Евгений Киселев (doctor_notes) wrote,
Евгений Киселев
doctor_notes

Categories:

Провалиться под горизонт.

Есть знаменитый парадокс, связанный с падением в черную дыру.

В баталии по поводу этого парадокса были вовлечены Хокинг, Сасскинд, Торн, Т'Хоофт, куча других светил теорфизики.
Собственно, баталии и сейчас не утихают.

Выглядит этот парадокс таким образом.

Если взять неразрушимого наблюдателя и скинуть его в (для простоты) невращающуюся/незаряженную черную дыру, то его судьба будет не только печальной, но и довольно странной.
С точки зрения внешнего наблюдателя (по научному - в метрике Шварцшильда) дырконавт по мере приближения к горизонту событий будет всё замедлять и замедлять свое движение, и никогда за конечное время горизонт не пересечет. При этом излучение Хокинга для него будет становиться всё интенсивнее и горячее, что в конце концов испепелило бы дырконавта, не будь он у нас неразрушаемым.

С другой стороны, с точки зрения самого дырконавта (по научному - в метрике Леметра), он преспокойно пересечет горизонт, не заметив никакого (для придир: почти) хокинговского излучения, после чего т.н. "сигнатура метрики" поменяется, и радиальная координата станет временной. Затем он продолжит движение к центральной сингулярности, которое для него теперь будет являться движением не в пространстве, а во времени, в будущее.

Есть и более хитрые способы введения систем отсчета, позволяющие рассмотреть пересечение горизонта, смену сигнатуры и продолжение движения под ним (например, координаты Крускала), но сути изложенного они не меняют: в системе отсчета внешнего наблюдателя дырконавт приближается снаружи к горизонту, никогда не пересекая его, и сгорает в огне излучения Хокинга, а в своей собственной системе отсчета проваливается под горизонт (и унося с собой информацию!), не замечая никакого излучения, и продолжает падать к центру, сменив радиус на время.

Это я сейчас изложил официальную точку зрения современной науки.

Теперь надо сделать небольшое отступление.
----------------------------------------------------
У schegloff есть чудесная серия постов "Черные дыры, вокруг и около".
В частности, там он очень точно подчеркивает разницу между идеями, с которыми работает физик-теоретик, и метафорами, которые он использует для популяризации этих идей. И замечает, что делать выводы из идей можно, если они подкрепляются математикой, а из метафор - нельзя.

Соглашаясь с ним в целом по этому поводу, хочу, однако, заметить, что от метафор есть всё же польза и для ученого. Удачная метафора даёт ученому повод задуматься: "а вдруг это нечно большее, чем просто метафора, и может превратиться во вполне удачную идею с соответствующей математикой?"

Так вот, всё нижеизложенное я отношу к этой категории: некие рассуждения, не являющиеся наукой в нормальном смысле, но вполне способные послужить поводом для размышлений и, главное, вычислений.

------------------------------------------------------
Идея заключается в следующем.

Во всех этих метриках гравитационный радиус, он же радиус Шварцшильда входит как постоянный параметр. То есть черная дыра считается неизменной. А так ли это?

Снова берем нашего неразрушимого дырконавта, невращающуюся/незаряженную ЧД и вселенную без микроволнового фона (или с достаточно остывшим фоном).

В СО внешнего наблюдателя (метрика Шварцшильда) дырконавт не достигает горизонта за конечное время.

В то же время черная дыра за счет хокинговского излучения исчезает за большое, но конечное время.

Таким образом, для внешнего наблюдателя за конечное время ЧД исчезает вместе с дырконавтом, так и не пересекшим горизонт событий.

Подчеркнём: в системе отсчета внешнего наблюдателя дырконавт никогда не пересечет горизонт вплоть до исчезновения черной дыры.

Как же быть с системой отсчета дырконавта? В ней же он спокойно пролетает горизонт, не замечая его?

Тут надо заметить, что так же как для внешнего наблюдателя замедляется темп времени дырконавта, точно так же для дырконавта ускоряется темп времени во внешней вселенной по мере приближения к горизонту.
/Тут следует популярный образ дырконавта, перед которым за конечное время прокручивается, как кино, вся история вселенной до бесконечности. Для черной дыры (с фиксированным гравитационным радиусом!) это является некоторым упрощением, так как не все фотоны вселенной догонят падающего дырконавта. Но то, что за конечное время в системе отсчета дырконавта пройдет бесконечное время в окружающей вселенной, вроде бы никем не оспаривается.

Что видит дырконавт?

Окружающую вселенную, содержащую всё большую часть массы черной дыры, в которую он падает. Улетевшую из черной дыры вместе с излучением Хокинга.

И еще до пересечения горизонта вокруг него будет вселенная, в которую черная дыра, куда он падает, испарилась полностью.

Для него масса оставшейся черной дыры асимптотически уменьшается по мере приближения к горизонту.

То есть дырконавт продолжает падать к центральной сингулярности, но не пересекая горизонт, а вместе с ним.

Собственно, в этом и заключается весь пойнт этого мемуара: при падении в черную дыру горизонт пересечь нельзя. К сингулярности можно упасть лишь вместе с ним. И центральная сингулярность в этом случае имеет простой физический смысл: это момент исчезновения черной дыры в будущем.

И раз ничего не проваливается под горизонт, то и информационный парадокс исчезает: всё испаряется над горизонтом, не проваливаясь внутрь.

И голографический принцип, придуманный для соответствия горизонта и центральной сингулярности не нужен.

И не надо вывихивать мозг сменой сигнатуры метрики (меняю пространство на время по хорошему курсу).

И понятно, почему энтропия Беккенштейна-Хокинга пропорциональна площади горизонта, а не объему.

Тут возникает естественный вопрос: позвольте, но ведь в системе отсчета дырконавта горизонт вообще не излучает! Какие частицы тогда заполняют вселенную дырконавта, если излучение Хокинга отсутствует?

Правильно, горизонт для него не излучает.

Наоборот, в его системе отсчета излучает все окружающее пространство. Причем механизм ровно тот же, что и для излучения Хокинга: гравитационная поляризация вакуума. Явление называется "динамическим эффектом Казимира", подтверждено экспериментально, и даже стало главным открытием года по версии журнала Nature.

В координатах Леметра излучение Хокинга выглядит, как излучение Унру (напомню: это всего лишь мои домыслы, а вообще надо считать).

А как быть с математикой? Со всеми этими Шварцшильдами, Леметрами и Крускалами? Просто: считать, что гравитационный радиус есть функция времени.

А как проверить? Например, посчитать зависимость гравитационного радиуса от локального времени дырконавта, учтя переменную массу черной дыры. Движение дырконавта к центральной сингулярности и движение гравитационного радиуса к ней же должны асимптотически сходиться.

Следующий вопрос: но ведь в реальности черные дыры не уменьшаются! Наоборот, они растут, поглощая фотоны микроволнового фона, который на данный момент на несколько порядков горячее хокинговского излучения черных дыр звёздных масс.

Но дырконавту-то что? У него впереди почти вечность. Он может подождать, пока вселенная расширится настолько, что фоновое излучение остынет и излучение черных дыр станет преобладать над поглощением фона. За это время он лишь на несколько планковских единиц приблизится к горизонту.

А почему вселенная обязана вечно расширяться? Кто гарантирует, что в какой-то момент расширение не сменится сжатием, и фон перестанет остывать, а черные дыры продолжат расти и не начнут уменьшаться?

Вот тут я должен сказать: а фиг его знает.

Но хотя я знаю, что в таких вопросах интуиция - хреновый советчик, тем не менее лично моя интуиция пилит мне мозг: копать здесь. Тут точно что-то есть.

Навеяно вот этой дискуссией на форуме астронета, где проблемы пересечения сингулярности на горизонте событий рассматриваются с совершенно другой точки зрения.

В пост приглашаются schegloff, al_pas, palaman для обсуждения.
Tags: провокация, физика
Subscribe
  • Post a new comment

    Error

    default userpic

    Your reply will be screened

    Your IP address will be recorded 

    When you submit the form an invisible reCAPTCHA check will be performed.
    You must follow the Privacy Policy and Google Terms of use.
  • 89 comments
Previous
← Ctrl ← Alt
Next
Ctrl → Alt →
Previous
← Ctrl ← Alt
Next
Ctrl → Alt →