Klasyczne czarne dziury nie istnieją?
Stephen Hawking opublikował [PDF] w arXiv.org pracę, w której stwierdza, że czarne dziury nie istnieją w takiej formie, w jakiej sobie je dotychczas wyobrażaliśmy. Wielki uczony nie kwestionuje samego faktu istnienia czarnych dziur, ale poddaje w wątpliwość ich właściwości. Hawking uważa, że fizyka kwantowa nie pozwala na istnienie czarnych dziur o opisywanych dotychczas właściwościach. Naukowiec stwierdza, że współczesne rozumienie fizyki kwantowej każe odrzucić przypuszczenie, jakoby światło nie mogło opuścić czarnej dziury. Zdaniem Hawkinga światło może wydostać się z czarnej dziury, jednak jest to niezwykle trudne.
Jednocześnie Hawking kwestionuje istnienie horyzontu zdarzeń, czyli granicy, po przekroczeniu której nic nie może wydostać się z czarnej dziury. Brak horyzontu zdarzeń oznacza, że czarne dziury, rozumiane jako obszary, z których światło nie może uciec, nie istnieją - czytamy w artykule. Z punktu widzenia klasycznych teorii z czarnej dziury nie ma ucieczki. Teoria kwantowa pozwala energii i informacji na wydostanie się z czarnej dziury - stwierdził naukowiec. Zaproponował on pojęcie „pozornego horyzontu” (apparent horizon). Od koncepcji horyzontu zdarzeń różni się on odniesieniem do czasu. Spoza horyzontu zdarzeń światło nigdy nie może się wydostać, spoza pozornego horyzontu – nie może wydostać się obecnie. Istnieją zatem sytuacje, takie jak zaburzenia czasoprzestrzeni czy duże deformacje czarnej dziury, w czasie których przestaje być ona czarna i sygnał może się z niej wydostać.
Najbardziej istotną konsekwencją hipotezy Hawkinga – o ile jest ona prawdziwa – jest usunięcie osobliwości z wnętrza czarnych dziur. Obecnie przyjmuje się, że we wnętrzu każdej czarnej dziury istnieje osobliwość, czyli punkt o nieskończonej gęstości.
Komentarze (64)
pogo, 27 stycznia 2014, 13:35
Czyli Hawking sugeruje, że czarna dziura jest zbudowana tak jak podpowiada moja intuicja - zwyczajny obiekt o średnicy mniejszej niż horyzont zdarzeń (teraz zwany pozornym horyzontem).
Teraz trzeba tylko podgrzać czarną dziurę, tak aby spuchła do rozmiarów większych niż horyzont i już ją widzimy
...ciekawe tylko jak podgrzać coś co prawdopodobnie przypomina budową gwiazdę neutronową...
Sławko, 27 stycznia 2014, 14:19
Kuchenką mikrofalową?
thikim, 27 stycznia 2014, 17:42
Zawsze jednego nie mogłem zrozumieć, dlaczego nie można uciec z czarnej dziury?
Prędkość ucieczki z Ziemii - 11,2 km/s.
Czy to oznacza że jak będę leciał 1m/s to nie ucieknę? Ależ skąd.
Prędkość ucieczki z Ziemii to prędkość początkowa. Ja zaś w swojej hipotetycznej rakiecie cały czas mam włączone silniki i działam siłą i cały czas unoszę się do góry i mogę to robić nawet z prędkością i metra na sekundę.
Jedynym warunkiem jest wtedy żeby moja siła >=siła przyciągania.
W czarnej dziurze do tej pory przeszkodą miał być horyzont zdarzeń i zakrzywienie czasoprzestrzeni. Jeśli jednak to nie istnieje to można uciekać z czarnej dziury z prędkością nawet i 1m/s. Istotna jest siła przyciągania i moc silników.
pogo, 28 stycznia 2014, 10:05
@thikim
W sumie racja... ale w przestrzeni kosmicznej raczej nie znajdziesz obiektów, które mają jakiś napęd. A nawet jeśli statki obcych wlecą w czarną dziurę, to prawdopodobnie się rozpadną i silniki im zgasną. W tym sensie nadal nie ma ucieczki.
Światło własnego napędu nie ma, więc nie uciekanie
Aravial, 28 stycznia 2014, 19:05
O ile się nie mylę polega to na tym, że prędkość ucieczki z pola grawitacyjnego czarnej dziury jest wyższa od prędkości światła.
rahl, 28 stycznia 2014, 19:14
Jak widzę zapominasz, że w przestrzeni kosmicznej nie ma powietrza, więc nie ma siły nośnej która mogłaby przeciwdziałać grawitacji - bez tej siły jeśli nie poruszasz się z prędkością większą niż prędkość orbitalna (trochę mniejsza niż prędkość ucieczki) to spadasz jak kamień na ziemię. Jeśli w twojej hipotetycznej rakiecie masz cały czas włączone silniki to z całą pewnością przyśpieszasz więc twoja prędkość prędzej czy później przekroczy pierwszą a potem drugą prędkość kosmiczną i możesz sobie polecieć gdzie chcesz. Chyba, że wcześniej braknie ci paliwa, to wtedy wracamy do scenariusza ze spadającym kamieniem.
Wracając do meritum, najgorsze jest to, że na gruncie obecnej fizyki naprawdę trudno wyjaśnić co znajduje się we wnętrzu czarnych dziur. Być może (co było już postulowane wielokrotnie) nie ma tam żadnej osobliwości kwantowej, tylko mamy do czynienia z jakąś gwiazdą kwarkową ??
Poza tym podgrzanie czarnej dziury może dać efekt jeszcze głębszego jej zapadnięcia się, gdyby przez dodawanie energii udało się "uwidocznić" czarną dziurę to ich super-masywne wersje z centrów galaktyk straciłyby całkowicie rację bytu.
@Aravial - I tu jest problem, gdyż światło ze swoją dualną naturą nie powinno się dać zatrzymać poniżej horyzontu zdarzeń - tutaj praktycznie załamuje się cała znana nam fizyka.
et, 29 stycznia 2014, 13:18
Czarna dziura jest miejscem, w którym występuje brak materii będącej środowiskiem do przemieszczania się fal elektromagnetycznych
whiteresource, 29 stycznia 2014, 14:05
Kolego. Materia nie jest potrzebna jako środowisko dla fal elektromagnetycznych. Co więcej, to dopiero w próżni fale elektromagnetyczne rozwijają swoją największą prędkość
Generalnie przyjmuje się, że cała czasoprzestrzeń jest środowiskiem, w którym może zachodzić zjawisko fal elektromagnetycznych. Osobliwość czasoprzestrzenna, której przykładem były dotychczas czarne dziury znajduje się poza polem dotychczasowej wiedzy fizycznej, dlatego właśnie jest nazywana osobliwością. W chciwili, kiedy zrozumiemy co może się wewnątrz niej dziać przestaniemy nazywać ją osobliwością. Fizyka w osobliwości czasoprzestrzennej jest nam nieznana, dlatego nie potrafimy powiedzieć nic na temat możliwości zachodzenia w jej wnętrzu zjawisk takich jak fale elektromagnetyczne...
Nie wiem również skąd przyjąłeś jako pewnik brak materii wewnątrz czarnej dziury? Bo, dotychczasowe teorie zakłądają powstawanie czarnch dziur poprzez kolaps grawitacyjny dużych i cieżkich obiektów materialnych. I pomimo tego że nie znamy budowy czarnej dziury w jej wnetrzu, to delikatnie fantazjując możemy przyjąć, że w jej wnętrzu jest uwięziona ta materia, która się do jej wnętrza wcześniej już dostała...
pogo, 29 stycznia 2014, 17:49
Jeśli siła ciągu silników jedynie równoważy siłę grawitacyjną, to statek porusza się z prędkością stałą (względnie stoi, ale zakładamy, że na chwilę włączył większą moc by zacząć się poruszać, a teraz ją stopniowo redukuje aby cały czas tylko równoważyć) - w ten sposób w końcu wyleci tak daleko, że siła grawitacji innych obiektów przewyższy siłę grawitacji obiektu, z którego startujemy (nie ważne czy to planeta czy czarna dziura).
Supermasywne czarne dziury charakteryzują się tym, że stosunek średnicy ich horyzontu do masy jest znacznie większy niż w małych czarnych dziurach, mają więc do wypełnienia znacznie większą objętość, więc jeszcze trudniej im się rozszerzyć tak by wyjść poza horyzont.
Kiedyś liczyliśmy, że dla chyba największej znanej czarnej dziury średnia gęstość (objętość_do_horyzontu / masa) jest mniejsza niż gęstość ziemskiej atmosfery na poziomie morza, więc wyobraź sobie jak gorące musiałoby to być aby aż tak się rozrzedzić przy takiej masie... tak na moje oko temperatura na poziomie 10 000 000 000 stopni to wciąż za mało...
TrzyGrosze, 29 stycznia 2014, 18:43
Środowisko gazowe, mające zapewnić siły aerodynamiczne na powierzchniach nośnych, nie jest konieczne do zrównoważenia grawitacji. Wystarczy przecież ciąg (odrzut) silników, np rakietowych.
thikim, 30 stycznia 2014, 00:09
No właśnie rahl pisze o poruszaniu się w powietrzu, a my tu o przestrzeni kosmicznej. Zupełnie o czym innym. W przestrzeni kosmicznej można użyć kilku silników działających na zasadzie odrzutu. Atmosfera, powietrze nie ma tu nic do rzeczy.
Przeczytaj chociaż artykuł jakiś na wikipedii o czarnej dziurze żebyśmy mogli znaleźć wspólny język.
Nic się nie załamuje na horyzoncie zdarzeń. Jedyny problem współczesna nauka ma z osobliwością a nie horyzontem zdarzeń. Horyzont zdarzeń jest niezauważalny dla podróżnika. A przy gigantycznej czarnej dziurze jest to zwyczajna prawie próżnia kosmiczna.
Tak czy inaczej ponawiam pytanie, dlaczego nie można uciec z czarnej dziury z prędkością np. 1 m/s mając cały czas do dyspozycji napęd w rakiecie.
Ba, wedle tego co piszą o czarnej dziurze, po przekroczeniu horyzontu nie tylko nie można uciec ale i nie można zwiększyć odległości od osobliwości wewnątrz czarnej dziury.
Jednym z powodów ma być dążenie siły przyciągania do nieskończoności - czy to wogóle jest możliwe? Nieskończona siła?
""""" Fizyka w osobliwości czasoprzestrzennej jest nam nieznana, dlatego nie potrafimy powiedzieć nic na temat możliwości zachodzenia w jej wnętrzu zjawisk takich jak fale elektromagnetyczne...""""""
Nie do końca. Fizyka jest nam znana aż za dobrze. Tylko tak się składa że dwie znane nam fizyki kwantowa i względności w takim punkcie po połączeniu dają absurdalne wyniki.
Chociaż też nie do końca jeśli założyć że istnieją jednak struny.
pogo, 30 stycznia 2014, 11:37
To proste: bo Ci się rakieta rozpadnie, lub zabraknie paliwa
... już pisałem - gdyby nie ten problem to by się udało przy odpowiednio dużym ciągu - co tez może być problemem, bo grawitacja wyciągająca spaliny z silnika może być silniejsza niż siła ich wyrzucania, a wtedy odrzutu nie uzyskasz... ale to takie tam gdybanie. Jeśli znajdziesz sposób na osiągnięcie ciągu równoważącego siłę grawitacji czarnej dziury to wylecisz.
Konwencjonalne silniki odrzutowe (w tym rakietowe) odpadają, bo prędkość wyrzutu spalin musiałaby znacząco przekraczać prędkość światła... w głębszych częściach czarnej dziury pewnie nawet kilkukrotnie i to nawet przy założeniu, że masa spalin wyrzucanych w sekundę jest porównywalna z masą całej rakiety (wraz z pozostałym paliwem).
Z czarnej dziury nie może się wydostać nic, co straciło napęd przed przekroczeniem horyzontu.
Kolejny problem to fakt, że prawdopodobnie przejście przez horyzont nie jest gładkie... o tym był artykuł niedawno. Może to oznaczać dodatkową pułapkę oprócz grawitacyjnej...
galen, 30 stycznia 2014, 18:37
To nawet prostsze. Prędkość ucieczki oznacza, że ciało wystrzelone właśnie z taką jej wartością będzie się oddalało w nieskończoność od źródła grawitacji (opory atmosfery, itd. pomijamy), by w końcu się zatrzymać. Wtedy energia mechaniczna spada do zera. Wydaje mi się, że można odlecieć z prędkością stałą, równą przykładowe 1m/s, ale praca wykonana będzie ta sama.
Prędkość ucieczki z czarnej dziury jest większa od prędkości światła, co oznacza (zgodnie z E=mc^2), że potrzeba więcej energi niż powstałoby z anihilacji masy, aby wyrwać się zza horyzontu. Praca wykonana musi być ta sama, więc jeśli thikim startuje z prędkością 1m/s z czarnej dziury mając najefektywniejszy napęd zmieniający masę w energię, to po pewnym czasie i tak sam się zacznie przerabiać na energię, której i tak by zabrakło.
thikim, 30 stycznia 2014, 19:54
Wiecie, ale chyba nie do końca wiecie gdzie jest problem.
Problem ucieczki z czarnej dziury tak naprawdę sprowadza się do problemu czy będąc za horyzontem zdarzeń można chociaż delta s dążące do 0 oddalić się od "osobliwości". Wedle dotychczasowych poglądów jest to nie możliwe. To jest pytanie teoretycznie nie bazujące na ilości paliwa. Jak tak Was to gryzie to wyobraźcie sobie że jest drugi statek dalej poza czarną dziurą i podrzuca temu pierwszemu paliwo. To nie jest istotny problem jak. Istotny jest czy można.
Dzisiaj np. żadna teoria nie przeszkadza żeby się rozpędzić statkiem do 0,9 c. Ale nie znamy takiego napędu, praktycznie więc się nie uda.
Ale tu jest rozmowa o teorii czy można nie jak.
Jeszcze raz powtórzę nie kłopotajcie się ilością paliwa bo pytanie brzmi czy można o choćby grubość włosa oddalić się od osobliwości będąc poza horyzontem zdarzeń. A jak mi powiecie że uważacie że trzeba za dużo paliwa to ja powiem że chociaż o 1 długość atomu.
Albo jeszcze inaczej to ujmę. Niemożliwość ucieczki z czarnej dziury tłumaczono zakrzywieniem czasoprzestrzeni tak wielkim że każda droga prowadziła do osobliwości. Wtedy nie da się uciec i nie ważne jaka jest prędkość. Może być nawet i 100 c to nic nie da.
Więc dlaczego nie można uciec?
Apropo, artykuł jest tak napisany/przetłumaczony że nie wynika w sumie nic z niego.
darekp, 31 stycznia 2014, 10:18
Tu chyba trzeba by zebrać wszysktie czynniki razem:
1) prędkość ucieczki większa od c,
2) potrzebna ilość energii większa niż to, co otrzymalibyśmy z anihilacji thikima,
3) grawitacja spowalnia upływ czasu, z punktu widzenia obserwatora z zewnątrz czas we wnętrzu czarnej dziury "stoi w miejscu" z tego co pamiętam
Tu chyba trzeba by kogoś dobrego z fizyki, możliwe, że potrafiłby wykazać, że w takich warunkach ucieczka jest niemożliwa. A nawet gdyby była możliwa, to
zgodnie z pkt. 3 thikim wydostałby się do naszego wszechświata po upływie nieskończenie wielu lat (czyli de facto do innego wszechświata).
pogo, 31 stycznia 2014, 10:45
ad 3. Czas we wnętrzu czarnej dziury nie stoi w miejscu z punktu widzenia obserwatora zewnętrznego. To złudzenie optyczne spowodowane wchodzeniem światła na orbitę wokół czarnej dziury... Znaczy tak pamiętam to co kiedyś przeczytałem... mogę źle pamiętać przyczyny... ale jestem pewien faktu, że to tylko złudzenie.
darekp, 31 stycznia 2014, 12:01
@pogo
Właśnie sobie uświadomiłem, że mam dziurę (czarną?) w wiedzy, bo z jednej strony popularne omówienia przedstawiają sprawę tak, że czas na powierzchni horyzontu zdarzeń stoi i obserwator z zewnątrz nie jest w stanie zaobserwować jak coś do niej wpada bo spadający obiekt zmniejsza swoją prędkość w miarę zbliżania się do horyzontu, z drugiej strony, gdyby tak było to nie obserwowalibyśmy parowania czarnych dziur, nawet w ogóle żadnych czarnych dziur w naszym wszechświecie, bo wg naszego czasu zapadnięcie się grawitacyjne gwiazdy trwałoby nieskończenie długo. Rzeczywiście coś się nie zgadza i może jest tak jak piszesz, że to rodzaj złudzenia optycznego, chociaż brzmi to jakoś dziwnie.
galen, 31 stycznia 2014, 12:04
Teza, postawiona przez thikima, jest interesująca, mam nadzieję, że znajdzie się ktoś, kto to ładnie wyjaśni.
ad 3. Na pewno dochodzi do zjawisk relatywistycznych. Dla spadającego będzie to chwila nim spadnie na czarną dziurę i zmiażdży go grawitacja. Wcześniej różnica przyspieszeń rozciągnie go w nitkę. Dla obserwatora zewnętrznego nieszczęśnik będzie spadał na czarną dziurę co raz wolniej, by w końcu nigdy nie osiągnąć horyzontu. Tak przynajmniej ja to pamiętam. Czy dochodzi tam do złudzeń optycznych, nie wiem. Światło zwalnia, to może zjawisko Dopplera (z tym, że nie przesunięcie ku czerwieni, tylko ku fioletowi)? Soczewkowanie grawitacyjne?
Przy okazji, ostatnio szukałem bez skutku artykułu w kopalni dotyczącego czarnych dziur, które przestają być czarnymi dziurami. Chodziło tam chyba o zmianę ładunku gwiazdy. Ktoś poratuje linkiem?
wilk, 31 stycznia 2014, 17:08
Może to? http://kopalniawiedzy.pl/czarna-dziura-osobliwosc-horyzont-zdarzen-moment-pedu-ladunek-Ted-Jacobson-Thomas-Sotiriou,10598
thikim, 31 stycznia 2014, 17:45
ad 1.
ale jak chce uciekać wolniej więc jakie to ma znaczenie?
ad 2. to anihiluj inną materię co wpada do czarnej dziury jak będzie czarna dziura koło gwiazdy to materii spadającej nie zabraknie którą można przechwycić i anihilować przynajmniej w teorii, ale to nie ma znaczenia żadnego, albo energia = nieskończoność, albo energia jest skończona, wtedy jeśli potrzeba więcej energii niż anihilacja thikima
żeby się ruszyć o 1 km, to mniej energii trzeba żeby się ruszyć o 1 mm, a jak to za dużo to pamiętaj że delta s -> 0, więc energia także maleje.
ad. 3
obserwator z zewnątrz to nie widzi czasu wewnątrz czarnej dziury bo niby jak spojrzy przez horyzont?? Obserwator z zewnątrz może co najwyżej obserwować spadek materii i pojazdu aż do horyzontu zdarzeń, przy czym przekroczenia horyzontu nie zaobserwuje zgodnie z OTW materia i pojazd spowolnią swój ruch przy zbliżaniu się do horyzontu.
Ku czerwieni. Ma to pewien związek z soczewkowaniem grawitacyjnym aczkolwiek to nie to samo. Światło nie zwalnia, tylko zmienia swoją długość.
ksalem, 1 lutego 2014, 18:31
Witam
Oto mój punkt widzenia odnośnie ucieczki z zasięgu czarnej dziury.
W fizyce rozpatruje się ucieczkę dla trzech "rzeczy": materii, energii i informacji.
Materia (ta co ma i nie ma masy) nie może poruszać się przeciwnie do kierunku siły ciążenia osobliwości. Niektóre teorie zakładają że foton, ten co nie ma masy, porusza się prostopadle do siły ciążenia osobliwości, tzn porusza się po horyzoncie zdarzeń będąc w nim uwięzionym. Materia posiadająca masę, zakładając że możemy dostarczyć jej nieograniczoną energię, może poruszać się jedynie w kierunku osobliwości. Wynika to teorii względności i jeżeli coś wywiera siłę na tyle dużą by zatrzymać coś bez masy (foton) w swojej pułapce grawitacyjnej, powoduje że czas potrzebny by osiągnąć prędkość skierowaną przeciwnie dąży do nieskończoności (a więc jak wzór prędkości się ma v=s/t oraz t->∞ to v->0)
Ucieczka energii to ogólnie mówiąc postulat Pana Hawkinga tzw. Promieniowanie Howkinga. Zakłada ono, że energia, która ucieka, przechodzi pomiędzy cząsteczkami wewnątrz horyzontu w przeciwnym kierunku niż działanie siły grawitacji osobliwości. Trwa to tak długo aż ta energia przekroczy horyzont i będzie można zaobserwować ją jako owe promieniowanie. Jednak nikt go nie zaobserwował tak więc nie wiadomo czy może energia się z czarnej dziury wydostać lub poruszać się w przeciwnym kierunku niż siła ciążenia osobliwości.
Ucieczka informacji jest w czasach obecnych oczkiem w głowie wielu fizyków teoretyków, gdyż co rusz pojawiają się nowe teorie o niej. Jednak z tego co wiem informacja może się wiązać tylko z materią lub energią, więc jeśli one nie mogą uciec od osobliwości to informacja też.
Za ewentualne błędy przepraszam (także te myślowe) i obiecuje poprawę.
thikim, 1 lutego 2014, 23:00
Precyzując promieniowanie Hawkinga zachodzi tylko na granicy horyzontu zdarzeń i jest to pozorna ucieczka zarówno masy jak i energii a rzeczywiste zmniejszenie się czarnej dziury. O żadnej podróży z wnętrza osobliwości nie ma mowy. To nie energia z osobliwości się wydostaje tylko horyzont zdarzeń zmniejsza się aż do zniknięcia osobliwości - to ostatnie to nie wiem czy Hawking w jakiś sposób udowodnił.
Jakiej masy? Spoczynkowej czy normalnej? Foton w spoczynku nie istnieje. Podobnie inne bezmasowe cząstki.
Że może to oczywiste. Tylko nie zawsze i nie wszędzie.
whiteresource, 2 lutego 2014, 11:52
Strasznie wszystko mieszasz kolego. 1. A istnieje bezmasowa materia??? 2. Po co zasilać dodatkową energią materię, która i tak już podlega grawitacji. do próby ucieczki to rozumiem ale nie tak zbudowałeś zdanie... 3. Z twojej wypowiedzi wydaje się wynikać, że grawitacja może działać na coś tak lekkiego, że "aż mającego masę =0" czyli bezmasowy foton. Co jest oczywistą bzdurą, bo bez masy nie ma grawitacji. Nie ma coś takiego, "że tak lekkie że aż zero" Albo coś posiada masę albo nie. Koniec kropka. Zagadka uwięzionych fotonów polega natomist na tym, że przestrzeń za granicą horyzontu czarnej dziury jest tak zakrzywiona przez znajdującą się w środku oddziałującą grawitacyjnie masę, iż żaden promień nie wychodzi ponad płaszczyznę horyzontu. Promień elektromagnetyczny, który zdąża w pobliże czarnej dziury również jest do niej "przyciągany" nie dlatego, że posiada jakąkolwiek masę, - a dlatego, że kształt czasoprzestrzeni spełnia tam rolę swoistej soczewki ot i cała tajemnica:)
whiteresource, 2 lutego 2014, 12:08
Nie ma czegoś takiego jak bezmasowa materia, coś wam się poplątało:) Zapomnieliście?: "W fizyce stosuje się termin materia na określenie, (...)takie definicje:(...)
W takim razie mieliście chyba na myśli określenie: - "obiekt fizyczny" po prostu:) Ech, ta semantyka:)))