Schwarzes Loch ohne Singularität?

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Meine Frage betrifft die Gleichwertigkeit eines Ereignishorizonts und einer Singularität.

Auf der einen Seite sieht die Implikation ziemlich offensichtlich aus:

  • Eine Singularität impliziert einen Ereignishorizont und damit ein Schwarzes Loch. Da die Masse in einem Raum mit einem Volumen von Null komprimiert wird, gibt es einen Punkt, an dem die Fluchtgeschwindigkeit größer als die Lichtgeschwindigkeit wird, sodass Sie per Definition ein Schwarzes Loch erhalten.

Aber was ist mit dem Gegenteil? Bedeutet ein Ereignishorizont die Existenz einer Singularität?

Könnte es sein, dass Sie einen Neutronenstern haben, der massiv genug ist, um eine Fluchtgeschwindigkeit zu erreichen, die der Lichtgeschwindigkeit entspricht, aber nicht stark genug ist, um die Materie zusammenbrechen zu lassen?

Selbst wenn ein solcher Stern nicht existieren kann, weil die starke Kraft vor Erreichen eines Ereignishorizonts zusammenbricht, bedeutet dies keine Äquivalenz.

Es bedeutet nur, dass dies für einen bestimmten Wert der maximal starken Kraft nicht möglich ist, aber stellen Sie sich jetzt eine imaginäre exotische Materie vor, die eine viel größere starke Kraft hat.

Für eine solche "Science-Fiction" -Materie wäre es möglich, einen Ereignishorizont zu erreichen, ohne zu einer Singularität zusammenzubrechen, oder?

Oder ist es wirklich eine Äquivalenz zwischen diesen beiden Konzepten, so dass Materie, egal wie widerstandsfähig sie gegen Kollaps ist, niemals einen Ereignishorizont erreichen wird?

Sembei Norimaki
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Die Existenz der Kerr-Newmann-Metrik legt nahe, dass es möglich sein könnte , eine Singularität ohne Ereignishorizont zu haben. Ich weiß nicht, was der neueste Konsens unter echten Physikern ist.
Harry Johnston

Antworten:

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Bedeutet ein Ereignishorizont die Existenz einer Singularität?

Ein Ereignishorizont ist keine inhärente Komponente eines bestimmten Objekts. Es ist nicht so, als würde ein Stern, sobald er sich in ein Schwarzes Loch verwandelt, plötzlich einen Ereignishorizont erhalten. Der Ereignishorizont ist lediglich eine mathematische Grenze, die den Abstand von einer Masse bei der die Fluchtgeschwindigkeit der Lichtgeschwindigkeit entspricht. Ich kann eine solche Grenze für ein Schwarzes Loch, für die Sonne, die Erde oder sogar für Sie berechnen. Ich denke, die Antwort hier ist nein. Ein Ereignishorizont impliziert nicht die Existenz einer Singularität .M

Könnte es sein, dass Sie einen Neutronenstern haben, der massiv genug ist, um eine Fluchtgeschwindigkeit zu erreichen, die der Lichtgeschwindigkeit entspricht, aber nicht stark genug ist, um die Materie zusammenbrechen zu lassen?

Die Antwort hier ist technisch gesehen nein. Der Grund dafür ist, dass es sich notwendigerweise um ein Schwarzes Loch handelt, sobald eine Geschwindigkeit erforderlich ist, die größer oder gleich der Lichtgeschwindigkeit ist, um Ihrem Objekt zu entkommen. Das ist die Definition eines Schwarzen Lochs. Das heißt, dieser von Ihnen vorgeschlagene Neutronenstern ist tatsächlich ein Schwarzes Loch. Eine andere äquivalente Definition eines Schwarzen Lochs ist jedes Objekt, dessen Masse sich innerhalb des Ereignishorizonts dieses Objekts konzentriert.

Aber Sie könnten immer noch fragen, ob Sie ein Schwarzes Loch haben könnten, in dem die Masse innerhalb des Ereignishorizonts keine Singularität ist. Dies würde irgendeine Art von Unterstützung erfordern, um zu verhindern, dass die Materie auf die Singularität zusammenbricht. Die Antwort darauf ist, dass es derzeit unbekannt ist. Das Problem ist, dass Sie innerhalb von Ereignishorizonten plötzlich sowohl mit der GR- als auch mit der Quantenfeldtheorie arbeiten müssen, aber diese beiden Theorien spielen nicht gut. Stattdessen sollten Sie eine Quantengravitationstheorie verwenden, aber diese Theorie wurde nicht entwickelt. Letztendlich wäre jede Antwort darauf eine Vermutung, bis diese Theorie vollständig konkretisiert ist.

Zephyr
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Wenn Sie eine Gleichung für die Fluchtgeschwindigkeit schreiben, die der Lichtgeschwindigkeit entspricht, und alle Zahlen für die Erde eingeben, würden Sie dann keine Lösung erhalten? (Ich sage dies unter der Annahme, dass Sie die Schwerkraft innerhalb der Erde korrekt berechnen , wobei die Schwerkraft aufgrund der Masse außerhalb Ihres Radius ohne Nettogravitation kontinuierlich abnimmt. Wenn ich mich richtig erinnere, könnten Sie eine Lösung innerhalb der Erde erhalten, indem Sie einfach die Zahlen für eingeben die gesamte Masse der Erde, aber dies ist offensichtlich eine ungültige Lösung an der Oberfläche und darüber hinaus.)
jpmc26
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r=2GM/c2
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Dann hat die Erde keinen Ereignishorizont. Ein schwarzes Loch mit Erdmasse würde. Oder eine Menschenmasse. Sie berechnen die Grenze für keines der von Ihnen genannten Objekte. Nur für Schwarze Löcher mit gleicher Masse.
Toniedzwiedz
Das ist das Problem. Niemand war in der Lage, unter die Röcke eines Schwarzen Lochs zu spähen. Wir können also nur raten, was da ist. Aktuelle mathematische Formeln für Schwarze Löcher neigen dazu, eine Asymptote oder eine Division durch Null zu beenden. Vielleicht kann irgendwann eine neue Mathematik oder eine neue Gleichung beschreiben, was an diesem Punkt passiert.
Howard Miller
Siehe die Antwort von @ MarkFoskey unten. Alles innerhalb eines Ereignishorizonts landet notwendigerweise am selben Ort (oder zumindest so nahe daran, dass GR zusammenbricht und etwas Quantenhaftes passiert).
Steve Linton
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Ein echter Neutronenstern würde zusammenbrechen, wenn die Stärke seiner Schwerkraft die Stärke des Neutronendegenerationsdrucks überschreitet, bevor er einen Ereignishorizont hat.

Wenn Sie sich dem Ereignishorizont nähern, nähert sich die Kraft, die erforderlich ist, um zu verhindern, dass eine stationäre Masse ins Unendliche fällt. Ich glaube also nicht, dass eine endliche Kraft, fiktiv oder auf andere Weise, einen Stern sternförmig halten kann, nachdem er die kritische Dichte erreicht hat, bei der er einen Ereignishorizont hat.

Abgesehen davon würde es wahrscheinlich eine Quantentheorie der Schwerkraft erfordern, um genau vorherzusagen, was am oder innerhalb des Ereignishorizonts passiert, und ich habe keine davon.

Robyn
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Alle beobachteten Neutronensterne haben Massen, die zu hoch sind, um vom "Neutronendegenerationsdruck" unterstützt zu werden. Wie von Oppenheimer und Volkhoff in den späten 1930er Jahren gegründet.
Rob Jeffries
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Singularität bedeutet "meine Theorie funktioniert hier nicht". Mit anderen Worten, GR kann nicht vorhersagen, was an diesem Punkt passiert, und nennt diesen Punkt daher eine Singularität.

Das Wichtigste ist, die Karte nicht mit dem Gebiet zu verwechseln. GR ist die Karte, ein echtes Schwarzes Loch ist das Territorium. GR ist die Karte, mit der wir vorhersagen können, was wir auf dem Gebiet finden werden.

Wenn auf der Karte "Weiß nicht wirklich über diesen Punkt Bescheid" steht, sollten Sie wirklich nicht erwarten, dass Sie dort ein unermessliches Unendliches sehen, wenn Sie das Gebiet betreten. Es ist sehr gegen unsere historische Erfahrung. Bis heute haben wir immer wieder normale endliche Dinge auf dem Territorium beobachtet, aber wir haben nie unermessliche unendliche Dinge gesehen. In jedem Fall, wenn eine alte Karte sagte, wir würden unendlich sehen, stellten wir fest, dass die Messungen eines Territoriums endlich waren und fälschten diese Karte (diese Theorie).

Es scheint also, dass wir Singularität als ein Wort erwarten sollten, das sich nur auf die Karte bezieht. Sie sollten wirklich nicht erwarten, eine Singularität (eine Kartensache) zu beobachten, wenn Ihr tatsächliches Schiff in ein Schwarzes Loch (eine Territoriumsache) einfährt.

Es mag sich herausstellen, dass GR in Bezug auf einen Ereignishorizont ungefähr richtig ist, aber wir wissen bereits, dass es nicht gut genug ist, um zu beschreiben, was im Zentrum steht.

kubanczyk
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Viele von uns Amateuren erkennen nicht, dass das, was wir über das Universum denken, wirklich nur ein Satz von Gleichungen ist, die dazu neigen, vorherzusagen, was wir beobachten, und manchmal stimmt das, was wir beobachten, nicht genau mit dem überein, was die Gleichungen vorhersagen. Und manche Leute lieben das wirklich, wenn es passiert.
Howard Miller
Da die Frage nach Singularitäten fragt, die eine Vorhersage / ein Problem mit GR darstellen, wäre eine Antwort in Bezug auf GR besser.
Rob Jeffries
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Die Antwort speziell auf die Frage, ob ein Neutronenstern innerhalb eines Ereignishorizonts verschwindet, aber in einem Gleichgewicht bleibt, lautet Nein. Zumindest ist es laut Allgemeiner Relativitätstheorie derzeit nicht das einzige respektable Spiel in der Stadt.

M/R

r0rs/crs

Die Details können für ein sich drehendes (Kerr) BH leicht abweichen. Die Bildung einer Singularität wird immer noch erwartet, aber ein isoliertes Kerr BH kann eine ringartige Singularität bilden . Dies ändert nichts an der Unmöglichkeit, ein stabiles / statisches Objekt innerhalb des Ereignishorizonts (in GR) zu haben, und es wird erwartet, dass sich eine "Singularität" bildet.

Rob Jeffries
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r=0
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Zephyr hat Recht, dass Sie die Quantengravitation benötigen würden, um wirklich zu verstehen, was innerhalb von Ereignishorizonten passiert. Die traditionelle Beschreibung dessen, was innerhalb des Ereignishorizonts eines Schwarzen Lochs passieren würde (mehr oder weniger ohne Berücksichtigung der Quantenmechanik), ist jedoch, dass es keine Kraft gibt, die die Bildung einer Singularität durch Materie verhindern kann. Das Koordinatensystem innerhalb des Ereignishorizonts ist so, dass die zukünftige Richtung grob gesagt zum Zentrum zeigt. Sie können also nicht einfach einen Materiestapel haben, der dicht genug ist, um in einen Ereignishorizont zu passen, und gleichzeitig stark genug, um nicht zu einer Singularität zusammenzubrechen.

Mark Foskey
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Gibt es eine Berechnung der maximalen richtigen (subjektiven) Zeit, um das Zentrum zu erreichen? IE, wenn Sie sich in einem (der Einfachheit halber schwarzen Ereignis) Ereignishorizont mit Radius R befinden, wie lange kann Ihre zukünftige Erfahrung dauern, bis Sie notwendigerweise eine Singularität (von innen!) Erleben.
Steve Linton
πrs/2crs
Für das größte bekannte supermassive Schwarze Loch (ungefähr 10 ^ 10 Sonnenmassen) haben Sie also ungefähr 1,8 Tage, nachdem Sie den Ereignishorizont überschritten haben, bevor Sie die Singularität erreichen müssen, egal was Sie tun. Soviel zum Heechee!
Steve Linton
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Ein Schwarzes Loch kann jede Größe haben. Es könnte die Größe eines Planetensystems haben. Angesichts einer bestimmten Verteilung der Materie denke ich, dass Sie nicht unbedingt eine Singularität benötigen, um präsent zu sein.

Aber angesichts der Tatsache, dass die Materie innerhalb des Schwarzen Lochs ihr nicht entkommen kann, wird sich irgendwann alles näher und näher bewegen und diese Singularität erzeugen.

Selbst wenn wir uns ein Schwarzes Loch mit starrem Körper und Strukturen vorstellen, um es vor dem Implodieren zu bewahren, würde die interne Entropie diese Strukturen schließlich zusammenbrechen lassen und Sie würden immer noch ziemlich schnell eine Singularität erhalten.

Das alles basiert auf meinem Verständnis von Schwarzen Löchern, ich bin kein Wissenschaftler. Ich würde es lieben, wenn mir jemand sagen könnte, ob ich es richtig verstehe.

ClemyNX
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"Interne Entropie würde letztendlich dazu führen, dass diese Strukturen zusammenbrechen" Dies bringt Sie fest auf die Quantenskala. Erklären Sie diese Theorie der internen Entropie also in Quantenbegriffen. Sie werden für Ihre aktuelle Formulierung keinen Nobelpreis gewinnen, und die Frage von OP befindet sich tatsächlich auf Nobelpreisniveau und verdient eine ernsthafte Antwort.
Kubanczyk
Es wird vermutet, dass Schwarze Löcher durch Hawking-Strahlung an Masse verlieren. Und es ist nicht unbedingt wahr, dass die Materie im Inneren immer näher zusammenrücken würde. IMO, da Singularitäten Unendlichkeit beinhalten, sind sie physikalisch nicht real oder möglich - sie sind nur ein mathematisches Modell. Unendlichkeit kann in der physischen Welt nicht existieren, da man einen Übergang vom Endlichen zum Unendlichen brauchen würde, was von Natur aus ein Paradoxon ist. Unendlichkeit ist ein mathematisches Konzept, keine Zahl. Wenn ein Physikmodell Ihnen Unendlichkeit gibt, haben Sie einen mathematischen Fehler gemacht und / oder Ihr Modell ist unvollständig.
Tristan