I buchi neri sono davvero singolarità?

I buchi neri non possono essere solo oggetti super densi? Potrebbero essere ancora neri (avendo il colore del nero non ha mai richiesto una fisica speciale, dopo tutto) e avere un campo gravitazionale davvero forte. Se sospettiamo che assorba effettivamente la luce a causa della sua gravità, è possibile che vi sia una gravità abbastanza forte da catturare la luce, non lasciando che si irradi quando la materia cade in questo oggetto.

Sto solo facendo fatica ad accettare che tutto può esistere con una proprietà infinitamente grande in quanto porterebbe a una massa infinitamente grande che porta a forze infinitamente grandi ... che distruggerebbe l'universo infinitamente veloce, no? Quindi penso che un oggetto supermassiccio possa essere anche un duro senza dover essere una singolarità.

Questa risposta è in parte basata sull'opinione. Condivido il tuo scetticismo sull'esistenza di strette singolarità matematiche come prevedeva la relatività generale. Questo principalmente perché l'assunzione di una singolarità rigorosa ignora la teoria quantistica. Un approccio per superare la singolarità è un Gravastar . Correlata è una stella di Planck . Entrambi gli approcci cercano di superare i paradossi vicino alla singolarità. Una risposta completa potrebbe eventualmente essere fornita da una gravità quantistica ancora da definire .

Un'altra difficoltà per i "veri" buchi neri è la rotazione. La soluzione di Schwarzschild non è da aspettarsi che si verifichi in buchi neri del mondo reale.

Invece una soluzione di Kerr (o potrebbe essere una metrica di Kerr-Newman ) si avvicinerà ai veri oggetti astronomici, includendo quindi almeno la rotazione, e potrebbe essere una carica elettrica residua.

Una particella senza massa che viaggia con la velocità della luce produce un'energia indefinita secondo la Relatività Speciale. La natura apre una fisica dedicata alle particelle prive di massa, consentendo loro di prendere qualsiasi energia per risolvere questo intervallo indefinito. Allo stesso modo la natura può aprire un nuovo tipo di fisica all'interno dei buchi neri per risolvere il paradosso tra la relatività generale e la teoria quantistica.

Che cos'è una singolarità?

Una singolarità è un punto nell'universo in cui la materia è infinitamente densa. La singolarità è al centro del buco nero e spesso si nasconde dietro un orizzonte degli eventi. Quindi, fondamentalmente, una singolarità è un punto nello spazio in cui molta materia viene raccolta insieme in uno spazio molto piccolo. Quando hai una singolarità, la materia non va all'infinito. La densità è ciò che va all'infinito. Densità e materia sono cose diverse.

Una singolarità viene spesso creata in un'esplosione di supernova. Una supernova è il punto in cui una stella è causata quando c'è così tanta materia al centro di una stella (alla fine della sua vita) che la stella non può sostenere la propria forza gravitazionale, e collassa su se stessa ed esplode.

Il secondo modo in cui può accadere una supernova è in un sistema stellare binario - dove se c'è una nana bianca , ruba la materia dall'altra stella e alla fine accumula tanta materia che esplode.

Una singolarità è causata dalle grandi stelle, non da quelle piccole. Piccole stelle che esplodono in una supernova creano qualcosa chiamato stelle di neutroni.

Quindi cos'è un buco nero?

Un buco nero è un'area nello spazio con un campo gravitazionale così forte che nemmeno la luce può sfuggire. I buchi neri non hanno il colore nero, non hanno un colore perché non possiamo vedere alcuna luce che ritorna da loro. Quindi no, la luce non viene assorbita. I buchi neri possono anche eventualmente dissiparsi, a causa di un meccanismo chiamato radiazione di Hawking

Esistono diversi tipi di buchi neri tra cui:

• Buchi neri supermassicci (spesso trovati al centro delle galassie)

• Buchi neri stellari

• Buchi neri primordiali

• Buco nero rotante (Kerr)

Infine, ci sono 3 aree principali all'interno di un buco nero.

Questo diagramma può mostrarci molte cose, ad esempio, come i buchi neri non hanno una forza gravitazionale che attraversa l'intero universo.

In ultima analisi, possiamo elaborare l'area in cui nemmeno la luce può sfuggire usando il raggio di Schwarzschild . Visto che hai detto che questa risposta non dovrebbe includere la relatività, non includerò nemmeno la matematica. Il raggio di Schwarzschild, in sintesi, è dove l'orizzonte degli eventi si trova in un buco nero.

Sommario

Ci scusiamo per aver fornito una risposta stranamente lunga, ho avuto difficoltà a capire ciò che non hai capito, e ho pensato che se avessi spiegato una singolarità, allora ti aiuterei sicuramente, scusa se ho appena detto cose che già sai. Ho fornito alcuni link di Wikipedia se vuoi dare un'occhiata ad alcuni dei termini che ho lasciato in corsivo. Potresti anche voler guardare la termodinamica del buco nero

• Raggio di Schwarzschild
• ergosfera
• Radiazione di Hawking
• Nana bianca
• Termodinamica del buco nero

Penso che tu stia partendo dal presupposto che esiste un modo per stabilizzare un oggetto estremamente denso all'interno dell'orizzonte degli eventi di un buco nero. Nella teoria classica della relatività generale la singolarità è inevitabile. Una volta all'interno di un orizzonte degli eventi, un oggetto è costretto a muoversi verso e raggiungere la singolarità in un tempo finito, nello stesso modo in cui sei costretto a spostarti in avanti nel tempo, che ti piaccia o no.

Pertanto è impossibile avere qualcosa nel GR classico che assomigli a un buco nero e abbia un orizzonte degli eventi, ma che non formi una sorta di singolarità. Tuttavia, sappiamo che il GR classico deve essere suddiviso su scale estremamente piccole (quantistiche), quindi è del tutto possibile che accada qualcosa per prevenire le singolarità in una teoria quantistica della gravità.

Quindi uno è perfettamente libero di inventare una versione di Relatività Generale che consente di evitare una singolarità. Ma ci sono (almeno) due requisiti. (1) Dovrebbe spiegare tutte le altre cose che il GR classico spiega perfettamente. (2) Dovrebbe avere conseguenze osservabili al di fuori dell'orizzonte degli eventi, perché altrimenti è inutile guardare l'ombelico (IMO).

NB: I wormhole e simili possono essere possibili nei buchi neri rotanti (GR classico), ma la mia comprensione limitata è che questi si formano nonostante la singolarità (che non è più un punto). In altre parole, la singolarità è ancora lì, ma la materia non finisce inevitabilmente (ma va da qualche altra parte!)

Le cose che hai scritto su massa infinita, forza infinita ecc. Sono semplicemente sbagliate. La massa di un buco nero è ben definita così come i suoi effetti gravitazionali. Una massa finita deriva ancora dal prendere l'integrale di una densità infinita su volume zero.

È comune descrivere una singolarità come un punto di densità infinita, ma in realtà sono più generali di così: sono una sorta di comportamento patologico nella metrica dello spaziotempo. Se le singolarità siano fenomeni fisici reali o dimostrino semplicemente il punto in cui una teoria (in questo caso la relatività generale) non può più descrivere la natura è una questione di dibattito.

Il teorema di singolarità di Penrose dimostra che, sotto un certo insieme di ipotesi molto ragionevoli, il collasso gravitazionale di un oggetto come una stella porta inevitabilmente a una singolarità. Nota però che la prova è di incompletezza geodetica (cioè le linee temporali di alcuni oggetti in caduta libera si interrompono bruscamente). Questo non è (necessariamente) lo stesso delle apparenti singolarità di curvatura a "densità infinita" che si verificano nelle soluzioni idealizzate del buco nero come la metrica di Schwarzschild.

Ci sono molte buone risposte a questo livello a livello fisico, ma non vedo questo risolto, quindi darò una risposta brevemente.

Sto solo facendo fatica ad accettare che tutto può esistere con una proprietà infinitamente grande in quanto porterebbe a una massa infinitamente grande che porta a forze infinitamente grandi ... che distruggerebbe l'universo infinitamente veloce, no?

Se i buchi neri hanno infiniti, il che è possibile solo se hanno una singolarità, allora quegli infiniti sono, per definizione, infiniti piccoli e non infiniti da qualsiasi distanza, anche una frazione della distanza di un atomo. Quindi "distruggi l'universo con forze infinite", certo, se l'universo fosse più piccolo di un atomo, o forse, all'interno dell'orizzonte degli eventi dove non poteva fare altro che cadere verso la singolarità, ma a qualsiasi distanza sicura e ragionevole, nero i buchi non sono pericolosi e non rappresentano una minaccia per l'universo.

Quindi penso che un oggetto supermassiccio possa essere anche un duro senza dover essere una singolarità

e

Gravastars in soccorso! Proprio quello di cui avevo bisogno. Infine, alcuni teorici che non si sentono a proprio agio con oggetti infinitamente cattivi popolano il nostro universo!

Va bene per cominciare, le leggi della fisica sono ciò che sono e non gli importa di ciò che pensiamo. Quanto alle cose che sono "cattive", questo è negli occhi di chi guarda.

2000 anni fa, "il fuoco dell'inferno" è stato visto il magma uscire dal vulcano occasionale e l'inferno era dentro la terra. Oggi, l'interno della Terra genera un campo magnetico che ci protegge e ci dà la tettonica a zolle, che è davvero utile per i pianeti portanti la vita. L'interno della Terra non è cambiato, ma la nostra percezione di essa è cambiata enormemente. Ora adoriamo l'interno della Terra, ma 2000 anni fa la gente lo temeva.

100 anni fa, tutti pensavano che l'Universo fosse la Via Lattea e 80 anni fa, pensavano che l'Universo fosse eterno, fino a quando quel pessimo Hubble ha suggerito che l'Universo avesse un inizio e, beh, tanto per le cose che erano eterne. Se Hubble avesse detto che 300 anni prima sarebbe stato bruciato sul rogo, non c'è dubbio, con una targa che affermava "bestemmiatore"

Questo è il problema con il punto di vista. Non è un quadro completo. I buchi neri sono un ottimo "uomo da boogie", come qualcosa che mangia tutto e non può essere sfuggito, ma questa è solo una parte del quadro generale.

Lo stesso Einstein trovò i buchi neri un'idea sgradevole (non era nemmeno troppo appassionato di meccanica quantistica), quindi Einstein immaginò che l'Universo avesse una legge fisica che impediva la formazione di buchi neri e che potrebbe anche essere il caso, ma onestamente, quanto diverso deve essere lentamente schiacciato attorno all'orizzonte degli eventi per un'eternità contro rapidamente schiacciato nella singolarità o qualunque cosa accada al centro. Da un certo punto di vista, è praticamente la stessa cosa.

Alcune teorie sono arrivate al punto di suggerire che i buchi neri sono luoghi magici con interi universi di bambini al loro interno . Trovo questo pensiero più creativo della scienza, ma la verità è che ciò che accade all'interno dell'orizzonte degli eventi rimane all'interno dell'orizzonte degli eventi e nessuno lo sa.

Sui buchi neri in generale :

Sono molto utili La formazione di buchi neri e il collasso gravitazionale e il rimbalzo del collasso creano e distribuiscono elementi pesanti attraverso la galassia e nel collasso che crea un buco nero o una stella di neutroni, qualcosa come il 90% della materia della stella viene spazzato via , riciclato, se vuoi, di nuovo nella galassia e solo il 10% circa, costituisce il nucleo collassato.

Puoi pensare al buco nero come un brutto piccolo residuo della morte di una stella, ma trovo che il fatto che le stelle di grandi dimensioni ricicli e distribuisca gran parte della loro materia attraverso la galassia sia molto bello. I buchi neri supermassicci aiutano anche nella formazione di galassie, quindi la semplice verità è che i buchi neri sono molto utili, anche se non vorrai incrociare percorsi con uno.

Ora su ciò che accade all'interno di un buco nero, ci sono già alcune buone risposte a ciò e non voglio farne troppo a lungo, soprattutto perché sono un laico, ma trovo la speculazione di quella regione esotica all'interno dell'orizzonte degli eventi per essere molto divertente a cui pensare.

Personalmente non credo nelle singolarità. I (THINK), che la natura ondulatoria e di campo della meccanica quantistica e il fatto che lo spazio vuoto abbia proprietà che, ad esempio, le coppie di particelle anti particella possono formarsi essenzialmente dal nulla (che rendono possibile la radiazione falciante), penso che probabilmente ci sia una specie di spazio esotico che non ha mai una piena singolarità.

Non penso che ci sia quello che potrebbe essere chiamato un materiale fisico all'interno di un buco nero. Penso che le cose si comporterebbero diversamente, più come la natura esotica di un protone o un elettrone che la natura fisica di una superficie, ma questo è solo il mio pensiero sull'argomento. Senza una teoria quantistica della gravità, è un po 'come il cieco che guarda una mappa. Nessuno sa. (troppo lungo?)

Credo che i buchi neri siano singolarità nel senso che contano in esso, non è definito per avere una posizione significativa o velocità note. Non credo significhi singolarità nel senso di avere raggio zero.