Comments 104
P. S. Я всегда думал, что в гравитационные волны переходит потенциальная+кинетическая энергия чёрных дыр. А тут ещё и часть массы используется. Но как?
Вообще, я себе это представляю так: масса подобна складке на простыне. Если вы объедините 2 складки в одну, то суммарная деформация простыни, вызванная объединённой складкой, будет меньше суммы деформаций исходных. (Возможно более уместно вместо слова «деформация» использовать «напряжение»)
Вообще гравитационные волны будут испускаться при любом перемещении массивных тел с переменным ускорением.
Кстати говоря, гравитационная волна легко пересекает горизонт событий, иначе бы не было заткухающего ховстика, после максимального пика волны и это же говорит нам о то, что за горизонтом событий движение и слияние продолжается.
Так движение по орбите (любой) — это и есть переменное ускорение.
P. S. Вопрос снимается, я понял почему: Если мы будем двигаться прямолинейно и равномерно и нас 4 раза толкнут через равные промежутки времени: вправо, вниз, влево, вверх. При каждом толчке мы ускоримся в другом направлении, и описав ромб вернёмся к исходному направлению, при этом сохраним изначальную скорость, потому что половина толчков нейтрализует другую половину.
Вначале до столкновения теряется потенциальная энергия, после столкновения куда больше улетит в виде излучения от приземления большого свинцового куска при уменьшении уже кинетической энергии спутника. При взаимодействии спутник-планета порядок излучения через гравитацию где-то на 40 меньше, чем у двух черных дыр, не забываем о радиусе орбиты, который для дыр в тысячи раз меньше, чем для спутника. А потерять 10^-39 часть атомов свинца вы не сможете даже от планеты, это число меньше единицы.
Апд: с учетом формулы с вики (см. комменты в ветке ниже) разница в порядке для системы спутник-планета составляет примерно (6+20)2+6+35 = 73. Т.е. система спутник-планета, где спутник на 20 порядков легче, чем ЧД, а планета только на 6, при этом радиус орбиты спутника на три порядка больше радиуса орбит ЧД вокруг общего центра масс, теряет за оборот на 73 порядка энергии меньше пары ЧД одинаковой массы. СЕМЬДЕСЯТ ТРИ, КАРЛ! Так как LIGO/Virgo едва ли не на пределе чувствительности обнаруживают слияния ЧД сильно больших масс, чем миллион свинцовых планет, эту энергию система спутник-планета не почувствует в течение ближайших 10^30 секунд (т.е. 10^22 лет).
А формула здесь такая: мощность излучения ГВ пропорциональна M1 * M2 * (M1 + M2) / R5, где M — массы объектов и R — расстояние между их центрами масс (только не спрашивайте, как его посчитать в случае двух ЧД, из этой норы можно не выбраться).
Из-за пятой степени расстояния в знаменателе ГВ излучают только очень плотные объекты — НЗ и ЧД звездных масс — которые друг друга почти касаются. Две обычные звезды, даже слившиеся в «грушу» (такое бывает), практически ничего не излучают.
А откуда формула?
Вики https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%93%D1%80%D0%B0%D0%B2%D0%B8%D1%82%D0%B0%D1%86%D0%B8%D0%BE%D0%BD%D0%BD%D1%8B%D0%B5_%D0%B2%D0%BE%D0%BB%D0%BD%D1%8B приводит формулу со слегка другими зависимостями от масс, но r^5 в знаменателе таки есть.
Атомы никуда не денутся, а масса масса системы после падения спутника на планету будет меньше, чем до.
Масса нуклонов сохраниться или должна это сделать а потенциальная и кинетическая энергия которой обладал спутник станет гравитационными волнами.
А тут ещё и часть массы используется. Но как?
Как происходит утечка массы-энергии из под горизонта событий?
ведь по идее ничего покинуть его не может. Даже свет а гравитационные волны распространяются со скоростью света. Есть конечно излучение хокинга.
Но какой эффект уменьшает массы-энергию под горизонтом событий.?
Не даром гравитация самая слабая но самая загадочная сила-взаимодействие.
Расходуется механическая (кинетическая и потенциальная) энергия системы объектов, а не самих объектов по отдельности. Причем не только сливающихся, но и окружающих «мимокрокодилов»: из-за уменьшения массы после слияния уменьшится также сила гравпритяжения посторонних объектов к объединенной массе и, соответственно, их потенциальная энергия относительно этой массы.
Расходуется механическая (кинетическая и потенциальная) энергия
Наверное, все же только потенциальная расходуется на ГВ (кинетическая же возрастает).
Гравитационные волны могут переносить и угловой момент, то есть поглощенная объектом гравитационная волна закручивает этот объект (но так как гравитационные волны очень слабо поглощаются веществом, этот эффект очень мал). И значит часть кинетической энергии всё-таки улетает.
Гравитационные волны могут переносить и угловой моментНе очень понимаю, как. Грав волна — плоская волна, она не переносит углового момента.
Плоская волна не переносит углового момента, но гравитационная волна не обязана быть плоской. В общем, как и со светом, который тоже может переносить угловой момент: https://elementy.ru/nauchno-populyarnaya_biblioteka/432009/Zakruchennyy_svet_i_zakruchennye_elektrony_obzor_poslednikh_rezultatov
Угловой момент из системы куда-то исчезает, естественно предположить, что он уносится с гравитационными волнами. См. например https://link.springer.com/article/10.1140/epjc/s10052-020-7881-2
Он вполне себе может сохраняться и переходить во вращение ЧД
Так можно и голую сингулярность получить. Впрочем, да, никто не гарантирует что их нет или нет другого механизма предотвращения их образования.
Но, то что гравитационные волны переносят момент импульса уже достоверно установлено? Я правильно понимаю? По выбросам черных дыр из галактических ядер.
Хм… Такие события тоже не наблюдались. Я почему-то был уверен, что это установленный факт. Но, по крайней мере, уравнения ОТО это позволяют.
Вот, например: https://academic.oup.com/mnras/article/211/4/933/968731?login=true
Вот про перенос углового момента: https://link.springer.com/article/10.1023/A:1026786822107
Я там опечатался. Должен был быть просто импульс. Угловой момент дыру из центра галактики не выкинет.
Да, вот ещё ссылка про угловой момент гравитационных волн: https://arxiv.org/abs/gr-qc/9801068
Забавно, что для черных дыр, которые сами по себе не видны, излучение энергии тоже не видно, потому что происходит в виде гравитационных волн.
Вообще-то статьи Итана — это огород SLY_G.
И если уже даже он забил на не очень часто переводит Итана, то это показатель.
(тем более забыли "13.8 млрд лет назад..." — без этой фразы статьи Итана нельзя считать аутентичными)
Если взять очень большую черную дыру как у галактик квазаров то может ли материальный объект пересечь его не будучи разрушенным приливными силами?
Взять какой ни будь зонд и запустить его в черную дыру будет ли он работать после пересечения горизонта событий? И работают ли вообще под горизонтом физические законы есть ли там пространство и время?
У ученых есть представления о содержимом черной дыры может там под горизонтом битком тех же гравитонов и сингулярность состоит из них?
Что произойдет если не большая черная дыра М 0,1 солнечной упадет в черную дыру как у галактик квазаров? При пересечении горизонта событий большой черной дыры и под ним меньшая дыра сохранит свой горизонт?
Где-то мне попадалась теория, что масса всей Вселенной достаточна, чтобы её считать за ЧД с радиусом больше радиуса Вселенной, т.е. мы уже внутри черной дыры, и раз у нас тут есть локальные дыры с локальными горизонтами событий, ответ на ваш вопрос будет "да, сохранит, но снаружи этого заметно не будет".
Если взять очень большую черную дыру как у галактик квазаров то может ли материальный объект пересечь его не будучи разрушенным приливными силами?Конечно, вы даже не заметите, как пересечете горизонт.
У ученых есть представления о содержимом черной дыры может там под горизонтом битком тех же гравитонов и сингулярность состоит из них?Ну мы почти уверены, что сингулярности там нет как таковой: квантовая гравитация наверняка как-то вмешивается. Не уверен, что вы понимаете под «битком гравитонов», но в целом — да, кванты гравитации будут играть решающую роль.
И работают ли вообще под горизонтом физические законы есть ли там пространство и время?Конечно, почему бы и нет? В черной дыре есть одна специальная точка — сингулярность (ну или не точка, зависит от топологии). Все остальное пространство должно быть непрерывно и законы физики должны работать точно так же, как для остальной Вселенной. Вроде бы нет причин, чтобы это было иначе.
При пересечении горизонта событий большой черной дыры и под ним меньшая дыра сохранит свой горизонт?
Как вы написали сами: горизонт это просто область пространства, которую мы для удобства называем так. Если черная дыра упадет пересечет горизонт другой черной дыры (а точнее, даже до этого) их суммарный горизонт вырастет, а сингулярность продолжит падать внутрь. Внутри горизонта понятие «горизонта» у сингулярности все еще может иметь смысл локально, если вы тоже находитесь внутри, но не будет иметь смысла для наблюдателя снаружи.
А чтобы двигаться из В в А придётся пустить время вспять. И тогда да — свет попрёт из чёрной (теперь уже белой) дыры как из рога изобилия (но попасть туда уже не сможет).
Так свет проходит именно по геодезической в обычном пространстве точек, вроде бы.
Это не так даже безо всяких СТО/ОТО.
Представьте обыкновенную двояковыпуклую линзу. Если б вы были правы, то свет из фокуса А в фокус Б мог бы идти только через центр линзы — единственную 3D геодезическую. Но т.к. стекло замедляет свет, то в 4D — любая траектория из А в Б, проходящая через линзу имеет одинаковую длину (точнее 4D-интервал) и все они являются 4D геодезическими. И свет из фокуса в фокус идёт через всю линзу.
А чёрная дыра это (грубо и неправильно) такая хитрая «линза» из закрученного, пожатого
Еще насчет линз: там тоже свет идет по геодезическим (в приближении геометрической оптики, конечно) только метрика чуть чуть иная, и в том числе поэтому все лучи в системе линз можно «разворачивать» в обратном направлении, как бы хитро и закручено эти линзы не были устроены.
Связность односторонняя. Вы не можете проложить геодезичекую или ось координат внутрь горизонта ЧД (т.е. не можете приписать внутренностям ЧД никакие координаты). А вот изнутри ЧД — можете.
Черная дыра — не просто красивое название, это совершенно буквальная дырка в вашем атласе касательных расслоений.
Черная дыра — не просто красивое название, это совершенно буквальная дырка в вашем атласе касательных расслоений.
Вы не можете проложить геодезичекую или ось координат внутрь горизонта ЧД (т.е. не можете приписать внутренностям ЧД никакие координаты). А вот изнутри ЧД — можете.
Не совсем понятно, как эти два утверждения уживаются вместе. Геометрия — вроде инвариантная штука, если дырка, то дырка «с концами» и ничего там нет. То есть две компоненты связности — пусть, всякое бывает, необычное поведение геодезических, так что любая с началом в области A не может проникнуть в область B — наверное, тоже бывает, но так чтобы из A в B можно было, а из B в A нельзя — такого, кажется, нет.
А вот для внешнего наблюдателя это слегка растянется
И энергии потребуется столько, что ракета может сама превратится в ЧД при заправке
2) Если не разрушится, то будет, но внешний наблюдатель об этом не узнает.
3) Работают. Есть. (Законы везде работают, кроме совсем уж особых точек — сингулярностей и Большого Взрыва)
4) Представления есть.
5) Будет всплеск гравитационных волн — статья ж об этом!
6) Там всё очень сложно с горизонтами получается. В нашем привычном ЗD+T — уже не объяснить. Только жёсткое, хардкорное, закрученное 4D!
может залететь внутрь горизонта событий сверхмассивной ЧД и вылететь
Вылететь не может. Световой конус будущего такой ракеты будет находиться полностью внутри горизонта событий. Это имеют в виду, когда говорят, что пространство и время внутри чёрной дыры меняются местами. Описание хреновое, но для не вращающейся чёрной дыры у ракеты попавшей под горизонт событий в будущем действительно только сингулярность.
С точки зрения космонавта частично работает. Скажем, сбросили ракету в черную дыру, и вслед за ней периодически кидаем дробинки. После расчётного пересечения горизонта событий (для космонавта в этот момент ничего необычного не происходит) космонавт включает двигатель и видит, что дробинки начали пролетать мимо него с ускорением Ft/m. Но, в отличии от ситуации вне горизонта событий, он видит, что скорость дробинок возрастает, как будто он приближается к центру чёрной дыры (как оно и происходит).
Что ломается, так это представление о силе притяжения как о силе. Гравитация в ОТО — это не сила, так что в некоторых случаях компенсировать её невозможно.
Грубо говоря — любое ускоряющееся тело уже является чем-то вроде корабля Алькубьерре. Как минимум у него появляется плоский бесконечный горизонт событий сзади, который отрезает от него полвселенной (да, в ОТО от света можно убежать при определённых условиях).
Если радиус горизонта ЧД достаточно велик (десяток-другой а.е.), то можно своим не очень большим ускорением «отрезать» сингулярность этим горизонтом ускорения. И причин дальнейшего существования горизонта событий через некоторое время (надо чтобы оставшиеся свет и гравитация «рассеялись») просто не будет.
Другой вопрос, что для внешнего наблюдателя этот процесс займёт буквально вечность.
Но, как я писал раньше, всё это очень спорно: я встречал диаметрально противоположные мнения на то как ЧД ведёт себя в неинерциальных системах отсчёта (от полной неизменности, до полного оголения), а сам я математике этого процесса путаюсь.
Кажущаяся особенность пространства в районе горизонта событий — это артефакт выбранной Шварцшильдом системы координат. Можно подобрать другую систему координат, где особенность будет только одна — сингулярность в центре дыры (для невращающейся черной дыры). Так что известные законы физики внутри чёрной дыры скорее всего работают, кроме области около сингулярности — там начинают действовать неизвестные нам процессы.
То есть — да, в случае большой чёрной дыры прибор может пересечь горизонт событий и не будет разрушен приливными силами. Скорее всего продолжит работать, но мы об этом не узнаем.
Удовлетворительной квантовой теории гравитации пока нет, гравитоны не обнаружены в экспериментах, так что про гравитоны говорить пока рано.
Горизонт событий ограничивает область, которую свет не может покинуть. Так что иметь горизонт событий внутри горизонта событий нельзя.
При слиянии двух чёрных дыр их горизонты событий исказятся, объединятся в один общий сферически несимметричный горизонт, искажения гравитационного поля будут излучены в виде гравитационных волн (процесс называется ringdown, он был зафиксирован детекторами гравитационных волн) и останется одна чёрная дыра большей массы.
Так что иметь горизонт событий внутри горизонта событий нельзя.А как же теория, что наша вселенная — уже большая черная дыра, в которой есть свои ЧД. Кстати что будет видеть наблюдатель, если нырнёт за горизонт во время слияния ЧД? Вряд-ли для него горизонт обоих дыр исчезнет. Вероятно исчезнет только большой, а малый так и останется, т.к. он по прежнему вне его.
Я говорил про то, что обычно понимается под горизонтом событий — граница области, которую свет не может покинуть с точки зрения удалённого неподвижного наблюдателя.
А что увидит падающий в чёрную дыру наблюдатель в момент слияния дыр — это интересный вопрос. Я на не него не смогу ответить.
Ну, например, рисуют воронку под массивным объектом, типа кривизна, но между двумя массивными объектами притяжение взаимнокомпенсируется, то есть, если там что-то будте находится, то оно не упадёт ни на один объект
Все верно, если посмотрите какие-нибудь симуляции слияния ЧД, то точка в центре будет обладать наименьшей кривизной вплоть до самого слияния.
для сторонних же объектов, это вообще центр масс и наибольшая точка притяжения, а занчит и кривизны, в смысле провала…Нет, кривизна не будет максимальна. Просто объект на удалении чувствует среднюю силу от системы ЧД. Соответственно, если эту систему моделировать как массу в центре масс, в этой модели будет максимальная кривизна. Но такая модель не сможет адекватно отразить динамику системы, поэтому она не очень относится к реальности.
Приближение? Просто возьмите меньшую массу из двух сливающихся чёрных дыр, умножьте это значение на 0,1 — примерно такая часть массы преобразуется в энергию. Да, это 10 % от массы меньшей чёрной дыры.
А если слияние будет без вращения вокруг общего центра масс? Например 2 черный дыры летят точно на встречу друг другу. Слияние будет быстрым, излучения гравитационных волн, как при обычном слиянии вероятно будет меньше. Или энергия выделится та же, но за более короткий промежуток?
Чтобы две дыры влетели лоб в лоб, где-то обезьяна должна написать вменяемый текст. Дыры же имеют размер горизонта событий в километры, а расстояния и скорости у них в световых годах и долях скорости света. То есть, слишком точно должны быть заданы скорости двух ЧД, чтобы они извне гравитационных колодцев "партнера" влетели друг другу в лоб без этапа вращения вокруг общего центра масс. Но если такое событие произойдет, возможно, будет интересно, и да, выделиться должно несколько овердофига и резко.
Такое слияние можно сделать искусственно в достаточно большом коллайдере следующих поколений. Каком нибудь solar-центрическом коллайдере. Ну и к тому времени, конечно, уже научатся создавать планковские ЧД, которые можно запустить навстречу друг другу.
Вики говорит, что cross-section у планковской ЧД 1е-70 м^2. Для сравнения, барн==1е-28 м^2, а примерно с такой точностью на большом адронном коллайдере сводят пучки частиц. При этом его светимость 50 фб^-1/год т.е. 50 соударений внутри одного фемтобарна (1е-43 м2) за год, с такими показателями ждать соударения планковских дыр в коллайдере придется 10^(70-43)=10^27 лет. То есть может запустить и удастся, но получить столкновение — нет.
Логично сталкивать ЧД с зарядами разных знаков. Тогда подключаются еще и кулоновские силы, которые на 38 порядков мощнее.
И как определяется дефект масс при образовании итоговой чёрной дыры? По формулам ОТО? Наверное, для этого нужна новая теория гравитации, как она потребовалась для описания вращения орбиты Меркурия.
При ускоренном вращении двух ЧД перед их слиянием энергия этой системы превращается в энергию гравитационных волн. Но масса итоговой дыры, скорей всего, становится меньше по другой причине. Если она проявляется в меньшей по силе гравитации, чем сумма сил гравитации двух отдельных дыр, то может быть одно гравитационное поле немного «экранирует» другое поле? По аналогии влияния гравполя Земли на энергию фотона в нём? Сумма массы Земли и энергии фотона, излученного вне её гравполя, больше, чем масса Земли с энергией фотона, излученного на её поверхности.
Энергия связи — это энергия, которую нужно приложить для РАЗРЫВА связи.
При образовании связи энергия выделяется, система эту энергию теряет и вот на эту величину и становится легче.
Дефект масс, как и все физвеличины, определяется экспериментально. Для объяснения и предсказания экспериментальных данных физики разрабатывают теории. Теории, объясняющие наблюдаемый дефект масс, существуют и неплохо работают. Проблема у теорий (ОТО, собственно) в том, что по их формулам крайне сложно рассчитать общий случай слияния. Но частные неплохо считают, тут на Хабре недавно пара статей была. В чём проблема у Вас, непонятно.
Итоговая масса слившейся дыры становится меньше именно по причине излучения энергии в виде гравиволн. Других механизмов просто нет.
Придумал такую словесную формулу: масса системы взаимодействующих нуклонов меньше суммы масс того же числа обособленных нуклонов.
Если рассматривать пространство как плотную квантованную среду (квантовую пену), то сдерживать её давление энергетически выгодней системам элементарных частиц, чем обособленным частицам. Кварки по отдельности вообще носа не кажут за пределы своих адронов. Кварк согласен покинуть адрон только с энергией, достаточной для образования хотя бы ещё одного кварка, чтобы из них тут же сложился другой адрон (мезон). По той же причине фотону вне гравполя (в энергетически более плотном вакууме) приходится иметь большую энергию (частоту), чем фотону в гравполе.
Наверное, те же рассуждения верны и для материи чёрных дыр. Гравитационные волны, как было сказано выше, уносят угловой момент системы из пары ЧД и её потенциальную энергию. Если есть механизм их конвертации в массу, то он работает на уменьшение массы итоговой ЧД. А если нет, то можно считать, что масса частиц в одной чёрной дыре меньше суммы масс того же количества частиц, разделённых на две или более чёрных дыр.
Почему для чёрных дыр 28 + 47 = 72, а не 75