности все же не принципиально — есть оценка их массы, размера орбиты и тп — это дает весьма однозначные ограничения на их размер. А с таким размером что бы это ни было в центре, горизонт событий все равно должен быть.
black_semargl
19.04.2017 13:10Да, это на 99.99% вероятности ЧД.
Но их свойства именно как ЧД мы не наблюдали — любые два объекта той же массы с тем же периодом обращения будут излучать так же.
vanxant
19.04.2017 12:34+1Ну вы на график пристальнее посмотрите. Если бы там были не ЧД, ну какие-нибудь кварковые звёзды, которые плотнее нейтронных, но всё ещё не имеют горизонта событий, то такой график не мог бы вот так взять и оборваться. Уж слишком много момента накоплено, какой бы взрыв там не был, он не мог бы вот так вот взять и остановить вращение таких масс за доли секунды. Значит, это вращение ушло под общий горизонт событий.
black_semargl
19.04.2017 13:13Ну почему — например их физическое столкновение со слиянием в единый объект — точно так же прекратит излучение.
Вращающаяся сфера не излучает.
Или размазывание одного в кольцо на орбите у другого.Shkaff
19.04.2017 13:24Ну столкновение никогда не приведет к сферическому объекту так прямо. Там будет по началу все равно очень ассиметричный объект, который потом станет сферичнее. Собственно главная черта горизонта событий — он не физический объект, поэтому обрыв чирпа как раз моментальный — тк слияние горизонтов практически моментальное.
black_semargl
20.04.2017 11:36-1Ну вот известная картинка
И из неё видно, что:
1) нет никакого обрыва
2) картинка спектра внизу тоже интересная — из неё видно что шум не такой уж и шум, а состоит из чётких полос.
Притом и из полос с уменьшающейся частотой — которые могут быть интерпретированы как выброс части массы.Shkaff
20.04.2017 11:521) Ну как же, чирп очевидно обрывается на высоких частотах.
2) Про полосы я не очень понял, если вы про те, что в районе 500Гц начинаются, так это технические шумы, там на этих частотах полно всего. В публикациях про это все рассказано.black_semargl
20.04.2017 15:521) обрывается — но не резко, а с плавно снижающейся амплитудой и увеличивающейся частотой.
Такой сигнал вполне могли дать два тела сливающихся в одно — обороты растут, а несферичность (и следовательно генерируемая волна) уменьшается
2) Полосы внизу — одна в 0.40-0.45 и примерно 35 Гц, вторая 0.42-0.45 и от 100Гц до 50.Shkaff
20.04.2017 16:361) Какие именно тела вы представляете?
2) Да ну что вы, таких полос там полно везде — это шумы все.black_semargl
24.04.2017 10:251) ну например две нейтронных звезды при слиянии какой сигнал дадут?
Т.е. это даже могу быть две ЧД — но гравитация из которых исходит свободно, из центра а не с гравитационного радиуса.
2) любой шум — это нераспознанный сигнал.Shkaff
24.04.2017 10:34+11) В принципе, у нейтройнных звезд был бы похожий сигнал, по крайней мере в первой части, после слияния сигнал будет несколько отличным. Но нейтройнные звезды совсем не подходят по размерам и массам под сигнал.
2) Это неправда:) Шум может иметь хорошо известный источник и оставаться шумом. Собственно, все шумы в LIGO очень хорошо характеризованы и измерены.black_semargl
24.04.2017 11:481) Мы собственно не знаем что внутри гравитационного радиуса. Сжатие вещества в математическую точку очевидно антифизично.
Поэтому у нас два варианта
* сигнал обрывается при контакте ГР
* сигнал обрывается при слиянии центральных телShkaff
24.04.2017 15:01+1Я уже немного потерял нить дискуссии, но сигнал очевидно должен обрывать при контакте горизонтов событий, с чего ему продолжаться до контакта центральных тел.
Я согласен, что наверняка в центре ЧД есть нечто конечных размеров, заданное уже другой физикой (квантовой, например). Но для нас не так важно, что внутри, ЧД это именно что горизонт событий. То есть, по сути, просто масса, заряд и спин.
vanxant
19.04.2017 13:30+1Наблюдались не те массы, чтобы превратиться в осесимметричный объект за время порядка 0.2 секунды
black_semargl
20.04.2017 11:29А ему не надо стать осесимметричным — достаточно снизить излучение ниже уровня шума детектора.
Shkaff
20.04.2017 13:17+2Для справки, перед слиянием два объекта были на расстоянии около сотни км, вращались со скоростью в половину скорости света и имели массу около тридцати солнечных каждый.
Предположим, это не ЧД, а что-то другое. Каков механизм обрыва чирпа в данном случае? Собственно, почему вообще сигнал затухает? Я мог бы понять, если объекты сталкиваются, сигнал становится слабее, и остается на одном уровне, не меняя далее ни амплитуды, ни частоты. Тогда бы можно было бы без проблем его отфильтровать, и всякое такое.
vanxant
17.04.2017 00:28Гравитация может покинуть горизонт событий. В ОТО она не считается «материей», это свойство (кривизна) пространства-времени.
Что касается слияния двух ЧД: когда-то давно это была двойная звезда. Т.е. две обычных звезды вращались друг вокруг друга. Потом у них был веселый период, когда они по очереди разбухали, воровали друг у друга вещество, взрывались и т.д., но в итоге обе превратились в черные дыры. Которые продолжили вращаться друг вокруг друга и излучать гравитационные волны, уносящие энергию.Shkaff
17.04.2017 07:32Поправка, что гравитационная волна все же не может покинуть горизонт событий. Все таки скорость света, все дела…
vanxant
17.04.2017 08:51+1Волна — не может. Это экспериментально показано в том самом опыте по наблюдению гравитационной волны от слияния двух ЧД. Там ведь после касания горизонтов самая веселуха началась внутри объединённого горизонта событий. Момент у вещества под горизонтами никуда не делся, и сингулярности не могут просто взять и упасть друг на друга по банальной кривой второго порядка, там будет сложная спираль. Но на сигнале мы ничего этого не видим, там тишина.
Однако статическая гравитация всё же может. Иначе никакого сигнала вообще бы не было)Shkaff
17.04.2017 09:34Вот именно! Мне кажется, это вообще лучшее доказательство того, что мы наблюдали именно черные дыры.
black_semargl
17.04.2017 13:41Не понял — вектор притяжения так и остался не на центр новой ЧД, а как сумма векторов на центры слившихся ЧД в момент их касания?
vanxant
17.04.2017 18:46По идее типа того. Хотя «центр» новой ЧД он как раз и будет суммой векторов на центры, в самом первом приближении.
p_fox
19.04.2017 09:03Учитывая, что течение времени в сингулярности замедлено ( а в центре вообще может стремиться к 0), то для нас их падения так и не произошло. Сингулярности будут практически вечно падать друг не друга по спирали, со все возрастающей скоростью. Чем ближе друг к другу, тем больше замедление времени.
black_semargl
19.04.2017 12:19-1Сингулярности друг на друга не падают, а сливаются в момент касания — в дыру диаметр которой равен сумме их диаметров.
Как два одномерных отрезка — (=====)(======) = (===========)
JohnSmith001
17.04.2017 00:13+3вы комбинируете КТП с ОТО, но результат получается несовместимым с КТП
Эти две теории и без черных дыр несовместимы. Зачем же стулья ломать?
taujavarob
17.04.2017 00:22-3Хм, по всей видимости вопрос — "Исчезает ли информация при испарении Чёрной Дыры" если не более чем новая инкарнация старого вопроса "Сколько ангелов может поместиться на острие иголки".
Я даже признаюсь в том, что и сама приложила руку к этой горе бумаг, поскольку учёный мир работает именно так. Мне тоже надо на что-то жить.
Хм, пару цитат:
Вопрос об ангелах на кончике иглы не так смешон, как кажется. Кончик иглы — это минимум пространства; в пределе это математическая точка. Ангел, согласно средневековому богословию, — существо бестелесное. То есть в пространственном континууме его присутствие можно рассматривать как абсолютный ноль. Следовательно, вопрос о том, сколько ангелов умещается на кончике иглы, в математической точке, есть вопрос о соотношении максимально малой, но все же реальной величины, и нуля. Это начало дифференциального исчисления: может ли величина, бесконечно стремящаяся к нулю, достигнуть своей цели, и в чем различие между нулевым значением и функцией, стремящейся к нулю. Весьма многие научные проблемы, прежде чем они были сформулированы и решены на собственно научном (прежде всего математическом) языке, первоначально формулировались в лоне философии. Вопрос об ангелах и игле — один из таких вопросов. Издеваться над ним — все равно что издеваться над атомизмом Демокрита.
поскольку рассуждения на эту тему не ограничены экспериментальными, данными, по ней очень легко писать работы, и поскольку на эту тему работает так много людей, с цитатами тоже не бывает проблем.
VS
«Разверни новейшие таинственные творения, возомнишь быти во времена схоластики и словопрений, когда о речениях заботился разум человеческий, не мысля о том, был ли в речении смысл; когда задачею любомудрия почиталося и на решение исследователей истины отдавали вопрос, сколько на игольном острии может уместиться душ» .
Восходит он к вопросу, который задается в Summa Theologiae Фомы Аквинского: «Сколько ангелов может находиться в одном месте»
Однако вопрос Радищева – вопрос о душах на конце иглы – действительно представляет ситуацию, «когда о речениях заботился разум человеческий, не мысля о том, есть ли в речении смысл». Душа нематериальна, и, значит, вопрос о ее нахождении в пространстве в принципе бессмыслен.
Cхоласты, кстати, пришли к мнению, что количество ангелов на конце иглы должно выражаться числом «корень квадратный из минус единицы»...))))
VS
«Хоккинг считает, что анигилирует частица с отрицательной массой и энергией.»
ggrnd0
17.04.2017 01:09там вопрос в том откуда берется энергия для материализации виртуальной частицы.
Почему то Хоккинг считает что из черной дыры...
Хотя интуитивно виртуальная частица оставшаяся вне ЧД должна взять энергию из пространства вне ЧД, а вот упавшая в ЧД частица, может взять как извне, так и изнутри… Но лично я склоняюсь что извне...
olgerdovich
17.04.2017 00:40Quantizing, Вячеслав, по-русски все-таки «квантование», а не «квантификация».
aokoroko
17.04.2017 02:29-1А разве мантиссы значений физических величин координат, импульсов и т. д. взаимодействующих частиц — бесконечно длинные? Информация должна иметь материальный носитель. Какой материальный носитель мог бы хранить бесконечно длинные числа? Никакой. Значит, мантисса усекается, точно так же, как это происходит при вычилениях на компьютере. Значит, начальные условия очень быстро забываются, то есть информация теряется. Об этом Илья Пригожин писал, приводя пример с коробкой с шариками, которую трясут. Восстановить информацию о прошлом положении шариков можно было бы только если при их соударениях хранились все знаки величин после запятой. А этого нет. Длина этого хвоста растет экспоненциально, его просто негде хранить. После 100 соударений хвост станет 2 в 100 степени знаков. А сколько соударений частиц прошло с момента Большого взрыва? Вот то-то же.
mactep3230
17.04.2017 16:48разве любая система из двух и более частиц не может хранить бесконечно точные числа? другая проблема — как эти числа получить
vanxant
17.04.2017 18:50Это называется «аналоговый сигнал». Теоретически у него мантисса бесконечно длинная. Практически, в любой системе есть шумы. Даже если у вас абсолютно идеальное оборудование, остаются шумы в канале распространения (типа доплеровских сдвигов), наводки от всей остальной Вселенной и квантовая чертовщина. Т.е. «прочитать» вы можете значение сигнала с абсолютно любой точностью (правда, на это может потребоваться бесконечное время из-за Гейзенберга), только в этой точности будет сидеть шум.
aokoroko
18.04.2017 01:36Да я понимаю, но проблема остается в том, что из-за всего этого невозможно рассчитать ни прошлое, ни будущее системы или объекта, ничего. То есть, если я правильно понимаю, информация теряется.
Так вопрос по теме статьи — чего сокрушаться, что информация теряется в черных дырах, если она и так постоянно теряется везде, при любых взаимодействиях? Мне это несколько непонятно. Разве наука придерживается детерминизма Лапласа?vanxant
19.04.2017 10:35Рассчитать невозможно. Но можно обратить время, оси координат и заряды, и любая квантовая система в таком вот «задом-наперёд» зеркале вернётся в своё прошлое состояние. Кроме ЧД.
При этом, обращение времени на макроуровне будет выглядеть как вывернутый наизнанку второй закон термодинамики (т.е. энтропия будет не возрастать, а разбитые чашки собираться из осколков)
coturnix19
21.04.2017 06:42Да я понимаю, но проблема остается в том, что из-за всего этого невозможно рассчитать ни прошлое, ни будущее системы или объекта, ничего.
— человеку нельзя, а демону лапласа можно. Есть такая штука — принцип, физики беспокоятся за принцип, за законы, а не за то сможем ли мы хоть когда-то воспользоваться. А рассуждать в стиле «невозможно рассчитать» это все равно что сказать что не имеет значения есть ли внесолнечные планеты или нет, ведь долететь мы до них никогда не сможем. Хм, какая-то молодежь в последнее время пошла… приземленная, что ли, совсем принципы ни во что не ставит =)aokoroko
21.04.2017 14:14«Молодежь» — это Вы к кому обращаетесь?
«Демон Лапласа» разве не был отвергнут наукой?
Я полагаю, что невозможно рассчитать именно в принципе.
Строгого доказательства этого предположения, насколько я знаю, на данный момент нет, как и обратного.
Но мне интересно, если Вы верите в детерминизм, то понимаете, что это снимает вопрос об ответственности за любой поступок? «Совершил, потому что таковы причинно-следственные связи во Вселенной» — так?5oclock
21.04.2017 14:42Ну почему же снимает?
Совершил предопределённый самой Вселенной проступок — будешь так же предопределённо наказан.
Такой уж твой крест.
:)
coturnix19
22.04.2017 04:58«Молодежь» — это Вы к кому обращаетесь?
— это, типа, шутка юмора с долей правды. у меня сложилось впчетатление что в последнее время появились айтишники, не способные отличить прикладную и абстрактную математику и полагаюище что если нельзя в практических вычислениях использовать бесконечную точность естественных «переменных» типа позиции и импульса «частиц» то значит эта точность не существует а вселенная — симуляция. Я считаю, что не зависимо от того существуют ли в действительности действительные числа, подобная позиция отражает фундаментальное непонимание природы.
«Демон Лапласа» разве не был отвергнут наукой?
— да нет вроде
Я полагаю, что невозможно рассчитать именно в принципе.
— я о таком слышал, да, есть такие предположения но насколько мне известно они очень далеки от всеобщего признания. Насколько мне известно, общепризнанные фундаментальные теории (т.е.е квантовая механика) не только симметричны во времени но и детерминистичны т.е. обратимы.
Строгого доказательства этого предположения, насколько я знаю, на данный момент нет, как и обратного.
— мне тоже так кажется. Но ведь нельзя все доказать, некоторые вещи принимаются само собой разумеющимися — ну по крайней мере до тех пор, пока они не войдут в конфликт с наблюдаемыми данными.
Но мне интересно, если Вы верите в детерминизм, то понимаете, что это снимает вопрос об ответственности за любой поступок? «Совершил, потому что таковы причинно-следственные связи во Вселенной» — так?
— нет не так, физический детерминизм вообще к свободе воли не имеет никакого отношения. Скорее даже наоборот — предсказуемость (а детерминизм — это абсолютная форма предсказуемости) является необходимой для существования свободы воли. Ведь если вещи случаются сами собой, и вы не можете их предсказать, уж точно нельзя ни за что нести ответственности. В общем, детерминизм никак не мешает свободе воли, хотя да, некоторых людей это коробит.Shkaff
22.04.2017 07:53Насколько мне известно, общепризнанные фундаментальные теории (т.е.е квантовая механика) не только симметричны во времени но и детерминистичны т.е. обратимы.
Это не так, квантовая механика не симметрична по времени и необратима — только в довольно экзотических вариантах это не так.
coturnix19
22.04.2017 08:24Каким образом? Ок, может я ничего в этом и не понимаю, но мне казалось что как раз мейнстримная версия симметрична и детерминистична, а необратимы экзотические модификации.
Shkaff
22.04.2017 08:30+1Даже не знаю как ответить… Проективное измерение необратимо. Любой коллапс волновой функции — несимметричен. Ну и плюс там декогеренция, все дела (это в сторону детерминистичности).
lavmax
17.04.2017 05:43+1Но в принципе обратимым должен быть любой процесс
Откуда вдруг такой постулат. Мне кажется очевидным, что любой процесс выглядит одинаково вероятностно как вперед во времени, так и назад. А значит процесс необратим с абсолютной точностью точно так же как и непредсказуем. Откуда вообще уверенность что информация не теряется?
Shkaff
17.04.2017 07:34Просто математика, которая у нас есть для КТП, не содержит необратимости. И если информация теряется — это значит, КТП не совсем спрааведлива, что досадно:)
lavmax
18.04.2017 10:55Я что-то совсем запутался. Разве принцип квантовой неопределенности не утверждает о том, что информация теряется?
Shkaff
18.04.2017 11:21Я даже затрудняюсь вообразить, как одно связано с другим… Нет, ничего такого он не утверждает.
Вот может вики немного поможет с определением, что такое информация.lavmax
18.04.2017 20:20Может плохо ой пример привёл. Попробую своими словами обьяснить. Возьмём фотон в оторви поглощается и переиспускается атомом. Существует распределение вероятностей вектора переиспущенного фотона. И фундаментально невозможно определить куда полетит конкретный фотон. Таким образом ретроспектива тоже оперирует вероятностью откуда фотон прилетел к атому, т.е. точная информация утеряна. И вроде как теоретически невозможно ее восстановить. И даже без чёрной дыры.
Признаюсь мои познания в квантовой механике весьма поверхностны, тч могу и ошибаться.Shkaff
18.04.2017 20:34+1Я понял. То, что понимается под информацией в квантовой теории несколько отличается от нашего ежедневного (классического) понимания. В частности, неопределенность (а точнее, полное состояние фотона) включается в определение информации. Поэтому достаточно «восстановить» состояние — вместе с неопределенностью — и информация не потеряна.
Кроме того, речь не идет о реальном восстановлении состояния, но просто в математике нет ассиметрии по времени.
HappyLynx
19.04.2017 09:34+1Если я вам скажу, что шар для боулинга с вероятностью 0.25 черный и 0.75 белый, то это не значит, что у вас нет информации о цвете шара для боулинга. Она у вас есть, она полная и заключается она в том, что шар для боулинга с вероятностью 0.25 черный и 0.75 белый.
coturnix19
21.04.2017 06:45+1Думаю ниоткуда, просто проблему рассматривают в рамках некого фреймворка — квантовой механики — который пока-что описывает природу лучше всех других и он требует обратимости.
simple-simple
17.04.2017 07:23+3Как хорошо что кто то пишет такие статьи и просвещает людей.
Вы знаете, я всегда очень уважаю и ценю людей, которые умеют думать разными отделами своего мозга, а не одним лишь отделом ответственным за ЧСВ.
Я думаю это прекрасно — рассуждать и строить любые теории об этих прекрасных космических монстрах.
Какая разница — ведь даже наша мысль будет путешествовать до них миллиарды лет. И пусть даже будут тысячи неверных теорий, миллионы некомпетентных наблюдателей — нам низа что не разрушить их грандиозную красоту.
Приятной Вам вечности и ни в чем себе не отказывайте.
RiseOfDeath
17.04.2017 09:23Никогда не понимал что физики подразумевают под информацией. Ни в одной статье, даже в вики, я не нашел какого-то вменяемого объяснения.
SLY_G
17.04.2017 16:50Имеются в виду квантовые числа. Барионное, лептонное и прочие. Квантовая механика основана на том, что при любых преобразованиях они должны сохраняться.
https://geektimes.ru/post/262054/
coturnix19
21.04.2017 06:28Люблю отвечать на вопросы которые мне не задавали, особенно если не разбираюсь в теме, поэтому напишу.
Пример, понятный «айтишникам»: представьте себе файл, содержащий некую информацию, не важно. Вы можете взять и сжать этот файл, получив меньший файл если в исходном было много избыточности, или зашифровать его симметричным алгоритмом типа аэс. Полученный файл будет выглядеть по-другому, и даже типа содержать «другую» информацию но на самом деле он содержит всю ту же самую информацию (плюс заголовок с ключем или описанием архива). Более того, поскольку ситуация обратима — он содержит в точности столько же информации, ни битом больше или меньше, как и изначальный файл. А теперь представьте что вы сжали его кодеком с потерями — например, джипегом. Часть «лишней» информации при этом была отброшена, и вы уже не можете обратить ситуацию — разжатый файл будет отличен от исходного и нету способа получить оригинал из сжатого файла. Конечно, новый файл разжатый файл будет содержать столько же байт как и исходный но часть их будет совершенно «свежей» — созданной буквально из ничего.
А теперь представьте себе, что вам дали задачу симулировать на компе физическую систему. В класс. физике, система описывается конечным (частицы) или потенциально бесконечным (но вроде как (?) счетным) количеством переменных (поля), действительного типа вроде-как бесконечной точности (на компе конечно бесконечную точность просимулировать не получится). Симуляция — это преобразование, меняющее информацию о системе, но на самом деле информация остается той же самой — она сохраняется, потому что вычисление обратимо. ЧД тут действует как «кодек с потерей» — она принимает в себя огромное количество информации и выдает из себя такое же, и даже большее количество информации но эта информация — новая, созданная «из ничего», а старая теряется. Обратить такое преобразование не получается — информация о исходной системе исчезает в небытие, а новая представляет собой белый (или скорее коричневый, или еще какой-то) шум — тепловое излучение.
Меня конечно это мало волнует потому что, как мне кажется, если посмотреть на причинные диаграммы пространства-времени должно быть видно что ч.д. находится за «плюс-бесконечностью» обычной вселенной (а хокинговское вообще излучение исходит не из черной дыры а вообще то ли из «виртуальной» белой то ли еще откуда), так что переживать за исчезновение информации в ч.д. сродни переживанию о невозможности путешествия обратно во времени. Т.е. проблема вероятно есть, но кмк та о которой все переживают — в формулировках… но с другой стороны, мое мнение совершенно наверняка не верно, ни на чем не основано и не имеет никакого значения т.к. я такой же научпоп любитель-«энтузиаст» (еще и со склонностью к фричеству) как и 90% оставляющих здесь комментарии под научпоп-статьями.
Konachan700
17.04.2017 11:12Вопрос наивный, но все же. А почему считается, что испарение уменьшает массу ЧД? Почему вообще считается, что ЧД физически исчезают? Если смотреть с точки зрения обывателя, то масса ЧД при разрыве пар виртуальных частиц растет, ведь обратно за горизонт ничего не вылетает. С ростом массы ЧД искривление пространства все сильнее. Грубая аналогия тут просматривается как в в воздушный шарик бросать тяжелые предметы: он будет вытягиваться вниз, отдаляя от горловины кучку предметов, лежащих на дне, заодно и диаметр горловины будет всё меньше. ЧД растет, но и «уходит» всё глубже в складку искривленного пространства, от чего внешнему наблюдателю кажется, что она уменьшается. В конце-концов горловина доходит до околонулевого диаметра и ЧД как бы «исчезает» для внешнего наблюдателя, больше в ЧД не может попасть никакая материя. Горизонт событий ЧД оказывается глубоко под точкой схлопывания горловины. Но гравитация, тем не менее, остается. Это же наводит на мысль о природе темной материи, невидимой, но создающей сильную гравитацию…
beavis88
17.04.2017 12:01Тоже не понял. Выходит все объекты в мире испаряются по этому механизму, не только ЧД и в итоге всё будет заполнено какой-то однородной массой.
lavmax
18.04.2017 11:01Выходит все объекты в мире испаряются по этому механизму
Не у всех объектов есть горизонт событий, а он играет ключевую роль в испарении ЧД.
и в итоге всё будет заполнено какой-то однородной массой
А вот это похоже на правду. Энтропия растет.
arheops
17.04.2017 17:08Потому, что если она не уменьшается, то нарушается закон сохранения ;) А считается, что он НЕ нарушается.
coturnix19
18.04.2017 04:01Это по-моему не лучший ответ, ведь чд не совсем симметрична во времени, а значит нет причин считать что закон сохранения энергии обязан выполнятся.
arheops
18.04.2017 13:28Ну закон сохранения должен как минимум выполнятся «снаружи». Или вам прийдется вводить поправки, которых пока нет. А что делает дыру несимитричной? На горизонте время с течет одинаково же. Пока считается что поле пространства-времени непрерывно.
black_semargl
18.04.2017 14:57Тело может упасть на ЧД, но не может вылететь из ЧД.
Несимметричненько!arheops
18.04.2017 14:59Камень может упасть на землю, но сам не взлетит. Несимитричненько. Фигня это все. Нет прямого запрета на вылет из ЧД. Просто энергии не хватит, ничего нисеметричненького тут нету.
coturnix19
19.04.2017 00:36Если камень идеально упругий, и земля идеально упругая, камень просто отскочит от земли и взлетит назад по той же траектории. Симметричненько (в реальности конечно камни так не делают, потому что они не упругие и разрушаются при падении)
С ч.д. такого фокуса произвести нельзя. И запрет на «вылет из чд» есть, и дело тут не в энергии а в причинной структуре пространства-времени.
coturnix19
19.04.2017 00:33что делает дыру несимитричной? На горизонте время с течет одинаково же.
— наверное я неправильно выразился. Она *не изотропна* во времени (в пространстве тоже, это понятно, но это не проблема). Т.е. у нее есть выделенное направление во времени — будущее. Симметричным является полное решение, черная дыра + предшествующая ей белая дыра. Но полу-решение с белой дырой отбрасывают как «нефизическое», хотя на самом деле просто начальные условия такие. С другой стороны, даже отдельная ч.д. все равно ведет себя так же само как будто до нее там была белая дыра, а значит без разницы. В любом случае, ч.д. не изотропна — для нее есть выделенное направление во времени, поэтому априори утверждение что в ней в целом энергия сохраняется потому что «она обязана» сохранятся — в рамках этой фразы не обосновано.arheops
19.04.2017 00:40так вы тоже неизотропны тогда. ведь у вас нет античеловека до рождения. странный подход.
coturnix19
19.04.2017 02:26Но я же не черная дыра =)) и не задаю законы природы, я им только следую. Хотя, если в рассматривать меня как фон а не как следствие законов то такие новые «законы» будут асимметричны, и вполне возможно что в них закон сохранения энергии не совсем будет верен.
ggrnd0
Я не физик, и единственно о чем я переживаю, что физики переживают из-за процесса, наблюдать и измерить который в ближайшем будущем будет невозможно...
Не говоря уже что исчезновение информации в данном процессе вполне логично, а вот потеря массы ЧД дырой нет...
Кто-нибудь может привести уравнение из которого выходит уменьшение массы ЧД?
arheops
У вас есть ЧД из частиц. Допустим протонов. На границе у вас возникают из флуктаций вакуума частица+античастица. Для упрощения — протон и антипротон(хотя обычно это фотоны низких энергий). Одна частица падает внутрь, другая наружу. Наружу улетает чаще частица с другим зарядом. Тоесть протон(поскольку отталкивается от дыры). Оставшаяся анигилирует, дыра уменьшается.
aliencash
Простите заранее за вопросы дилетантского уровня…
Что такое флуктуации вакуума? Из-за чего вдруг пустота делится на материю и антиматерию?
Почему образовавшиеся на границе горизонта событий, но все же снаружи, частица и античастица не анигилируют сразу? Падение античастицы на ЧД (состоящей из частиц) и отталкивание частицы, следует из того, что электромагнитное взаимодействие слабее гравитационного?
arheops
Вакуум по современным понятиям — не пустота, в нем постоянно появляются и исчезают пары частиц, частицы совершенно разные, но обладают такими свойствами 1) суммарная энергия 0, 2) суммарный момент 0 3)суммарный заряд 0. Свойства следуют из законов сохранения. Поскольку 3), то они тут же притягиваются и исчезают. Но на границе черной дыры некоторый успевают в нее упасть, потому пара — не исчезает. Но большинство тоже анигилируют, как обычно. Падают и частицы, и античастицы. Но поскольку у дыры есть свой заряд, то частицы с таким же зарядом падают просто реже. Статистически. Поскольку вне дыры частицы тоже анигилируют, получаются частицы только с зарядом дыры. Типа перенос заряда.
rusec
Откуда у ЧД свой заряд? Вот сгустилась звезда в ЧД, у звезды протонов/электронов примерно поровну, откуда заряд возьмётся?
Даже если и был какой-то, то он же с каждой притянутой частицей противоположного заряда должен уменьшаться? То есть ЧД довольно быстро станет нейтральной.
Непонятен мне этот момент.
Да и вообще объяснять ненаблюдаемое излучение Хокинга принципиально ненаблюдаемыми парами виртуальных частиц как-то криво. Сколько там ангелов на острие иглы?
arheops
По в современным представлениям у ЧД есть заряд, момент, масса. Собственно отсутвие заряда менее вероятно чем его наличие(поскольку заряд квантуется и 0 всего одно положение среди бесконечности). Притягуются частицы всех зарядов. Даже фотоны же притягиваются. О заряде судят по джетам.
Bal
Существование виртуальных частиц — экспериментальный факт. Самый известный эффект — https://ru.m.wikipedia.org/wiki/Эффект_Казимира
apiksDen
Простите еще за дилетантский вопрос, а с чего вдруг частица с противоположным зарядом к ЧД должна от нее улететь? разве она не притянется под действием силы притяжения?
arheops
Это происходит в зоне, из которой частицы могут улететь(на краю диска). Улететь могут обе, но одна еще и електро-притягивается. Потому шанс больше. Шанс близкий к 0, но их много возникает потому чтото улетает.
apiksDen
А как это происходит? вот образовалась эта пара частиц, они что, сразу двигаются в каком-то направлении после появления?
arheops
А никто не знает как это происходит;) это все концепции виртуальные.
f_ban
А что происходит с частицей, которая не падает В ЧД? Улетает в пространство? Как далеко? Может долететь до другой ЧД или почему она никак в эту не упадет? Частицы запутаны? Сохраняется запутанность после падения одной из частиц в ЧД?
Mitch
При аннигиляции протона и антипротона разве не выделяется энергия?
Как раз в размере мс^2 где м — масса 2х протонов
askv
Внутри ЧД нет материи, только сингулярность.
Neyury
А сингулярность по вашему какая та магическая субстанция а не материя?
askv
Это не материя, это особая точка, при приближении к которой кривизна стремится к бесконечности. Зря заминусовали, в решении Шварцильда тензор энергии-импульса всюду в ноль обращается… понятно, что в реальной ЧД какая-то материя всегда есть, только-что упавшая снаружи.
Gibboustooth
Чтобы дыра уменьшилась, что-то должно её покинуть. Если аннигиляция происходит за горизонтом событий, её продукты не покидают черную дыру. Как в таком случае она уменьшается?
arheops
Это упрощенное описание. Хоккинг считает, что анигилирует частица с отрицательной массой и энергией. Есть ли такая частица или это чтото типа дырки в полупроводниках(которая есть во всех учебниках, но самой ее нет) — не особо важно, поскольку явление или частица осталася за горизонтом. Возможно даже, что дыра таки растет. Мы не можем померять, очень уж неспешно. Если дыра растет, то происходит какойто неизвестный нам компенсирующий закон сохранения процесс за горизонтом, но опять таки, мы этого не узнаем в связи с горизонтом.
Gibboustooth
Насколько я знаю (насколько я слышал), в основе вычисления Хоккинга лежит что-то похожее на динамический эффект Казимира, а не аннигиляция виртуальных частиц с отрицательной энергией.
arheops
Ну ниже ссылка есть же. Как реально происходит — врятли возможно узнать. Может это излучение уменьшает энергию вакуума в пространстве дыры. А не ее массу.
ggrnd0
Скорее энергию вакуума вокруг ЧД…
Так как по факту ни масса, ни энергия, ни просто какая-либо информация не может из нее выбраться…
Меня вот противоречивость ультимативности ЧД и ее испарения смущает…
Либо есть возможность передать информацию наружу, либо она таки только растет...
arheops
Так это излучение несет нулевую информацию, поскольку случайно. Вернее не так. Там частота вроде от массы дыры зависит. Тоесть несет информацию о массе.
ggrnd0
Нет отдельная пара виртуальных частиц не может нести информацию о массе.
Более того, частота их возникновения не зависит от ЧД, только количество падений зависит от площади горизонта, что в общем-то логично...
И случайность процесса не означает нулевую информацию. Есть частица, значит есть и информация.
Другое дело, что информация выражается не квантовым состоянием а только энергией...
Anarions
Процесс больше похож не на передачу чего-то наружу, а на передачу отрицательной массы\энергии во внутрь, поэтому она может уменьшаться, при этом не отдавая ничего наружу.
r00tGER
В этой же статье и обсуждаем, что информация теряется об изначальных частицах. И не может быть там «внутри» никаких протонов. Только сингулярность.
Почему она уменьшается? «Продукты» аннигиляции остаются внутри.
Anarions
Из-за упрощений аналогия стала ошибочной. Более наглядно, на мой взгляд, представить процесс как падение частицы с отрицательной массой\энергией в чёрную дыру, за счёт чего её масса уменьшается.
p_fox
Что значит «частица с ОТРИЦАТЕЛЬНОЙ массой»?
Как действует гравитация на отрицательную массу? Положительную массу притягивает, а отрицательную должна отталкивать? Значит частица никак не может упасть в черную дыру из-за колоссальной гравитации последней.
maslyaev
profesor08
А куда девается энергия после аннигиляции? Она же не исчезает и не покидает черную дыру, E=mc?.
arheops
Это упрощенное обяснение. В реале получаются фотон(причем крайне низкой энергии) и виртуальная частица " с отрицательной энергией".
Dmitry_Dor
Излучение Хокинга
ggrnd0
Замечательно.
Для создания частиц нужна энергия.
В случае падения 1 или обеих частиц в ЧД вакуум должен потерять энергию, а ЧД поглотить.
С какой стати в описании наоборот?
arheops
А вакуум не может потерять энергию. Вакуум — это минимальное состояние энергии(как минимум в этой зоне пространства). Он тут же ее отбирает.
Karpion
ЧД имеет массу. Как сообщил нам Альберт Эйнштейн, любая масса есть энергия (правда, не всегда её можно извлечь — но это частности). Так вот, нергия на создание пары частиц берётся из массы ЧД, и при этом одна из частиц возвращает половину энергии обратно,
barkalov
Karpion
Трудно рассказывать — я отхабрен, заминусовали.
Формулировка простая: E=m*c^2. Т.е. энергия имеет массу.
Другая формулировка: «испарение ЧД». Что как бы намекает, что масса ЧД уменьшается как раз на массу улетающих частиц (фотонов; а в конце жизни ЧД — что-то посущественнее).
barkalov
А, ну в такой формулировке — понятно.
Просто, всё же, энергия берется не на создание пар частиц (они ведь и без ЧД прекрасно возникают). А, тогда уж, можно сказать, на нарушение механизма их самоаннигиляции. В результате чего имеем уменьшение массы ЧД и выжившую частицу снаружи. Ок.
Gibboustooth
Возникают виртуальные частицы. Это не то же самое, что «реальные» частицы.
Gibboustooth
В этом видео подробно объясняется, что, по представлению Хоккинга, происходит: https://www.youtube.com/watch?v=8-WLOI4_pY4