У чёрных дыр должны быть аккреционные диски, с которых в них падает материя, и после пересечения горизонта событий у материи уже не должно быть способа выбраться обратно. Может ли что-то повлиять на этот порядок вещей?
Единожды попав за горизонт событий чёрной дыры, выбраться уже не получится. Нет такой скорости, которая помогла бы выбраться оттуда, для этого не хватит даже скорости света. Но, согласно общей теории относительности, пространство в присутствии массы и энергии искривляется, а слияние чёрных дыр – один из наиболее экстремальных вариантов в природе. Есть ли возможность упасть в ЧД, пересечь горизонт событий, а затем убежать оттуда, пока этот горизонт искажается в результате массивного слияния? Такой вопрос возник у нашего читателя:
Если две ЧД объединятся, возможно ли, чтобы материя, находящаяся внутри горизонта событий одной из ЧД, смогла убежать оттуда? Может ли она убежать и переместиться в другую, более массивную ЧД? А убежать сразу за пределы обоих горизонтов?
Идея, конечно, безумная. Но достаточно ли она безумна, чтобы сработать? Давайте выясним.
Когда время жизни массивной звезды подходит к концу, или при слиянии достаточно массивных останков звёзд, в результате может появиться ЧД. Горизонт событий будет пропорционален её массе, а вокруг неё будет находиться аккреционный диск падающей в неё материи.
Обычно ЧД формируется при коллапсе ядра массивной звезды, происходящем либо после взрыва сверхновой, либо при объединении нейтронных звёзд, или при прямом схлопывании. Насколько мы знаем, каждая ЧД состоит из материи, бывшей ранее частью звезды, поэтому ЧД во многих смыслах – конечная форма звёздных останков. Некоторые ЧД появляются изолированно, иные являются частью двойной системы или даже системы из нескольких звёзд. Со временем ЧД могут не только сблизиться по спирали и слиться, но и поглощать другую материю, падающую внутрь горизонта событий.
В случае шварцшильдовской ЧД падение в неё ведёт к сингулярности и тьме. Неважно, в каком направлении вы будете перемещаться, как сильно ускоряться, и так далее – пересечение горизонта неминуемо ведёт ко встрече с сингулярностью.
Когда что-либо пересекает горизонт событий ЧД снаружи, эта материя оказывается обречена. Всего через несколько секунд она неизбежно встретится с сингулярностью в центре ЧД: в случае не вращающейся ЧД это будет точка, а в случае вращающейся – кольцо. У самой ЧД нет никакой памяти о том, какие в неё упали частицы, и каково было их квантовое состояние. С точки зрения информации остаётся только общая масса, заряд и угловой момент ЧД.
В последние моменты перед слиянием пространство-время вокруг пары ЧД будет искажаться, а материя будет продолжать падать в обе ЧД из окружающего их пространства. Не видно ни одного момента, в который могла бы появиться возможность убежать изнутри горизонта событий наружу.
Тогда можно представит себе ситуацию, когда материя падает в ЧД на последних стадиях слияния, когда ЧД уже готова слиться с другой. Поскольку у ЧД по идее всегда должны быть аккреционные диски, а в межзвёздном пространстве всегда есть летящая куда-нибудь материя, то частицы должны постоянно пересекать горизонт событий. Тут всё понятно, и мы можем рассмотреть частицу, которая только что попала за горизонт событий, в последние моменты перед слиянием.
Может ли она убежать? Может ли она «перепрыгнуть» из одной ЧД в другую? Давайте изучим ситуацию с точки зрения пространства-времени.
Компьютерная симуляция слияния двух ЧД и искажаемого ими пространства-времени. Гравитационные волны испускаются в изобилии, но материя не должна вырваться наружу.
При слиянии двух ЧД само слияние происходит после долгого периода сближения по спирали, во время которого энергия излучается наружу в виде гравитационных волн. Она излучается вплоть до самого последнего момента перед слиянием. Но из-за этого горизонты событий обеих ЧД не сжимаются; эта энергия появляется из-за всё усиливающейся деформации пространства-времени в районе центра масс. Можно представить схожий процесс, в котором бы терялась энергия планеты Меркурий – в результате планета приближалась бы к Солнцу, но от этого свойства Солнца и Меркурия не менялись бы.
Однако в самые последние моменты перед слиянием ЧД горизонты событий начинают искажаться из-за их гравитационного влияния друг на друга. К счастью, специалисты по численным методам теории относительности уже точно подсчитали, как именно это слияние влияет на горизонты событий, и это потрясающе информативный расчёт.
Несмотря на то, что до 5% суммарной массы ЧД до слияния может утечь наружу в виде гравитационных волн, можно заметить, что горизонты событий никогда не сжимаются; между ними появляется связь, они немного искажаются, и потом увеличиваются в объёме. Последний момент важен: если взять две ЧД одинаковой массы, их горизонты событий будут занимать определённый объём. Если слить их и создать одну ЧД двойной массы, то объём, занимаемый горизонтом событий, окажется в четыре раза больше суммарного объёма, который занимали горизонты событий двух ЧД. Масса ЧД прямо пропорциональна её радиусу, а объём пропорционален кубу радиуса.
Мы обнаружили множество ЧД, и у всех у них радиус горизонта событий прямо пропорционален массе. Удвойте массу — удвоится радиус, площадь поверхности горизонта увеличится в четыре раза, а объём – в восемь!
Оказывается, даже если удерживать частицу в неподвижном состоянии внутри ЧД, и сделать так, чтобы она как можно медленнее падала к сингулярности в центре, она всё равно не сможет выбраться из-за горизонта событий. Суммарный объём общего горизонта событий возрастает, а не уменьшается, и вне зависимости от траектории частицы, пересекающей горизонт событий, ей суждено быть навеки проглоченной комбинированной сингулярностью обеих ЧД.
Во многих сценариях столкновений в астрофизике присутствует «выброс» [ejecta], когда материя изнутри объекта вырывается наружу в процессе катаклизма. Но в случае слияния ЧД всё, что было внутри, остаётся внутри; большая часть того, что было снаружи, попадает внутрь; лишь малая часть того, что было снаружи, в принципе может убежать. Если уж что-то упало внутрь, оно обречено, и ничто этого не изменит, чем бы вы ни швырялись в ЧД – даже другой ЧД!
Итан Сигель – астрофизик, популяризатор науки, автор блога Starts With A Bang! Написал книги «За пределами галактики» [Beyond The Galaxy], и «Трекнология: наука Звёздного пути» [Treknology].
Комментарии (68)
cicatrix
02.04.2018 15:51В случае шварцшильдовской ЧД падение в неё ведёт к сингулярности и тьме. Неважно, в каком направлении вы будете перемещаться, как сильно ускоряться, и так далее – пересечение горизонта неминуемо ведёт ко встрече с сингулярностью.
Не совсем так, ведь внутри ЧД могут иметься стабильные (скорость ниже световой) орбиты вокруг сингулярности. В теории, в случае сверхмассивной ЧД можно спокойно жить, трудиться и работать под горизонтом. Выбраться нельзя, да, но падать в сингулярность вовсе не обязательно.
Я так понимаю, вторая космическая должна быть больше световой, чтобы улететь, а первая — вполне может быть ниже.
GennPen
02.04.2018 16:06ведь внутри ЧД могут иметься стабильные (скорость ниже световой) орбиты вокруг сингулярности
На сколько понимаю — нет, чтобы сохранять стабильную орбиту ниже горизонта событий нужна скорость выше скорости света.
Tyusha
02.04.2018 20:25Правильно. Под ГС любое движение возможно только к центру (с уменьшением радиуса).
4erdak
02.04.2018 16:19С точки зрения общепринятых представлений на ГС скорость падающего тела достигает скорости света, и время для обитателей этого тела останавливается, тогда все-что случится после пересечения ГС для них попросту не существует.
artskep
02.04.2018 16:39+1Главный вопрос: в какой системе отсчета?
4erdak
02.04.2018 16:43-4В собственной естественно.
artskep
02.04.2018 17:07+2В «собственной системе» собственное время никогда не останавливается. На то она и «собственная». Теория относительности говорит об относительности разных систем отсчета. Это основа.
4erdak
02.04.2018 17:41-1И вот такие люди меня минусуют…
Если, вы со скоростью света будете лететь к Проксиме центавра, то для ваше СО пройдет не 4,3 года, а 0!!! Надеюсь так понятнее уже? При падении в ЧД для падающего все будет происходить во столько же раз быстрее, как для постороннего наблюдателя медленнее!
Падать в ЧД можно и медленно,
Можно, но тогда вас прийдеться привязать канатом к какой то планете, вращающейся вокруг ЧД еще и поставить на планету двигатель, что бы не унесло.
Если теоретически все это представить и вас к тому же не расстреляет бесконечно посиневшими фотонами и не разорвет приливными силами, тогда я не знаю, может вообще не увидите никакого ГСобытий.cicatrix
02.04.2018 17:52+2Как раз привязывать к планете бесполезно, иначе процесс опускания меня в ЧД для вас растянется на бесконечно долгое время.
Но пересечь ГС можно со скоростью ниже световой, даже не релятивистской. Более того, вся материя, которую чёрные дыры поглощают, попадают в неё со скоростями ниже световой (ибо со световой двигаться не может). Вокруг сверхмассивных ЧД приливные силы вообще практически незаметны, и ничто не предвещает… Сами прикиньте ускорение свободного падения на ГС — никто не гарантирует вам достижения релятивистских скоростей при пересечении.
Victor_koly
02.04.2018 19:43-1Не гарантирует достижение только в том случае, если мы учитываем потерю энергии на излучение. Сначала пробуем учесть грав. излучение (достаточно слабое), но уже на уровне потенциала 3*10^-5 c^2 наши скажем атомы водорода ионизируются и нужно учитывать ЭМ излучение. Можете применить скажем формулу для синхротронного излучения потом — если предположите, по каким траекториям и в каких магнитных полях летит протон или электрон.
4erdak
03.04.2018 00:10Как раз привязывать к планете бесполезно, иначе процесс опускания меня в ЧД для вас растянется на бесконечно долгое время.
Для «нас» да, а вот для тех, что падают нет.
о пересечь ГС можно со скоростью ниже световой, даже не релятивистской
Вы говорите несуразицу, не возможно просто взять и телепортироваться где-то у горизонта для минимизации скорости падения, вы будете падать к ней постепенно с огромного расстояния и очень долго.
Вокруг сверхмассивных ЧД приливные силы вообще практически незаметны, и ничто не предвещает…
Не предвещает чего, неужели тоже куда нибудь телепортируеться и вы считаете это научно?
Сами прикиньте ускорение свободного падения на ГС — никто не гарантирует вам достижения релятивистских скоростей при пересечении.
Тогда это уже априори не горизонт событий, что тогда помешает любому фотону выйти из ЧД, только не рассказывайте сказки про «искривление пространства» я об этом все доходчиво изложил в этом комментарии:
geektimes.ru/post/299493/#comment_10696023
cicatrix
03.04.2018 13:58+1Вы говорите несуразицу, не возможно просто взять и телепортироваться где-то у горизонта для минимизации скорости падения, вы будете падать к ней постепенно с огромного расстояния и очень долго.
Рассмотрите ЧД как просто шар большой массы для начала. Движение в окрестностях этой массы (в том числе по орбите вокруг неё) можно достоверно описать даже при помощи Ньютоновской механики. ТО здесь лишь добавит относительность показаний часов у разных наблюдателей. Для поддержания орбиты ровно на ГС по определению, мне нужна орбитальная скорость, равная световой, если я буду двигаться медленнее её, я уйду под горизонт.
Мне абсолютно не требуется достигать скорости света, чтобы так вот нырнуть. Ваше предположение, что притягиваемое ЧД тело по достижении горизонта событий обязательно достигает скорости света — неверно.Victor_koly
03.04.2018 14:56Уточню пару моментов. Если Вы совсем берете механику Ньютона, то у Вас даже СТО нет? Тогда есть грав. радиус, накотором достигается условие v = c (излучением грав. волн мы пренебрегаем, так как без СТО у нас его не будет).
Отсюда следует, что при учете любого механизма потери энергии (грав. волны, движение поляризованного газа вызывает ЭМ излучение, у нас уже протон сталкивается с протоном и рождает пару нейтронов и т.д.) дейсьтвительно можно достигнуть горизонта событий при скорсоти меньше световой.
Но, в любом случае, моих познаний в ТО не хватает для описания движения тел с релятивистскими скоростями в области существенного изменения метрики (скажем где det g = -1.3 или Tr g = -2.3).cicatrix
03.04.2018 15:17Я всего лишь пытаюсь донести мысль, что мнение, что (см. ниже):
… для падающего в ЧД, который при пересечением ГС ОБЯЗАН достигнуть скорости света...
является полной чушью.4erdak
03.04.2018 16:29Рассмотрите ЧД как просто шар большой массы для начала
Я тоже так люблю делать.
Движение в окрестностях этой массы (в том числе по орбите вокруг неё) можно достоверно описать даже при помощи Ньютоновской механики
Можно, но при условии, что либо тело не движется(то есть силу гравитации уравновешивает какая то другая сила), либо тело движется по окружности точно перпендикулярно вектору действия сил гравитации: v^2/R=GM/R^2. Если же тело свободно падает на ЧД, то ньютоновская механика работает разве что на коротком начальном этапе падения, а вообще в ОТО уравнение имеет вид:
Я всего лишь пытаюсь донести мысль, что мнение, что (см. ниже): является полной чушью.
Полной чушью является, то что у вас тело всплывает не с того ни с сего у горизонта событий, а то как оно туда попало вы игнорируете, но если в вашем воображении такое возможно, то в нем должна быть и возможность того, что горизонт событий для этого тела, совершившего телепортацию, должен сместиться от теоретического на то место где скорость падения(она же вторая космическая) будет v=c.
artskep
02.04.2018 20:41+1Еще раз — в моей системе отсчета 1 секунда равна 1 секунде. И ничего более.
ТО (любая из них) говорит только о том, чему «моя» секунда будет равна для стороннего наблюдателя, и чему «его» секудна будет равна для меня. И да, они могут быть разными из-за разных скоростей/ускорений.
О том как меня будут расстреливать фотоны, какие будут действовать приливные силы и прочее — это никак не связано со временем в моей системе отсчета. Это другая тема про которую вам уже отдельно рассказывают. Для того, чтобы быть спаленным радиацией или быть разорванным приливными силами не обязательно привлекать ТО, кстати. Хватануть радиации можно и на Земле, кстати.4erdak
03.04.2018 00:24Начнем сначала, вы написали следуйще:
«собственной системе» собственное время никогда не останавливается. На то она и «собственная». Теория относительности говорит об относительности разных систем отсчета. Это основа.
Так и есть, по отношению ко времени на корабле при движению со скоростью например в 259627884.49м/c секунд на корабле пройдет в 2 раза меньше, чем по часам неподвижного наблюдателя, а при гипотетическом достижении скорости света, секунд будет — 0, как вам это не понятно?
О том как меня будут расстреливать фотоны, какие будут действовать приливные силы и прочее — это никак не связано со временем в моей системе отсчета.
Я вроде и не вам отвечал.
cicatrix
02.04.2018 17:07+1Падать в ЧД можно и медленно, субъективно, для того, кто падает, пересечение ГС проходит в конечный промежуток времени, зато в момент пересечения, он последним взглядом может увидеть grande finale вселенной в отдалённом будущем.
Для стороннего наблюдателя, он будет падать вечно, вернее, остановится на ГС, затем длина ЭМ волн, отражающихся от падающего будет сдвигаться в красную сторону, пока он просто не «растворится» (по мере усиления красного смещения).
CaptainFlint
02.04.2018 20:46А вот тут, кстати, интересный вопрос возникает. Если попаданец перед попаданием увидит grande finale Вселенной, то неизбежной составной частью этого finale будет испарение той самой ЧД, в которую он так хочет (или не хочет) попасть, так что попадать оказывается некуда. В предположении сценария тепловой смерти, разумеется.
artskep
02.04.2018 20:58Испарение ЧД еще та шутка. Но…
Если финал это «большой разрыв», то наблюдать как бы и нечего — чего испарилось уже обратно не вернется.
Если тепловая смерть или сжатие, то излучение вернется в виде излучения рано или поздно. «Теплого и лампового», т.к. излучение черного тела, если Хокинг не врет. Пока не станет совсем жарко…
Victor_koly
02.04.2018 17:33-1Скорость падающего достигает световой — это вообще без ТО. Можете попробовать честно записать уравнение геодезических для метрики Шварцшильда. Правда вместо скорости Вы получите такие важные компоннеты 4-скорости:
u0 = gamma; u1 = v1*gamma (что-то вроде такого, в ОТО это не совсем работает); u2,3.
Я тут безразмерные величины взял. В какой-то момент компонента u1 превышает скорость света, ну и за счет сложной траектории активно излучает энергию грав. волн. Правда часть этой энергии может пойти «под горизонт» и это будет интересный случай.Tyusha
02.04.2018 20:20То, что вы знаете, что такое 4-скорость — хорошо. Но всё остальное в комментарии очень плохо.
MetromDouble
02.04.2018 21:06Стабильные орбиты вокруг ЧД заканчиваются задолго до горизонта событий. На расстоянии 1,5 радиуса ЧД от сингулярности кораблю нужно двигаться со скоростью света, чтобы удержаться на орбите
u010602
03.04.2018 03:20Не думаю что достоверно известно, какая физика внутри ЧД. Есть ли там вообще сингулярность внутри, или горизонт это все что есть. Не известно как там внутри движется время. А значит не известно как там происходят взаимодействия, и происходят ли вообще. Кругом сплошные нули, бесконечности и скорости света. А это скорее всего значит, что теория не рассчитана на такие условия и просто выплевывает крайние значения.
Если например представить ЧД на плоскости. Вот у нас есть шарики конечной массы, они стекаются в одну точку, и в определенный момент рвут резиновое полотно и начинают падать. Если они будут падать с огромной скоростью, то время для них замедлится, а линейные скорости останутся очень мелкими, по сравнению со скоростью падения. И они могут ни когда больше не прореагировать между собой. При этом мы не знаем как ведет себя само пространство внутри ЧД. Может оно внутри ЧД расширяется и расширяется быстрее чем скорость сближения материи. Еще больше уменьшая шанс столкнуться двум частицам.
Более того мы даже не знаем, как происходит пересечение горизонта событий. По идее там могут по орбите летать на световых и около световых скоростях и фотоны и массивные частицы. При этом количество фотонов может быть огромным, ведь они по сути зациклены и ни когда не будут излучены. Можно представить что там по сути сфера сверхмощного лазера. Поместить целостное тело под горизонт может быть не возможно например из-за этого.
П.С. я не физик и на истинность не претендую. Исключительно мое понимание текущего состояния теорий.
4erdak
02.04.2018 16:14Есть ли возможность упасть в ЧД, пересечь горизонт событий, а затем убежать оттуда, пока этот горизонт искажается в результате массивного слияния? Такой вопрос возник у нашего читателя:
Читатели задают абсолютно не те вопросы, лучше бы «спросили Итона», какой скорости и энергии достигнет тело на момент пересечения ГС, падая с такого то расстояния «R» от ГС, самый элементарный вопрос физики на, который еще не ответил не один Итон, хотя для меня ответ на него очевиден как день, что при падении с любого расстояния тело никогда не достигнет «с», но так как скорость падения с бесконечности=скорости вылета на бесконечность(правда, что бы достигнуть скорости вылета, еще нужно преодолеть силу притяжения, по этому скорость падения более репрезентативна в этом случае, чем скорость вылета).
Тогда вторую космическую скорость можно найти из этой формулы:
habrastorage.org/getpro/geektimes/conversation/b8d/f41/89d/b8df4189db51ce408186b85035d1b9ba.gif
Из этого следует, что при Tg=0, v=c, а это не возможно по этому абсолютного ГС нет.
Несмотря на то, что до 5% суммарной массы ЧД до слияния может утечь наружу в виде гравитационных волн,
Вообще то в энергию гравитационных волн превращается кинетическая энергия сливающихся ЧД, а не масса, но так как во время слияния ЧД достигают релятивистских скоростей, то четкой границей между массой и энергией там нет.
Если уж что-то упало внутрь, оно обречено, и ничто этого не изменит, чем бы вы ни швырялись в ЧД – даже другой ЧД!
Ну да, а потом окажется, что джет вырывается изнутри ЧДыр, вот хотелось бы посмотреть на лица тех ученых, которые первые это поймут.
surVrus
02.04.2018 19:20-2Наверное точнее было бы говорить про гипотетические модели «черных дыр».
В МОДЕЛИ реальности может быть все, что угодно.
Поэтому ответ всегда «да».
Зачем столько сложностей?artskep
02.04.2018 21:10Вы видели свои уши? Без зеркала/камеры?
Если вы не отыгрывали Ван Гога всерьез, то, скорее всего, нет. Но, я полагаю, вы вполне уверены в том, что они есть и даже как они выглядят.
Моделей в науке есть много и разных. И есть научный подход, которому следуют, когда говорят о научности какой-то модели. Можете поинтересоваться.
ЕМНИП, ЧД на данный момент является неплохо экспериментально подтвержденной теорией. Это почти так же уверенно, как вы уверены в наличие у себя ушей (ну, или отсутствие оных, если вам не повезло).4erdak
02.04.2018 23:51Про какие «эксперименты» или астрономические наблюдения идет речь, ссылки в студию.
По моему вы выдаете втираемое, за действительное.
spaceoberon
03.04.2018 15:03Вы знаете, наличие у вас ушей, точнее, знание об их существовании, происходит таки из физического взаимодействия с ними. Когда вы родились, вы слышали, но вряд ли понимали, что это из-за наличия ушей. И не потому, что еще соображали плохо. О наличии у вас ушей вы, скорее всего, узнали, когда потрогали их руками или зацепились ими за что-нибудь. То есть, поставили физический эксперимент на их наличие. А так вы будете только знать, что вы слышите, а есть у вас уши или нет, знать не будете.
По ЧД пока эксперимент на наличие есть только попытка уловить энергию, исходящую от них в процессе взаимодействия с окружающим пространством и еще поглощение света в виде гравитационной линзы. Насколько знаю, успешные эксперименты по существованию ЧД уже есть. Остальное пока теория.
potan
02.04.2018 20:40Возникшая структура сложной формы, прежде чем превратиться в шар, должна как-то врящаться. То есть какие-то области могут выходить из-под горизанта, даже если объем все время растет. В модели эта возможность учитывается?
artskep
02.04.2018 21:03Горизонт — не физический объект, чтобы из-за его «вращения» или чего-то еще можно было бы его пересечь.
Это по определению поверхность из-за которой ничего не может выйти. Математическая абстракция.Victor_koly
02.04.2018 22:05Из-за вращения ЧД просто меняется форма горизонта. Но так как ЧД не вращается как твердое тело, то форму горизонта посчитать не смогу видимо.
И, на всякий случай, выскажу мнение. Выйти из под горизонта мы не можем в консервативном гравитационном поле (dU/dt=0). Даже поле тех самых в ЧД с вращением вокруг центра масс не будет консервативным (см. выше — не смогли мы создать ЧТТ), но на практике поле будет только расти (за счет сближения 2 ЧД).
Хотя последнее утверждение ещё доказать нужно — может ли ЧД испустить 1% своей массы в виде энергии за время уменьшения радиуса орбиты на 1%?
4erdak
03.04.2018 00:29Если это " Математическая абстракция.", то это не имеет ничего общего с физикой, физическим условием существования горизонта событий, является — «0 время», которое не может быть — 0, как не может тело имеющее масу достигнуть скорости света, а так и будет в собственной системе отсчета падающего в ЧД тела, что уже нарушает главный постулат СТО о недостижимости скорости света.
Rikkitik
03.04.2018 21:24Если верить Хокингу, то горизонта событий как границы может вообще не существовать, а нуль-время соответствует точке сингулярности, которой частицы не успевают (из-за искривления пространства) достичь до момента испарения ЧД. Вместо горизонта событий Хокинг предлагает рассматривать «кажущийся горизонт» (Apparent Horizon).
Zmiy666
02.04.2018 21:44А черные дыры всегда сближаются по спирали? Нет понятно, что они цепляют друг друга и начинают подтягиваться понемногу. Но вот что будете если они просто совершат лобовое столкновение да еще и на приличной скорости типа просто движутся навстречу друг другу из разных частей вселенной и сталкиваются с точностью в метр? Какие процессы будут происходить тогда? Или подобное в принципе невозможно?
Seregaalex
03.04.2018 00:50Не бывает. Все вокруг чего-то вращается. Посмотрите на траекторию ракеты взлетающей вертикально в вверх земли/ летящей к Марсу.
DrZlodberg
03.04.2018 08:30Что мешает столкнуться 2м ЧД, вращающимся вокруг центра галактики на дальних орбитах? Для ЧД это может вполне оказаться «лобовым» столкновением. Ну и выброшенные из 2х разных галактик (теоретически) тоже вполне могут столкнуться (о чём и был вопрос, как я понимаю). Хотя вероятность такого, конечно, так себе…
Seregaalex
03.04.2018 09:30Где то здесь, кажется, может даже у Итана был вопрос, почему двойные планетарные системы встречаются так редко/ не встречаются ( точно не помню). Там было много хороших расчетов, которые говорили, что они обязательно разбегутся по разным орбитам. Это был разговор, про систему вращающуюся вокруг общего центра масс, и одновременно вокруг звёзды. Думаю если на одной орбите будут две планеты, гипотетически вращающиеся с одинаковой скоростью и в одинаковой плоскости, то система будет ещё более нестабильна. А уж вращаться навстречу друг другу, они точно не могут, потому что должны были образоваться из одного диска, который в какую то сторону уже вращался.
DrZlodberg
03.04.2018 10:00Вы, похоже, не поняли. Речь не связанной системе, а о 2х свободно перемещающихся ЧД. Для них таких ограничений нет. И проблем в их существовании тоже. Как, собственно, нет особых проблем и в возможности столкновения отдельных звёзд. Подозреваю, что при столкновении галактик это может происходить даже не так уж и редко, однако вполне возможно и в пределах одной галактики.
Victor_koly
04.04.2018 21:59Ну чисто теоретически, столкновение звезд может произойти. Только вот может быть проблема с тем, что скажем при прицельном параметре 0.1 св. лет скорость столкновения звезд будет скажем 400 км/с. В результате они конечно захватят друг-друга в двойную систему (хотя на самом деле, параметр нужен куда меньше при такой скорости и приведенной массе скажем 1*10^30 кг), но получится просто двойная звезда с большой полуосью 1 св. год (например) и малой — 0.1. А упасть на центр — сложная задача, если у нас задача 2 тел без учета взаимодействия скажем магнитосфер звезд.
DrZlodberg
05.04.2018 08:25Ну в изначальном комментарии вопрос был про ЧД, а там всё будет немного по другому.
Victor_koly
03.04.2018 10:57Если Вы о планетах в системе двойных звезд, то встречаются весьма часто. В теории при 2 конкретных массах звзед есть диапазоны расстояний между ними, при которых выполняются 3 варианта:
1. Вращение планеты сразу вокруг 2 звезд.
2. Образование планеты невозможно.
3. Вращение планеты вокруг одной из 2 звезд.
Если что — и в системе из 4 звезд планету находили.
«одной орбите будут две планеты» — такого случая не помню, но может где-то и упоминалось.
По поводу 2 ЧД — в масштабах Галактики все звезды вращаются в одну сторону, так что «столкновения на скорости 440 км/с» для 2 звездных систем ждать не стоит.
В качестве экзотики — находили планету в системе из белого карлика и нейтронной звезды, но там наверное миллиардов лет не хватит на то, чтобы по причине гравивол скажем столкнулись 2 звезды, пройдя на расстоянии захвата планеты соседней звездой или разрыва на кусочки приливной силой.Seregaalex
03.04.2018 11:05Спасибо, интересно. Сойдёмся на том, что лобовое столкновение ч/д весьма маловероятно. Интересно было бы такое понаблюдать, издалека.
Victor_koly
03.04.2018 12:23Для меня даже механизмы образования системы из 2 пульсаров не совсем понятны (условно говоря — почему взрыв сверхновой для образования НЗ №1 не сбрасывает со звезды №2 так много массы, чтобы она не падала по массе ниже предела Чандрасекара?). Или как раз давление взрыва звезды №1 превышает в звзеде №2 давление вырожденного газа электронов и «продавливает» её форму до расстояния несколько десятков км от центра масс потенциального белого карлика?
Но такие двойные пульсары давно известны, оценивались потери на грав. волны (совпадающие с теоретическими моделями ОТО), а теперь — и непосредственно обнаружены грав. волны.
P.S. Если что, последняя картинка (данные LIGO/VIRGO о массах ЧД) может иметь большие проблемы с ответом на вопрос «А как вообще образовались ЧД такой массы?», не говоря уже об образовании «где-то рядом друг с другом». 30 масс Солнца (случай №1, одна из базовых ЧД) — коллапс сверх-сверхгиганта или подобно случаям №2-5 было перед этим слияние ЧД обычных масс?
DrZlodberg
05.04.2018 08:42Как писал выше — вполне случаются столкновения галактик, при котором взаимная скорость может быть весьма большой.
2. ЧД, выброшенная из звёздного скопления может иметь приличную скорость, хотя и сложно оценить порядок.
3. Блуждающая чд, прилетевшая из другой галактики (выброшенная, например, при столкновении.
Вероятность мизерная, но она есть.Victor_koly
05.04.2018 09:59Если что, условную величину 440 км/с я брал как вероятность лобового столкновения Солнечной системы с другой галактикой, в которой звезда летит с той же величиной скорости (вокруг центра галактики) и строго противоположном направлении.
Для ЧД действительно «немного по другому», но на масштабе расстояний много больше грав. радиуса ЧД по идее теория гравитации Ньютона является неплохим приближением. А так как столкновение на расстоянии 1 млрд. км куда более вероятно, чем 200 млн. км, то все эффекты ОТО можно считать очень слабыми.
Проблема в том, что кроме условия «пролететь 2 звездам рядом» есть ещё условие «иметь скорость ниже 2й космической». А для его реализации (при указанной огромной скорости) нужно куда-то «потерять» угловой момент.
По идее, при скорости 440 км/с необходим пролет на расстоянии порядка
1 а. е. * (30/440)^2 = 695 000 км (чуть больше диаметра орбиты Луны). Причем в том смысле, что на этих 700к км скорость не должна вырасти до больших величин за счет сохранения углового момента.DrZlodberg
05.04.2018 11:08Да это всё понятно. Ещё раз напомню, что первоначальный комментарий (не мой) был о том, вопросом о том, что будет при лобовом столкновении. Т.е. без грав захвата, сразу. Кстати в этом случае скорость удара будет ещё больше, т.к. они изрядно ускорятся при подлёте.
Victor_koly
05.04.2018 11:43Значит условно берем, что «прицельный параметр» должен быть не больше, чем Rg1+Rg2 пары ЧД. И понятие «скорость удара» на момент создание общего горизонта тогда будет величиной релятивистской конечно.
И там уже понятно, что условия будут не те, что я предлагал (расстояние между звездами свыше 200 000 грав. радиусов в случае из коммента выше, если звезды порядка массы Солнца, а не ЧД). Упс, у меня расстояние меньше диаметра Солнца было, нужно хотя бы нейтронные звезды было представить.
Antern
05.04.2018 11:51Почему же не бывает? Крайне маловероятно — да, но где здесь принципиальная невозможность? Попросту, допустим, как со сферическим конем, что навстречу друг другу с относительными релятивистскими скоростями приближаются две ЧД. Правда, всё указывает на точно такой же скучный «бульк», как в видео из статьи.
sotnikdv
02.04.2018 22:19Суммарный объём общего горизонта событий возрастает, а не уменьшается, и вне зависимости от траектории частицы, пересекающей горизонт событий, ей суждено быть навеки проглоченной комбинированной сингулярностью обеих ЧД
Аргумент по-моему очень слабый. Что-бы частице уйти из за горизонта событий, обьем ей не важен, ей важно положение относительно этого горизонта событий. Предположим есть шар горизонта событий. В момент слияния он очень сильно увеличивается с одной стороны и становится меньше с другой. Бинго! Внезапно обьем горизонта событий стал больше, зато где-то граница горизонта событий переместилась, для частицы это эквивалент того, что горизонт событий стал меньше.
Смена геометрической формы горизонта событий по идее эквивалентна просто движению ЧД в пространстве. Смотреть нужно на движущуюся ЧД вообще, может ли частица вырваться из ЧД, если ЧД движется со скоростью света, а частица движется со скоростью света в противоположном направлении.
Второй аргумент, испарение ЧД, ведь горизонт событий становится меньше. Вылетит ли частица?
Так что ИМХО Итан ответил некорректно.Victor_koly
02.04.2018 23:08По поводу именно горизонта возникла такая идея. Если работает идея, что энтропия ЧД пропорциональна площади горизонта, то площадь падать не может. Тогда выходит, что падать не сможет не только объем, но и площадь сингулярности.
По вопросу испарения — тут я вынужден предположить, что «испаряющиеся» частицы создают ещё больше энтропии, чем «теряет» горизонт от уменьшения энергии внутри ЧД.
wych-elm
03.04.2018 15:36+1Горизонт событий определяется массой материи внутри этого горизонта (т.е. теми самими частицами), его форма — структурой материи внутри него. И если меняется форма и положение горизонта, это значит что соответственно меняется и распределение массы внутри (положение частиц). Горизонт уходит — значит соответственно уходят и частицы внутри него. Поэтому, нет — никакие изменение горизонта не позволят уйти из него частицам этот горизонт и формирующим (своей массой).
Seregaalex
03.04.2018 00:36У материи есть несколько СЕКУНД!? после перехода горизонта событий прежде чем она встретится с сингулярностью? Я что-то сомневаюсь что там секунды, во-первых смотря откуда смотреть, во-вторых размеры черных дыр ну очень разные, и если я, так понимаю, это время получено путем деления радиуса на скорость света, то все равно странно называть просто время несколько секунд. Ну и в-третьих, не так уж этот процесс хорошо изучены, чтобы так это утверждать.
dTex
03.04.2018 10:59интересно, одни говорят, что не заметишь прохода горизонта событий, другие, что за горизонтом нет траекторий, не проходящих через сингулярность, т.е. вся физика и химия обьекта должны точно поломаться, т.е. Вселенная не может быть внутри чд. По идее не может плотность уходить в бесконечность, должен быть какой-то предел, после которого, то, что формирует массу, должно куда-то выдать накопленную энергию. Так же как температура не может быть бесконечной. Из-за того, что для внешнего наблюдателя время объектов, летящих к горизонту событий, замедляется и в конце концов почти останавливается, наверно, логично предположить, что собственное время этих падающих на гс объектов теряет синхронизацию с временем остальной вселенной, т.е. с определённого момента уже нельзя будет соотнести события упавшего объекта и события внешней вселенной. Может это из-за того, что время меняется местами с пространственной координатой, было бы, наверно красиво. Может одна временная координата сворачивается и разворачивается другая. Естественно, упавший за горизонт обьект, перестаёт существовать, как целое, но должна остаться какая-то база — "энергия", которая концентрировалась до определенного предела, а затем развернулась в новую инфляцию и Большой взрыв. Можно предположить, что энергии в новой вселенной будет меньше, чем в предыдущей, и возможно там будет меньше разнообразие явлений и процессов, но возможно энергия эта может дробиться до бесконечности и конкретный размер " пикселя" зависит от размеров чд, и "разрешение" всех появляющихся вселенных одинаково. Как при увеличении фрактального узора, возникает повторяющаяся не менее сложная структура, так и тут. Вот, и тут происходит столкновение двух чд. Пусть там и возникает общий горизонт, но наверно слиться полностью они не смогут, даже если сингулярности существуют, наверно тут должно возникнуть, что-то вроде мультивселенной — две соседние вселенные, но они не будут согласованы, т.е. "пиксель" в одной вселенной, может быть 1,(23) пикселя в другой. Наверно, взаимодействовать они не смогут. Спасибо за внимание, сорри за простыню)
SpiridonovAA
03.04.2018 12:43Согласно ОТО мы вообще никогда не увидим, как сливаются две ЧД, так как при приближении одной ЧД к горизонту другой внешний наблюдатель увидит, как ЧД все больше замедляется на на самом горизонте вообще останавливается
4erdak
03.04.2018 12:47интересно, одни говорят, что не заметишь прохода горизонта событий, другие, что за горизонтом нет траекторий, не проходящих через сингулярность
Тут 90% не понимают, что такое горизонт событий, или по крайней мере то, что имеет право называться горизонтом событий. В физическом смысле это «0 — время», для внешнего наблюдателя оно бесконечно растягивается, а для падающего в ЧД, который при пересечением ГС ОБЯЗАН достигнуть скорости света, для него время бесконечно сокращаться до 0, в итоге ни для падающего ни для наблюдателя НЕ СУЩЕСТВУЕТ событий за горизонтом событий, и если в сингулярности он умрет, то эта смерть наступить уже на горизонте событий, так как временного интервала между пересечением ГС и падением в сингулярность нет.
По идее не может плотность уходить в бесконечность, должен быть какой-то предел, после которого, то, что формирует массу, должно куда-то выдать накопленную энергию. Так же как температура не может быть бесконечной.
Вообще сама суть гравитационного коллапса сводится, к тому, что чем больше массы сжимаете в единице объема тем медленнее в этом объеме идет время, но так как энергия как сущность вертится вокруг времени являясь его функцией, то полная энергия в этом объеме растет обратно пропорционально замедлению времени. И если гравитационный коллапс заканчивается например в среднем на отметке Tg=0,5 по объему, то полная энергия удваивается превращается по цепочке в кинетическую-тепловую-излучение и выходит наружу с гравитационным красным смещением z+1=2, а то что остается уже имеет энергию массы покоя по отношению к удаленному наблюдателю как мс^2*Tg + модуль отрицательной энергии=мс^2*Tg-мс^2 Из этого ясно, что энергия такое же относительное и даже в некотором роде субъективно явление как и время.
Victor_koly
03.04.2018 13:55Субъективность энергии и времени хорошо показывает фотон. От так сказать «тратит энергию» на уход из области большего грав. потенциала, но согласно формуле E = h*nu энергия эквивалентна частоте, то есть скорости колебания ЭМ поля. А если брать за достаточное прилижение постулат СТО, то фотон не может «узнать» о том, какая там гравитация «мешает» ему двигаться — его поле описывается решением уравнений Максвелла в текущей точке траектории.
Но не бойтесь, если любой атом действительно упадет на сферу Шварцшильда, то разница грав. потенциалов даже электроны оторвет от ядра атома водорода. А уж Ваше хрупкое тело разорвется куда раньше, чем кубик аллюминия с ребром 200.0 нм.
BlackOne
03.04.2018 15:29Интересно мнение сообщества по такому вопросу: Возможна ли ситуация когда 2 одинаковые ЧД расходятся друг с другом на расстоянии 99% диаметра горизонта событий? (иными словами в определенный момент горизонты событий сливаются, но само «ядро ЧД» проходит на существенном расстоянии от горизонта событий встречной ЧД и затем горизонты событий снова разделяются). Если такое возможно — как это повлияет на общую площадь горизонтов событий системы 2х ЧД? И не приведет ли данная ситуация к «побегу» материи?
Victor_koly
03.04.2018 17:39Совсем классическая модель — равенство потенциальной и кинетической энергии частицы (тут нужно понять мелось — как записать в СТО пот. энергию тела, движущегося на релятивистской скорости относительно източников гравитации).
У 2 масса есть эквипотенциальная поверхность такого типа:
случай электрических зарядов.
Так вот, потенциал в точке строго между между 2 одинаковыми ЧД (массой по M и расстоянием между ними d = 2R) будет описываться величиной типа
|U| = GM/R + GM/R, в то время как потенциал одной ЧД будет
|U| = GM/R — в 2 раза меньше.
Значит при слиянии 2 ЧД возникнет такое «выпячивание» сингулярностей на встречу друг другу, так как кроме необходимости преодолеть энергию «отрыва» от первой ЧД каждому фотону нужно будет дополнительно потратить энергию на потенциал ЧД №2.
Но конкретно при условии d > 2R будет где-то между ЧД область, из которой свет сможет вырваться (если его не направить прямо на сингулярности).
u010602
03.04.2018 18:13А что если две дыры не просто падают друг в друга, а линейно сближаются и отдаляются при помощи внешних сил, которые оставим за кадром. Таким образом форма ГС будет меняться, выпячиваться у обоих ЧД. И возможно можно достичь резонанса колебаний, и вызвать отрыв кончика.
Victor_koly
03.04.2018 20:48При любых силах, даже внешних, ЧД будут испытывать действие принципа эквивалентности. Но если Вы очень аккуратно рассчитаете траекторию и не возникнет общей сингулярности (см. #comment_10701549), то потом эта неведомая сила сможет раздвинуть 2 ЧД и площадь горизонта уменьшится.
P.S. Все мои замечания про энтропию — из нефальсифицируемых гипотез физики. Но идея о росте объема сингулярности вполне логична для слияния ЧД.
Arqwer
05.04.2018 00:29Я ничего не знаю про ЧД, но в статье пишут что заряд сохраняется. Может ли тогда быть такое, что ЧД настолько сильно заряжена отрицательно, что электрон, который будет лететь в сторону такой ЧД от неё будет отталкиваться за счёт электрической силы, не смотря на гравитационное притяжение?
И если да, то можно наверное подобрать заряд ЧД так, чтобы гравитационное притяжение было равно электрическому отталкиванию для электрона, и тогда сумма сил окажется равной нулю, и электрон спокойно сможет войти и выйти из ГС.
Или что-то фундаментальное не позволит иметь настолько заряженную ЧД?
Shkaff
05.04.2018 09:37Для одиночного электрона, скорее, не получится.
Тем не менее, в чем-то вы правы, заряд ЧД отчасти компенсирует ее гравитацию, и если заряд велик, ЧД может вообще не сформироваться, так как вещество расталкивается электрическим взаимодействием сильнее, чем притягивается гравитационно.
А так как разница в электромагнитной и гравитационной силах очень велика, даже относительно небольшого заряда хватит, чтобы не дать ЧД сформироваться.
Если она таки сформировалась, ее заряд будет невелик.
Кроме того, этот небольшой заряд будет компенсироваться поглощением ионов вещества, так что в итоге его почти не останется.
В любом случае, если ЧД сформировалась, ее заряд "размазан" по горизонту событий, так что для приближающейся частицы ЧД как заряженная сфера. Более того, сам размер горизонта событий учитывает заряд ЧД, так что если уж частица пересекла его — выхода обратно не будет.
В общем, если кратко: если заряд настолько велик, что будет отталкивать электрон на большом расстоянии сильнее, чем гравитация, то вещество ЧД должно отталкивать само себя гораздо сильнее — на близком расстоянии, и ЧД не будет сформирована вообще. А если ЧД сформирована, ее заряд будет слишком мал, чтобы произвести эффект.
Pshir
Всё-таки, потрясающая способность У Итана Сигеля — вместо простого ответа «нет, вот результаты численного моделирования, даже видео есть» обязательно написать перед этим несколько абзацев совершенно не по делу.
Anton_Valeryevich
«Краткость — сестра таланта» — не тот случай.