?

Log in

No account? Create an account
entries friends calendar profile Previous Previous Next Next
Перпендикулярное время черной дыры - don_beaver
don_beaver
don_beaver
Перпендикулярное время черной дыры
сhupin сделал интересное замечание, которое я хотел бы обсудить: «При этом получается, что внутри нынешней чёрной дыры вещество пока ещё разлетается. Вот это было интересное замечание, потому что я тут слушал недавно Сергея Борисовича Попова, и он с ходу отмёл возможность того, что мы живём в чёрной дыре, как раз потому, что внутри чёрной дыры всё должно падать к центру, а мы видим, что оно расширяется».
Мнение Попова я не обсуждаю, потому что он просто повторяет чужие мысли. При этом категоричность компиляторов очень характерна; автор идеи может сомневаться в своей идее, потому что он знает – на каких шатких основаниях она возведена, а вот попугай, знающий гораздо меньше, уже ни в чем не сомневается, а просто уверенно чирикает.
Итак, обратимся к серьезным источникам идеи – почему внутри черной дыры все должно падать к центру. Отмечу, что первоисточника излагаемой концепции я не нашел, поэтому выбрал из нескольких книг одну, где все компактно изложено – монографию Зельманова и Агакова. Эту суммарную картинку я сделал из слайдов к своим лекциям в Челябинском университете (2016-2018):


Итак, СТО и ОТО ввели 4-х мерное пространство – где 3 пространственные измерения и измерение времени имеют разные знаки (какие - несущественно, главное – разные. Это называется сигнатура метрики, по выбору автора - это может быть - + + + или + - - -). Мы живем в трёхмерном пространстве, где все нам понятно, и одновременно плывем по какой-то координате времени в будущее. Метрика Шварцшильда, если её рассматривают вне черной дыры, тоже имеет свою сигнатуру – см., например, 16.8 из слайда. Легко заметить, что если пересечь границу черной дыры, равную rg=2m в единицах G=c=1, то сигнатура метрики меняется: временной член становится положительным (по сигнатуре выбора Зельманова-Агакова), а радиальный – отрицательным. Это плохо. Из каких-то интуитивных соображений понятно, что сигнатуру метрики менять нельзя. Может и более серьезные доводы есть, но все равно тут у физиков консенсус: нельзя менять сигнатуру метрики. Нужно отметить, что внутрь черной дыры редко кто из физиков забирается – уж больно там темно. Но те, кто забирается внутрь, обычно делают такой трюк: они отрицательную радиальную компоненту метрики называют (переобозначают) временем, а положительную бывшую временную компоненту называют новой радиальной компонентой – см. красную стрелку на слайде, которая указывает на этот трюк. И так как на течение времени никто не покушается, то получается, что мы пришли к нестационарной метрике, в которой все валится к центру дыры. Вот откуда пошла мысль, что в черной дыре все страшно падает – тем более, это эмоционально согласуется с тем, что снаружи она все всасывает.
С моей точки зрения, такое переобозначение координат и времени - это безусловное насилие над метрикой, это абсолютно фальшивая нота в физике (при всем моем уважении к умнейшему Абраму Леонидовичу Зельманову, которого я знал лично). Отмечу, что мы не обсуждаем математическое решение (оно известно – это Шварцшильд), мы обсуждаем физическую интерпретацию этого решения, что является часто весьма сложной задачей. Напомню, что для правильной интерпретации формулы для роста инерции в СТО при приближении к скорости света (не как рост массы, а как замедление времени) потребовалось почти сто лет.

Насчет внутренности черной дыры. Я могу указать на еще один вариант исправления сигнатуры метрики (см. справа на картинке). Если предположить, что внутри черной дыры время становится мнимым, как и пространственные координаты, то это приведет к тому, что знаки в членах метрики будут исправлены и метрика сохранит свою сигнатуру, невзирая на переход внутрь черной дыры. Эту мнимость четырехмерного пространства времени я считаю красивым решением проблемы сохранения сигнатуры. К каким следствиям эта интерпретация приводит? Во-первых, безусловная нестационарность метрики пропадает, и к центру черной дыры уже ничего в ужасе не валится. Так что в просторной черной дыре вполне можно жить! Во-вторых, решается старый парадокс с соотношением времен падающего и внешнего наблюдателя: для падающего наблюдателя история внешнего мира заканчивается, и снаружи время становится больше, чем бесконечность. Что такое время, большее, чем бесконечность? Этот нерешаемый в линейном случае вопрос, легко решается в двумерном: это мнимое время или, геометрически, перпендикулярное время, которое с нашим, обычным, уже никак не соотносится. А как просыпаться по будильнику с мнимым временем? Чем мнимое время хуже обычного? Совершенно ничем. Для внешнего наблюдателя время внутреннего наблюдателя мнимое и наоборот: внутренний наблюдатель живет в обычном времени, зато считает, что внешний мнимо спит и мнимо зевает.

Где расположена масса для такого (пустого) решения Шварцшильда? Или, другими словами, для какого внутреннего распределения массы годится обсуждаемое решение с обсуждаемым преобразованием мнимости? Явно напрашиваются два варианта: масса сосредоточена или в центре, или распределена по границе черной дыры – и я склоняюсь к второму. Могу привести в пользу обсуждаемой интерпретации (и против «метода переобозначения») следующий мысленный эксперимент. Представим себе огромный шар разреженного газа. Космонавт лениво колеблется возле центра этого шара – плавно отлетает, потом слабая сила гравитации оставшегося за плечами газа его притягивает – и он снова плавно падает назад, пролетает негравитирующий центр, по инерции отлетает от него и т.д. Теперь, где-то далеко от космонавта на границе этого шара начинается работа по добавлению газа на границе и наращиванию радиуса шара. Как сказывается на космонавте эта активность? Да никак, тем более все еще квазиньютоновское и внутри сферических оболочек гравитация не увеличивается. Теперь представим, что шар, не меняя своей плотности, разросся до таких пределов, что гравитация на его краю замкнула шар в черную дыру. Согласно «методу переобозначения», внутри черной дыры ситуация скачком изменилась : время стало радиусом, а радиус – временем, а космонавт был сдернут со своей плавной траектории могучей силой и сброшен в нулевую точку, откуда ему запрещено вылетать. Для космонавта это выглядит дико: ничего по сути вокруг не изменилось, а мир летит в тартарары. Здесь нарушается какое-то правило плавных изменений или отсутствия резких скачков, которое должен выполнятся, потому что никаких математических катастроф внутри черных дыр не открыто. Зато в методе «мнимого времени» ничего страшного не происходит: космонавт в центре шара как наслаждался жизнью, так и наслаждается, а также может полететь наружу вместе с продуктами Большого Взрыва. Когда он полетит к краю шара или к границе черной дыры, то столкнётся с ростом гравитации и замедлением времени – также, как и космонавт, падающий снаружи и приближающийся к границе черной дыры извне. Именно об этом гласит преобразованная метрика внизу слайда – и поэтому я думаю, что она относится к случаю, когда вся масса черной дыры сосредоточена на её границе, в зоне остановившегося времени.
В целом, жизнь в черной дыре вполне возможна, поэтому мы тут и живем. Отмечу, что ряд авторов (например, Никодим Поплавский из США), не заморачиваясь этими сложностями, просто рассматривают Вселенную внутри черной дыры как в обычном пространстве, только замкнутом, без всяких драматических падений к центру. И они правы в своем здоровом практицизме.

Tags:

69 comments or Leave a comment
Comments
Page 1 of 2
[1] [2]
chupin From: chupin Date: September 1st, 2018 06:24 pm (UTC) (Link)

Пустое яйцо, значит...

Выглядит логично. Но что тогда происходит, когда центральная Мегадыра разрастается всё больше и больше? Мы, летящие к ней снаружи на стадии сжатия, не можем, получается, проникнуть внутрь неё, мы залипаем в скорлупе этого «пустого яйца», правильно я понимаю ситуацию? То есть, внутри Мегадыры есть какой-то свой мир, снаружи Мегадыры — наш мир, и вместе им никогда не сойтись?

Я так понимаю, что в этой тонкой «скорлупе» (в её бесконечно тонком «внешнем» слое, непосредственно над гравитационным радиусом) для внутреннего наблюдателя, туда попавшего, есть куча времени, но нет пространства, правильно ведь? Или вообще любой внешний наблюдатель полностью разрушается при касании чёрной дыры? Треть его превращается в гравитационные волны, остальное залипает во внешнем слое дыры... в каком-то непонятном виде... Уж точно не в виде вещества, да?

Получается, мир снаружи сначала много-много раз пульсируют, сжимаясь к центральной Мегадыре, на треть превращаясь в гравволны, а двумя третями подпитывая эту центральную дыру, и через сколько-то циклов центральная дыра достигает границы внешней Вселенной (которая тоже чёрная дыра). А внутри этой центральной дыры уже давно какой-то свой мир, существующий в перпендикулярном времени и развившийся по каким-то своим законам...

Захватывающая картинка получается :-)
don_beaver From: don_beaver Date: September 2nd, 2018 08:06 pm (UTC) (Link)

Re: Пустое яйцо, значит...

Мегадыра - это та дыра, у которой мы внутри. Я не думаю, что её граница движется наружу, потому что она определяется всей массой внутреннего гравитирующего вещества, которая пульсирует, но в момент максимального расширения Вселенной эта масса растет к какому-то пределу - думаю, именно к размеру Мегадыры. Большая Черная Дыра - эта та, которая еще сравнительно мала и глубоко внутри нашей Вселенной, но растет и как-то влияет на наше расширения. Когда-то она так вырастет, что проскочит нас и развернет, а сама сольется с мегадырой - вернее займет её место, но с тем же радиусом. А мы будем падать внутрь, и в момент коллапса нас развернет и образуется новорожденная Большая Черная Дыра... Все это - лишь один цикл Вселенной.
chupin From: chupin Date: September 1st, 2018 06:27 pm (UTC) (Link)

Пустое яйцо, значит...

Кстати, ещё вдруг подумалось. Если вся масса сосредоточена, так сказать, «в скорлупе», тогда внутри чёрной дыры всё должно падать на её стенки? Может, поэтому наша Вселенная расширяется? :-)
shultz_flory From: shultz_flory Date: September 1st, 2018 07:40 pm (UTC) (Link)
Если вся масса на стенках, то внутри невесомость. По крайней мере в классическом приближении.
From: rubir_ru Date: September 1st, 2018 06:54 pm (UTC) (Link)
итого формулируем: если предположить, что мы живем в очень большой черной дыре, то такой мир, в отличие от мира вне черной дыры, где флуктуации времени наблюдаются рядом с заметными скоплениями вещества, добавляет в себя еще одну нестационарность времени - вектор его ускорения направлен к центру этой черной дыры в виду отсутствия там значительных скоплений масс вещества.
Так?
don_beaver From: don_beaver Date: September 2nd, 2018 07:57 pm (UTC) (Link)
Это формулировка сторонников "метода переобозначения", в моей трактовке никакой принципиальной нестационарности внутри ЧД нет.
doct0r_nikatin From: doct0r_nikatin Date: September 1st, 2018 07:04 pm (UTC) (Link)
Мну то же всегда умиляло - с какого буя у ЧД
должен быть центр ?
electricbugi From: electricbugi Date: September 1st, 2018 08:43 pm (UTC) (Link)

ну,) логично же...

если дыра - значит круглая, нарисовать можно хоть на листе бумаги, хоть на песке, палочкой...
будь дыра даже "квадратной", найти в ней центр ("палочкой") тоже не составит труда...)
з.ы.: а мне вот интересно, шутки ради,) где центр в молекуле (например)) спирта?

Edited at 2018-09-01 08:44 pm (UTC)
plen_optician From: plen_optician Date: September 1st, 2018 08:50 pm (UTC) (Link)

Фрактальный сыр

Получается, существует вложенность черных дыр? Те черные дыры, которые нам видны, есть Вселенные для их внутренних обитателей?

И наша Вселенная - она же, согласно модели, черная дыра - выглядит как просто еще одна черная дыра из многих для внешнего наблюдателя?

И этот вселенский швейцарский сыр имеет вложенность дырочек до бесконечности в обе стороны - как внутрь каждого астрономического объекта, наблюдаемого нами как черная дыра, равно и для внешнего неблюдателя первого порядка, который наблюдает нас и прочие черные дыры, а его, в свою очередь, наблюдает снаружи его Вселенной наблюдатель второго порядка, etc., etc., etc., ad infinitum?..

Звучит вкусно; возникает вопрос, как бы это проверить?..

Edited at 2018-09-01 08:51 pm (UTC)
electricbugi From: electricbugi Date: September 1st, 2018 09:11 pm (UTC) (Link)

Re: Фрактальный сыр

никак.
From: (Anonymous) Date: September 2nd, 2018 07:31 am (UTC) (Link)
Почему "дыра" в нашем представлении? Скорее сфера...с центром внутри. Если масса сосредоточена на краях, за счёт чего она удерживается в стабильном состоянии, не коллапсируя в центр?
don_beaver From: don_beaver Date: September 2nd, 2018 08:11 pm (UTC) (Link)
"Пустое" решение Шварцшильда не отвечает на эти вопросы. Оно может быть применимо только к такой идеализированной системе, но реализуется ли такая система в природе - математику не волнует.
From: (Anonymous) Date: September 3rd, 2018 07:07 am (UTC) (Link)
Наблюдатель внутри чёрной дыры будет видеть свой мир конечным или бесконечным? Будет ли он расширяться? Будет ли у него выделенный центр? Объясняет ли эта гипотеза тёмную материю и тёмную энергию?

И самое интересное, если построить несколько таких вложенных перпендикулярных времен, можно ли вернуться в исходное? Или размерность будет расти с каждым разом, добавляя перпендикуляры в новые измерения?
don_beaver From: don_beaver Date: September 3rd, 2018 08:22 pm (UTC) (Link)
"Наблюдатель внутри чёрной дыры будет видеть свой мир конечным или бесконечным?"

Конечным - в размер этой дыры.

"Будет ли он расширяться?"

Думаю, нет.

"Будет ли у него выделенный центр?"
Думаю, да - центр масс внутренней материи. Правда, ничего особенного в этой точке не будет.

"Объясняет ли эта гипотеза тёмную материю и тёмную энергию?"

Именно вокруг этих уже полученных строгих объяснений (см. мои статьи в MNRAS 2016 и 2018 ) и строится эта гипотеза.

"И самое интересное, если построить несколько таких вложенных перпендикулярных времен, можно ли вернуться в исходное? Или размерность будет расти с каждым разом, добавляя перпендикуляры в новые измерения?"

Это уже очень далеко от меня.

Edited at 2018-09-03 08:24 pm (UTC)
From: wood_morr Date: September 3rd, 2018 08:27 am (UTC) (Link)
Мысленный эксперимент с космонавтом и облаком газа не работает. Пока газовый шар маленький - все хорошо. Но когда по размеру и массе газовый шар приблизится к черной дыре, ничто не сможет удержать внешние слои газа от падения в центр. То есть система больше не сможет быть стационарной. Поэтому невозможен плавный переход от космонавта в центре небольшого газового облака к космонавту внутри черной дыры. Поэтому никакое "правило плавных изменений или отсутствия резких скачков" тут неприменимо.
don_beaver From: don_beaver Date: September 3rd, 2018 08:39 pm (UTC) (Link)
Давайте рассмотрим шар из фотонного газа. Вот он на 5% меньше, чем черная дыра. Космонавт в центре плавно колеблется. Вот мы увеличили окраинную массу еще на 5% и пусть внешние слои начали коллапсировать. Это ВНЕШНИЕ. Для внутренности шара и космонавта практически ничего не изменилось. С какого перепугу их жизнь сразу должна кардинально меняться? Кроме того, никто не исследовал внутренность чарной дыры в рамках обсуждаемого преобразования. Как там все устроено - это вопрос. Например, если возле границы черной дыры и снаружи и внутри время останавливатеся что логично для сшивки решений, то да - внешние края внутреннего шара будут сжиматься, но бесконечно медленно - так же как бесконечно медленно движется к черной дыре космонавт снаружи. И тогда причины резкого изменения плавной жизни космонавта в центре черной дыры будут еще еще более непонятны.
From: hitmark Date: September 3rd, 2018 03:12 pm (UTC) (Link)

Термодинамика ЧД

Ещё можно развить идею, если допустить, что внутри такой полой ЧД имеется фотонный газ, который имеет определённую температуру. При расширении ЧД её температура возможно будет падать, что будет наблюдаться, как реликтовое излучение.
Т.к. такой газ не обменивается теплотой с окружающим ЧД миром, то такой процесс можно рассматривать, как адиабатический. И тогда уравнение адиабатического процесса для фотонного газа будет иметь вид:
T^3 V = const
т.е. при увеличении объёма температура будет падать.
don_beaver From: don_beaver Date: September 3rd, 2018 08:41 pm (UTC) (Link)

Re: Термодинамика ЧД

Это интересный вопрос, над которым я думаю. Я не исключаю, что у нас будет два реликтовых излучения - одно гораздо более холодное и стационарное - в рамках мегадыры. Другое, 3 градусное, наблюдаемое нынешними сенсорами, расширяющее вместе с продуктами взрыва и остывающее.
kodim1969 From: kodim1969 Date: September 4th, 2018 05:09 am (UTC) (Link)

А можно уточнить

"Напомню, что для правильной интерпретации формулы для роста инерции в СТО при приближении к скорости света (не как рост массы, а как замедление времени) потребовалось почти сто лет. "
Т.е. сейчас предполагается, что при приближении к скорости света масса не возрастает, а лишь собственное объекта время замедляется? Можно подробнее рассказать, почему на это потребовалось сто лет, и как пришли к такому результату? Ну, или порекомендовать толковую статью на этот счет?
Вот была статья Окуня в УФН (июль 1989) https://ufn.ru/ru/articles/1989/7/f/
don_beaver From: don_beaver Date: September 4th, 2018 12:34 pm (UTC) (Link)

Re: А можно уточнить

У меня об этом говорят первые люди - Савельев Курс физики и Тейлор Физика пространство-Времени, и об этом говорил Завьялов - первый проректор по науке в Челгу. Сейчас это общепринято, но статью такую методическую сходу не скажу. Поищу.
From: wood_morr Date: September 4th, 2018 07:44 am (UTC) (Link)
В ваших переменных интервал получается комплексным, что нонсенс.
don_beaver From: don_beaver Date: September 4th, 2018 12:26 pm (UTC) (Link)
Конечно, нет, в этом же весь фокус. Вот формула в самом низу - укажите, какой член стал комплексным? квадрат мнимой величины - реален.
mashilial From: mashilial Date: September 4th, 2018 10:30 pm (UTC) (Link)
Во-вторых, решается старый парадокс с соотношением времен падающего и внешнего наблюдателя: для падающего наблюдателя история внешнего мира заканчивается, и снаружи время становится больше, чем бесконечность.
------------------------------------------

Сколько я помню ту работу Гриба о том, сможет ли падающий в ЧД наблюдатель увидеть все будущее вселенной,там не было выводов о том, что история внешнего мира заканчивается. Напротив, все будущее вселенной увидеть падающему наблюдателю не удается, а после пересечения горизонта невозможна постановка вопроса о времени внешнего мира, поскольку система отсчета наблюдателя, упавшего под горизонт, оказывается причинно несвязанной никоим образом с тем, что вне горизонта.
Интересно, Вы видели в каких-то книгах и работах такие выводы и формулировки как "для падающего наблюдателя история внешнего мира заканчивается, и снаружи время становится больше, чем бесконечность"?
don_beaver From: don_beaver Date: September 5th, 2018 01:20 am (UTC) (Link)
Да, видел, не сам придумал - в западных монографиях. Сейчас лень искать.
"поскольку система отсчета наблюдателя, упавшего под горизонт, оказывается причинно несвязанной никоим образом с тем, что вне горизонта." - это точно соответствует тому, что времена вне черной дыры и внутри - перпендикулярны.
poluyan From: poluyan Date: September 5th, 2018 06:23 pm (UTC) (Link)

А КВАТЕРНИОННАЯ МЕТРИКА?

Не стоит забывать, что в пространстве-времени Минковского время выражено как некая пространственная ось - она ведь дана в мерах пространства. Для этого там и присутствует коэффициент С [м\с], а для псевдоевклидовости там мнимая единица. Иными словами, точная интерпретация - это не течение времени, как таковое, а скольжение мира по некоторой мнимой четвертой оси пространства. Разве не так? Если же менять знаки, появится время-пространство, где нужны уже три мнимые единицы, а мерой для всех четырех осей станет время [c], вот тут уже время выступит в чистом виде (как рациональное число), пространственные оси станут мнимыми, коэффициентом переводным станет нечто с размерностью [с\м], но это уже не обратная скорость, а что-то другое. Но кватернионное время-пространство интерпретировать физически довольно сложно...
don_beaver From: don_beaver Date: September 7th, 2018 02:37 pm (UTC) (Link)

Re: А КВАТЕРНИОННАЯ МЕТРИКА?

"Если же менять знаки, появится время-пространство, где нужны уже три мнимые единицы"
Никто не хочет менять знаки и делать мнимые пространственные оси. Наоборот - указанное преобразование как раз сохраняет метрику в привычном виде и по вещественности и по сигнатуре.
В метрике нет мнимых величин, там есть их квадраты, которые вещественны.
p2004r From: p2004r Date: September 5th, 2018 08:18 pm (UTC) (Link)
Возникшая разумная жизнь таким образом должна себе поставить цель успеть под горизонт мегадыры до конца текущей осцилляции?

(ну и конечно не зная на какой фазе осцилляция под горизонтом мегадыры придется делать многочисленные попытки перехода в надежде что часть из них попадет в пригодную для жизни стадию цикла :)
don_beaver From: don_beaver Date: September 7th, 2018 02:38 pm (UTC) (Link)
Во-первых, мы уже под горизонтом мегадыры, во-вторых ныряние под горизонт растущей большой дыры произойдет автоматически, не надо волноваться, что не успеете.
cosmosvin From: cosmosvin Date: September 8th, 2018 06:10 am (UTC) (Link)
Это что получается мы внутри дыры?
don_beaver From: don_beaver Date: September 8th, 2018 06:28 pm (UTC) (Link)
Да.
69 comments or Leave a comment
Page 1 of 2
[1] [2]