La materia si accumula appena fuori dall'orizzonte degli eventi di un buco nero?


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La mia comprensione è che il tempo rallenta e si avvicina all'arresto quando ci si avvicina all'orizzonte degli eventi di un buco nero. Ho visto questo spiegato diversi luoghi, tra cui una breve spiegazione nell'ultimo paragrafo sotto: http://en.wikipedia.org/wiki/Black_hole#General_relativity , citato di seguito:

Oppenheimer e i suoi co-autori hanno interpretato la singolarità al confine del raggio di Schwarzschild come indicando che questo era il confine di una bolla in cui il tempo si è fermato. Questo è un punto di vista valido per gli osservatori esterni, ma non per gli osservatori in caduta libera. A causa di questa proprietà, le stelle crollate furono chiamate "stelle congelate", [17] perché un osservatore esterno avrebbe visto la superficie della stella congelata nel tempo nel momento in cui il suo collasso la porta all'interno del raggio di Schwarzschild.

Significa allora che non importa davvero che cada in un buco nero (tranne forse quello che c'era nella sua formazione)? Ciò significherebbe anche che la materia si sta accumulando appena fuori dal suo orizzonte degli eventi? A quanto ho capito, questa sarebbe la prospettiva dall'esterno del buco nero. Se questo è il caso, mi chiedo se osserveremmo un'enorme quantità di materia che circonda l'orizzonte degli eventi, ma sarebbe estremamente spostata in rosso?

Modificare:

Ho notato una risposta a una domanda diversa, in particolare la parte finale, fornisce alcune informazioni anche qui: https://astronomy.stackexchange.com/a/1009/1386

Modificare:

Questi video di YouTube che qualcuno ha messo insieme spiegano molto bene il concetto e sembrano indicare che questa idea sta prendendo piede!

https://www.youtube.com/watch?v=yZvgeAbrjgc&list=PL57CC037B74307650&index=118 https://www.youtube.com/watch?v=b1s7omTe1HI

Modificare:

Questo nuovo video di YouTube descrive molto bene questa idea e la descrive come funziona il buco nero!

https://youtu.be/mquEWFutlbs


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Dovresti citare dove l'hai letto. Tuttavia, immagino che tu stia parlando di effetti relativistici (ritardo) osservati da un osservatore distante. È corretto?
Py-ser,

1
La mia opinione personale: questa è la ragione (insieme alla radiazione di Hawking che fa sparire il BH nel tempo finito, visto dall'esterno), perché un orizzonte degli eventi non può mai formarsi. Ma questa non è (ancora?) L'opinione del flusso principale.
Gerald,

@ Py-ser - Sì, è corretto, sto parlando degli effetti relativistici.
Jonathan,

Risposte:


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Sì, hai assolutamente ragione, dal NOSTRO PUNTO DI VISTA lo fa.

Dal libro di Kip Thorne "Black Holes and Time Warps: Einstein's Outrageous Legacy".

“Come una roccia caduta da un tetto, la superficie della stella cade inizialmente verso il basso (si restringe verso l'interno), poi sempre più rapidamente. Se le leggi di gravità di Newton fossero state corrette, questa accelerazione dell'implosione continuerebbe inesorabilmente fino a quando la stella, priva di qualsiasi pressione interna, viene schiacciata fino a un punto ad alta velocità. Non così secondo le formule relativistiche di Oppenheimer e Snyder. Invece, mentre la stella si avvicina alla sua circonferenza critica, la sua contrazione rallenta fino a gattonare. Più piccola diventa la stella, più lentamente implode, fino a quando non si congela esattamente nella circonferenza critica. Indipendentemente da quanto tempo si attende, se si è a riposo fuori dalla stella (cioè a riposo nel quadro di riferimento esterno statico) non si sarà mai in grado di vedere la stella implodere attraverso la circonferenza critica.

“Questo congelamento dell'implosione è causato da una forza relativistica generale inaspettata all'interno della stella? No, per niente, Oppenheimer e Snyder hanno capito. Piuttosto, è causato dalla dilatazione del tempo gravitazionale (il rallentamento del flusso del tempo) vicino alla circonferenza critica. Il tempo sulla superficie della stella implodente, come visto da osservatori esterni statici, deve fluire sempre più lentamente, quando la stella si avvicina alla circonferenza critica e, di conseguenza, tutto ciò che accade sulla stella o all'interno della stessa, compresa la sua implosione, deve apparire al rallentatore e quindi congelare gradualmente. "

"Per quanto singolare possa sembrare, ancora più peculiare era un'altra previsione fatta dalle formule di Oppenheimer e Snyder: sebbene, come visto dagli osservatori esterni statici, l'implosione si congeli sulla circonferenza critica, non si congela affatto visto dagli osservatori che cavalcano verso l'interno sulla superficie della stella. Se la stella pesa alcune masse solari e inizia circa le dimensioni del sole, quindi, come osservato dalla sua stessa superficie, implode alla circonferenza critica in circa un'ora, quindi continua a implodere nelle criticità passate e passa a circonferenze “.

“Osservando le formule di Oppenheimer e Snyder dal punto di vista di un osservatore sulla superficie della stella, si possono dedurre i dettagli dell'implosione, anche dopo che la stella affonda nella sua circonferenza critica; cioè si può scoprire che la stella viene schiacciata a densità infinita e volume zero, e si possono dedurre i dettagli della curvatura dello spaziotempo allo scricchiolio. ”P217-218

OK, quindi dal nostro punto di vista tutta la questione sarà raggruppata attorno alla circonferenza critica e non oltre. Va bene, questo guscio in teoria può esercitare tutte le forze richieste sull'universo esterno come attrazione gravitazionale, campo magnetico ecc. Il punto come la singolarità che è nel futuro indefinito del buco nero, (dal nostro punto di vista) in effetti il futuro indefinito dell'universo stesso non potrebbe esercitare tali forze su questo universo. Questa singolarità è "raggiunta" solo quando un osservatore supera la circonferenza critica e, attraverso il processo di dilatazione del tempo, raggiunge la fine dell'universo.

Questa è ovviamente un'area di ricerca attiva e pensiero. Alcune delle più grandi menti del pianeta stanno affrontando questo problema in diversi modi, ma finora non hanno raggiunto un consenso, ma sembra che un consenso stia iniziando a emergere.

http://www.sciencealert.com/stephen-hawking-explains-how-our-existence-can-escape-a-black-hole

Stephen Hawking ha dichiarato in una conferenza nell'agosto 2015 di ritenere che "le informazioni non sono memorizzate all'interno del buco nero come ci si potrebbe aspettare, ma al limite, l'orizzonte degli eventi". Il suo commento si riferisce alla risoluzione del "paradosso dell'informazione", un lungo dibattito di fisica in cui Hawking alla fine ammette che il materiale che cade in un buco nero non viene distrutto, ma piuttosto diventa parte del buco nero.

Maggiori informazioni su: http://phys.org/news/2015-06-surface-black-hole-firewalland-nature.html#jCp

A metà degli anni '90, i fisici americano e olandese Leonard Susskind e Gerard 't Hooft hanno anche affrontato il paradosso dell'informazione proponendo che quando qualcosa viene risucchiato in un buco nero, le sue informazioni lasciano una sorta di impronta olografica bidimensionale sull'orizzonte degli eventi , che è una sorta di "bolla" che contiene un buco nero attraverso il quale tutto deve passare.

Ciò che accade all'orizzonte degli eventi di un buco nero è molto difficile da capire. Ciò che è chiaro e ciò che procede dalla Relatività Generale, è che dal punto di vista di un osservatore esterno in questo universo, qualsiasi materia in caduta non può procedere oltre la circonferenza critica. La maggior parte degli scienziati quindi cambia il punto di vista per spiegare come, dal punto di vista di un osservatore in caduta libera, procederanno in un brevissimo periodo di tempo per incontrare la singolarità al centro del buco nero. Ciò ha dato origine all'idea che al centro di ogni buco nero vi sia una singolarità.

Comunque questa è un'illusione, poiché il tempo che ci vorrà per raggiungere la singolarità è essenzialmente infinito per noi nell'universo esterno.

Il fatto che la questione non possa procedere oltre la circonferenza critica non è forse una "illusione" ma molto reale. La questione dal NOSTRO PUNTO DI VISTA deve diventare un "guscio" che circonda la circonferenza critica. Non cadrà mai attraverso la circonferenza mentre restiamo in questo universo. Quindi parlare di una singolarità all'interno di un buco nero non è corretto. Non è ancora successo.

Il percorso attraverso l'orizzonte degli eventi porta ad una singolarità in ogni caso, ma è indefinitamente lontano nel futuro in tutti i casi. Se siamo in questo universo, non è stata ancora formata alcuna singolarità. Se non è stato ancora formato, dov'è la massa? La massa sta esercitando una spinta su questo universo, giusto? Quindi deve essere in questo universo. Dal nostro punto di vista deve essere proprio questo lato dell'orizzonte degli eventi.

Sorprendentemente, potrebbe essere possibile provare questo. Il recente annuncio di onde gravitazionali rilevate sulla fusione di 2 buchi neri è stato accompagnato da uno scoppio di raggi gamma non verificato ma potenzialmente corrispondente dalla stessa area del cielo. Ciò è inspiegabile dal punto di vista convenzionale, secondo il quale tutta la materia sarebbe compressa in una singolarità e sarebbe incapace di uscire di nuovo.

Se 2 buchi neri si fondono ed emettono raggi gamma ... quanto sopra è certamente una spiegazione che è anche coerente con la relatività generale. La massa non è mai riuscita a superare l'orizzonte degli eventi (dal nostro punto di vista) ed è stata turbata dall'enorme violenza della fusione, alcuni in fuga. Potrebbe essere un profondo pozzo gravitazionale, ma un raggio gamma molto potente dovrebbe essere in grado di scappare dato il calcio giusto (attrazione di un buco nero ancora più grande che si avvicina).

Ulteriori osservazioni più raffinate di eventi simili, che possono essere ragionevolmente frequenti, possono fornire ulteriori prove. Non è probabile che ci sia un'altra spiegazione credibile.


Grazie per la tua risposta, vorrei vedere se questo genera ulteriori discussioni!
Jonathan,

2
Un altro commento sulla tua domanda originale. Il buco nero sarebbe iniziato come una minuscola bolla di vapore nel mezzo della stella implodente che aveva raggiunto una "pressione" gravitazionale sufficientemente forte. Si espanderebbe quindi man mano che la materia circostante e l'energia cadessero e raggiungessero la sua circonferenza critica, quindi non credo che nessuna materia dal punto di vista di un osservatore esterno sarebbe "dentro" la circonferenza critica.
ctrebor

Cordiali saluti, sto cercando prove / riferimenti per premiare la taglia.
Jonathan,

Prova / riferimenti per cosa? Vi era un notevole riferimento a Oppenheimer e Snyder. Vuoi di più?
ctrebor,

2
I tuoi commenti sulle onde gravitazionali sembrano avere difficoltà a comprendere la differenza tra la massa e il campo gravitazionale. Nulla sulla rilevazione GW ha detto che la massa è stata espulsa o altrimenti convertita dai (all'interno) dei buchi neri in varie forme di radiazione. L'energia era già presente nei campi gravitazionali, che esiste all'interno dell'universo e al di fuori dell'orizzonte degli eventi. Fu quell'energia che fu convertita in radiazione. Ciò che è "realmente" nel buco è irrilevante: ciò che conta sono i campi (gravitazionale e EM, vale a dire).
zibadawa timmy,

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Quello che stai descrivendo è fondamentalmente l'interpretazione della "stella crollata" (Eng) o "stella congelata" (Rus) dei buchi neri che era comune prima della fine degli anni '60. È stato un errore.

Supponi di essere distante e stazionario rispetto al buco nero. Osserverai la materia in caduta che si avvicina asintoticamente all'orizzonte, diventando sempre più debole man mano che si sposta verso il rosso. Significa che la materia "si aggrega" all'orizzonte? Per scoprirlo, supponi di lanciarti verso il buco nero per provare a catturare la materia che vedi. Quello che troverai è che è caduto nel buco nero molto tempo fa.

In altre parole, il modo più sensato per rispondere all'ammasso o meno di ammassi di materia all'orizzonte è quello di guardare la situazione dalla cornice di quella materia infallibile. E lì, è chiaro: no, non si raggruppa, mentre attraversa l'orizzonte in tempo finito. (A parte questo, per un buco nero di Schwarzschild, cadere dal resto è esattamente newtoniano nelle coordinate radiali di Schwarzschild e nel tempo giusto.)

Il "punto di vista comovente" è stato riconosciuto da Oppenheimer e Snyder nel 1939, ma non è stato fino agli anni '60, con il lavoro di Zel'dovich, Novikov e altri, che è stato generalmente riconosciuto come veramente significativo nella comunità. Nel 1965, Penrose introdusse diagrammi conformi basati sulle coordinate di Eddington-Finkelstein (1924/1958) che mostravano chiaramente che il collasso stellare non è rallentato, ma continua invece a essere singolare. Per una panoramica della storia di questo cambio di punto di vista, cfr. Kip Thorne, et al., The Memberane Paradigm (1986). Questi argomenti sono comunemente trattati in molti libri di testo sulla relatività.

Ok, ma dal momento che ci vuole ancora una quantità infinita di tempo nel fotogramma adattato a un osservatore distante stazionario, ciò significa che l'orizzonte non si forma mai in quel fotogramma? Si forma: il presupposto alla base dell'argomento secondo cui non sarebbe nemmeno che la materia in caduta debba raggiungere il centro per formare l'orizzonte o attraversare un orizzonte preesistente per farlo espandere. Ma tale presupposto non è semplicemente vero.

Un orizzonte degli eventi è definito in termini di infinito futuro simile alla luce, parlando in termini approssimativi della fuga dei raggi luminosi se si attende un tempo infinito. Ciò significa che la posizione dell'orizzonte in qualsiasi momento dipende non solo da ciò che è accaduto, ma anche da ciò che accadrà in futuro. Nella cornice del lontano osservatore stazionario, mentre la materia cade verso l'orizzonte degli eventi, rallenta fino ad avvicinarsi asintoticamente ... ma l'orizzonte si espande anche per incontrarlo. Allo stesso modo, la materia iniziale che collassa non ha bisogno di collassare fino al centro per formare l'orizzonte degli eventi.


Come si può rendere coerente il tempo di vita finito del buco nero dovuto alla radiazione di Hawking con l'infinito periodo di tempo (futuro) necessario per l'espansione dell'orizzonte degli eventi (nel tempo esterno)?

Non è necessario: [modifica] che una determinata coordinata temporale non copra l'intera varietà è un errore del grafico delle coordinate, non dello spaziotempo [/ modifica]. Da ogni evento, invia un luogo omnidirezionale di raggi di luce idealizzati. L'orizzonte degli eventi è il confine della regione dello spaziotempo da cui nessuno di questi raggi luminosi sfugge all'infinito. Questa domanda ha una risposta obiettiva: per ogni dato raggio di luce, o scapperà o no.

Un osservatore esterno dovrebbe attendere infinitamente per sapere con certezza dove si trova esattamente l'orizzonte degli eventi, ma questo è un problema completamente diverso. Con la radiazione Hawking, il buco nero si restringe, ma non cambia il fatto che i raggi di luce di alcuni eventi non riusciranno a sfuggire, e quindi che esisterà un orizzonte degli eventi.

Ecco un diagramma di Penrose di una stella sfericamente collassante che forma un buco nero che successivamente evapora:

Penrose diagram of an evaporating black hole

I raggi di luce scorrono in diagonale a ± 45 ° sul diagramma. Si noti che esiste una regione dalla quale i raggi di luce in uscita (che scorrono diagonalmente in basso a sinistra in alto a destra) non sfuggono e invece incontrano ilr=0singolarità (la linea orizzontale in grassetto, non tratteggiata). L'orizzonte stesso è ilr=2mlinea segnata sul diagramma e sua estensione nella stella: dovrebbe effettivamente andare dalla (tratteggiata, verticale)r=0linea a sinistra, anziché estendersi dalla superficie collassata della stella. Questo perché alcuni dei raggi di luce (idealizzati, non interagenti) dall'interno della stella non riusciranno a sfuggire all'infinito.

Supponiamo ora che in questo diagramma si disegnino curve simili al tempo che ostinatamente si allontanano dall'orizzonte e si insiste sull'uso di un parametro lungo di essi come coordinata temporale. Il fatto che tu abbia scelto le coordinate che escludono l'orizzonte deve essere reso coerente con l'esistenza o meno dell'orizzonte degli eventi? La risoluzione è semplice: se vuoi parlare dell'orizzonte, smetti di usare le coordinate che lo escludono.


Quindi è corretto? Da un punto di riferimento esterno al buco nero, la materia si accumula (o si aggrega insieme) avvicinandosi all'orizzonte degli eventi, ma alla fine l'orizzonte degli eventi si espande per inghiottirlo quando si accumula più materia?
Jonathan,

2
Se insisti a definire "ammasso" in quel modo, sì, anche se non lo farei. Per quanto riguarda quest'ultima domanda, in realtà no: man mano che l'orizzonte si espande, porta con sé le immagini congelate e spostate in rosso del materiale caduto in passato. Questo è uno dei motivi per cui non definirei il caso precedente "ammasso"; piuttosto, la coordinata temporale di Schwarzschild (o un'appropriata generalizzazione per osservatori stazionari distanti) si comporta male all'orizzonte, quindi semplicemente non dovrebbe essere usata lì.
Stan Liou,

1
Non sono d'accordo sul fatto che il riferimento temporale esterno non debba essere usato, poiché è quello che "vedremmo" se osservassimo un buco nero. È interessante notare che l '"immagine" di tutta la materia caduta prima si sposta verso l'esterno quando l'orizzonte degli eventi si espande. Grazie per aver dedicato del tempo a fornire anche una risposta dettagliata, molto stimolante!
Jonathan,

1
@StanLiou In che modo la durata della vita finita del buco nero dovuta alla radiazione di Hawking può essere resa coerente con la quantità infinita di tempo (futuro) necessaria per l'espansione dell'orizzonte degli eventi (nel tempo esterno)?
Gerald,

1
"... ma l'orizzonte si espande anche per incontrarlo." Quanto tempo impiega dal punto di vista dell'osservatore stazionario distante?
Kamil Szot,

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Dobbiamo pensare a dove si verifica l'effetto di dilatazione del tempo. Pensando quindi alle osservazioni da ogni punto di vista, cioè l'oggetto che cade liberamente e l'osservatore esterno, possiamo venire a patti con ciò che sta accadendo in contrapposizione a ciò che sembra accadere.

L'esperienza del tempo

Dobbiamo ricordare che un oggetto che si muove a una certa velocità viaggerà attraverso il tempo (o la 4a dimensione) a una velocità inferiore. Ciò non significa che si muova più lentamente, altrimenti ovviamente non viaggerebbe "a una certa velocità".

Dove il tempo rallenta è il ticchettio dei processi fisici dell'oggetto stesso. In altre parole, il mio orologio ticchetterebbe due volte più lentamente secondo te come ti ho sorvolato all'87% della velocità della luce. Avrei agitato le braccia normalmente, ma secondo te, sembrerei agitare le braccia due volte più lentamente e sembrerebbe anche essere di dimensioni strette (non proprio rilevanti per questo).

Il punto di vista dell'oggetto che cade

Se tu fossi l'oggetto che cade nel buco nero, accelereresti mentre ti avvicini all'orizzonte degli eventi, ma impiegheresti sempre più tempo a reagire all'approccio, al punto in cui caderesti nel buco nero in pochissimo tempo . Dal tuo punto di vista, il tuo approccio all'orizzonte degli eventi diventerebbe esponenzialmente più veloce.

In altre parole, caderesti incredibilmente velocemente nel buco nero, ma lo avresti appena registrato nella tua mente perché non c'era abbastanza tempo per te a causa della relatività.

Il punto di vista dell'osservatore stazionario

Ora, l'osservatore stazionario al di fuori dell'influenza del buco nero osserverebbe qualcosa di molto diverso. La luce (o meglio, le informazioni) sulla tua discendenza sarebbe diventato sempre più spostata verso il rosso, ma anche richiedere più tempo e più tempo per effettivamente raggiungere i loro occhi.

Ciò significa che, secondo l'osservatore , l'oggetto che cade rallenterebbe fino all'arresto all'orizzonte degli eventi e scomparirebbe.

Quindi cosa è veramente "successo"?

  • L'oggetto che cade cadde rapidamente, ma quasi non si rese conto che stava accadendo
  • L'osservatore stazionario penserebbe che l'oggetto sia scomparso e non abbia mai raggiunto l'orizzonte degli eventi.
  • Cooper tocca alcuni libri di gravità e salva la razza umana.

Come può allora l'osservatore vedere un buco nero se, dalla sua posizione, non vi cade mai abbastanza massa perché possa prendere forma ed esistere per cominciare?
LocalFluff,

@LocalFluff Che cosa significa "vedere un buco nero" media ? Se con ciò intendi osservare i suoi effetti gravitazionali, non vedo il problema.
Rob Jeffries,

La tua prima sezione è sbagliata. Ci vuole una quantità finita di tempo adeguato per cadere, cioè esperienze di tempo dell'oggetto, come te. Come una simpatica coincidenza che illustra questo, per la caduta libera radiale dal riposo in un buco nero di Schwarzschild, il tempo necessario per raggiungere l'orizzonte (o qualsiasi particolare coordinata radiale di Schwarzschild) coincide esattamente con la previsione della gravità newtoniana.
Stan Liou

@RobJeffries But then it would remain a neutron star for all outside observers. Black holes would never form for outside observers regardless of how they are observed. One can potentially see a black hole transiting background objects. A non-accreting SMBH doesn't shine at all, while a neutron star with millions of Solar masses very near its surface would be pretty wild.
LocalFluff

1
@LocalFluff A neutron star and a black hole are completely different. No neutron star can exist with a radius anywhere near the Schwarzschild radius. That's why you can see a neutron star.
Rob Jeffries

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The logical consequence is, that an event horizon cannot form, since the first particle slows down asymptotically to zero, just before the event horizon forms (Fermat's infinite descent).

The emergence of the event horizon therefore takes infinite time seen from outside. But due to Hawking radiation a black hole exists only a finite time. Hence an event horizon doesn't form.

The frustrating thing about this is, that you need to be at least Stephen Hawking, to not be called a geek.

The current mainstream way to circumvent this paradoxon is to switch to a purely general relativistic geometry of infalling space-time, which doesn't experience the event horizon. That way you avoid the event horizon as a pole, but you get the singularity at the center of the black hole, governed by yet to investigate physical laws of quantum gravity.


That is an interesting point, and very thought provoking. It will be interesting to see what further discoveries are made about black holes. I wonder still about the matter that was "inside" the black hole when it formed (e.g. I would think this matter is indeed inside the black hole / event horizon). Although, if it is correct that the "image" of the matter expands with the event horizon, even that matter could be on the edge of the event horizon from an external view point.
Jonathan

@Jonathan If you assume e.g. the Schwarzschild solution, the simplest form of a black hole, from an outside observer you need to distinguish three zones: the space-like, the light-like, and the time-like zone. The light-like zone corresponds to the event horizon. If you transform properties of matter between these zones they change their physical properties so much, that the term "the matter is" doesn't make much sense, neither "matter" nor "is". One space dimension changes roles with time.
Gerald

1
@Jonathan One way of thinking may be, that the information of the matter is stored at the event horizon, some fluid-simulations indicate a fractal structure of the event horizon due to infalling matter; this might be a way to overcome the information paradox. That's neither the Schwarzschild nor the Kerr solution.
Gerald

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I wonder if we could actually "peek under the skirts" of a black hole if there'd be any 'there' at all. We can't of course, and anyone that asserts a singularity exists inside a black hole is simply saying that the mathematical model they're using says there is one. If all of the mass/energy that makes up a black hole was compressed into a two dimensional surface at the event horizon, is there any way to observationally tell the difference? Swiss cheese has holes in it, but no one asserts that the holes are Swiss cheese.
Howard Miller

@Gerald FYI, I am looking for proof / references to award the bounty.
Jonathan

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Thought provoking cosmologists!

I'm uber late to this discussion as I see it has been ongoing for literally years and don't know if there is still anyone monitoring this thread, but here' goes.

I studied astrophysics at UC Berkeley in the late 80's so perhaps my info is a little dated, upfront apologies if so. I spent a lot of time thinking about this problem for the past 30 years and have postulated a couple ideas.

First, these conjectures are based on the presumptions:

  • time stops at the event horizon
  • an in-falling observer into the EH looking backward would watch the universe rapidly age to heat death
  • non-charged, non-rotating, solar-mass black hole
  • a star of 2-3 solar masses is sufficient to overcome neutron degeneracy pressure and form a black hole (call it 2 for the discussion)

If true, then conjecture:

  • start with star of say 3 solar masses
  • we must consider an even horizon's existence and parameters from its "birth"
  • minimum Schwarzschild radius is only 12 miles (2 solar masses)
  • original main sequence star radius appx 100,000Km (100M+ Km for red giant)
  • observer is orbiting star initially
  • star burns through last percentages of helium and cascade collapses directly to black hole
  • as star collapses, some amount of matter contracts to within 12 miles of star centroid (call it 2 solar masses)
  • Event horizon now mathematically is formed and time STOPS for all matter at that radius
  • Matter outside that radius continues to fall in since time has not yet stopped creating a compression sphere around the EH
  • Matter already INSIDE the EH continues to fall. (it has momentum that must be conserved). OR, does time STOP WITHIN the EH as well throughout the entire Schwarzschild sphere causing all that matter to FREEZE in position (reletive to the outside observer? (unknown) (perhaps time REVERSES?!)
  • The outside observer would watch the matter at the EH STOP falling and radiating
  • The in-falling matter looking back at the universe would now watch the universe rapidly age, perhaps even to its death?
  • If so, this means that all in-falling EH matter, after the EH has formed, is trapped at the EH until the black hole evaporates.
  • Which also leads to a huge COMPRESSION of the in-falling matter in successively faster time frames falling in from behind.
  • In the given example, this is an entire solar mass of matter all rapidly compressing and increasing in pressure. (At the EH time has stopped so no interaction is going on from the perspective of our orbiting solar observer, but successively less time dilated layers further away from the EH compress into the equivalent of a whole new star burning its fuel in fempto-seconds to many seconds. I.E. SUPERNOVA)
  • AND there is the gravitational attraction imbalance that has now been caused between the solar mass of matter at the EH and the 2 solar masses inside the SW
  • In fact, all blackholes formed by stellar collapse should begin life as a 12 mile wide schwarzschild radius of 2 solar masses.
  • Growth of blackhole sizes of this type (excluding primordial black holes) should ONLY be due to EH matter accretion or merging of black hole's EH's.
  • No matter should ever fall into (or through) the EH in our lifetimes, or even the lifetime of the universe as long as we maintain that an observer falling into a blackhole sees the universe rapidly age behind him/her (the future)
  • Therefore, all detection of radiation from black holes is due to interactions of matter very near the EH
  • Which begs the question, does GRAVITY transcend the EH?
  • If not, a black hole should lose "2" solar masses at is creation (can only test if we can measure the mass before an after its creation in perhaps a visible binary pair supernova
  • But if gravity DOES transcend the EH as accepted, then the gravity of the solar masses at the EH should be exerting an opposing force on the matter inside, DECELERATING the collapse inside the EH!
  • Also, there should be a "ringing" effect "heard" by our new gravity wave detectors as the matter inside doesn't just collapse infinitely into a singularity but "bounces" and reverberates from gravity and different layers of time dilation
  • As a though, this COULD even result in a "torus" of sorts with dimensionalities being swapped or reversed (time/distance), rather than a singularity
  • Add to this the planck density with these opposing internal forces and we possibly end up with some bizarre space-time topologies.
  • PURE speculation: The environment INSIDE the black hole starts to look a whole lot like our own universe's history from the big bang (white hole?) if you simply change time's arrow. (universe isn't expanding as we perceive but compressing into a torus with different distances from our viewpoint having different levels of time dilation)
  • As an undergrad I wrote a paper that our universe is the inside of a black hole and I have seen many theories gravitating (sorry) to this solution over the past 30 years
  • Including the most recent ideas that our universe is a compressed (3D) hologram on a 4 dimensional "sphere" that represents an event horizon equal to the entropy of our entire known universe. Elegant.

Apologies for the terribly long winded comments here. I'm sure the idea has more holes than swiss cheese. Which is what the universe starts to look like with all these little pocket universes forming that we can't interact with!

The question and theanswer that could take use to the next level of understanding of these concepts is this:

Can an event horizon change shape?

Se la questione è bloccata con dilatazione temporale all'orizzonte degli eventi, non può spostarsi (rispetto all'EH). Se la materia in caduta può assistere alla fine dell'universo, o anche solo per un tempo molto lungo, allora la materia è bloccata dal tempo per definizione. Se NON è bloccato da TD, un osservatore in caduta NON DOVREBBE ESSERE IN GRADO DI VEDERE L'UNIVERSO RAPIDAMENTE ETÀ DIETRO DIETRO LORO.

Quindi se EH può cambiare forma, sia:

  • la materia deve muoversi con l'EH (accelerazione? quantità di moto? energia libera?)
  • OPPURE l'EH, essendo una definizione matematica, può spostarsi indipendentemente dalla posizione della materia, modificando in tal modo la quantità di dilatazione del tempo sulla materia, rallentando / accelerando / arrestando la materia all'esterno dell'EH, o effetti SCONOSCIUTI se era già all'interno della EH. (presumibilmente un EH aumenterà sempre di dimensioni, ma per quanto riguarda la forma?)
  • torna in forma: un EH può essere ellissoide? Pancake? Se può cambiare da sfera a pancake, ciò non significa che la materia che era già all'interno dell'EH vicino al raggio sferico ora è EMERGATA DAL FORO NERO come se il raggio si restringesse improvvisamente? (a meno che, di nuovo, non sia in qualche modo trascinato con l'EH)
  • in tal caso, le fusioni del buco nero non permetterebbero alla materia all'interno dell'EH di sfuggire lì costituendo una forma completamente nuova di emissione del buco nero diversa dalle radiazioni Hawking ? Come lo rileveremmo? Come lo sapremmo?

I think the answer lies squarely with LIGO and more powerful versions of this instrument to be brought online in the future. Observing changes, arrival times, spectrum comparisons, and eventually direction, of gravity waves and their associated gamma ray bursts from merging black holes will help us pin down exactly what happens when event horizons collide!

Thanks for taking the time to review these ideas!


2
1) Put your text between two stars, so: *this text*, so it will be italic. 2) 3 Sun masses is far not enough to produce a black hole. 3) Time stops on the EH only for the far observers, objects falling in the EH experience nothing while they pass it. 4) All capital texts don't look very good, I suggest to use the italic formatting (or, double stars make your text bold).
peterh says reinstate Monica

And do something about your wall of text. If you want people to read your contribution make sure it is easy to read.
Jan Doggen

Very interesting feedback, and definitely thought provoking! Would be interesting to see if future observations (especially LIGO observations of merging black holes) "shine more light" on if time is indeed frozen at the event horizon. It is an interesting thought that the event horizon should not be able to change shape if time is frozen there! Definitely thought provoking.
Jonathan

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Several wonderful yet technical answers have been given, and I cannot add anything to those very nice answers that explain why it is not useful to think black holes get "frozen" at their event horizons. But I can give an answer with a more essentially useful philosophical perspective, which is that the central lesson of relativity is that reality involves a bunch of things happening at various places and times, so reality is something local. As such, if you want to know what happened at some place and time (regardless of how you decide to give numbers to that place and time, that's like choosing how to coordinatize the surface of the Earth), then you should ask someone who was at that place and time!

According to this simple rule, we should imagine asking someone falling past an event horizon if a black hole has formed yet or not. They will say it has, and they will say they get to that central black hole in a finite time. Whether or not you get to receive that message is a more difficult issue, but they will say it all the same because reality happens somewhere, and we can always imagine someone there to experience it-- and ask them. Or at least, imagine what they would say in cases where communication gets difficult or impossible.

If you follow that one simple rule, then all these apparent coordinate paradoxes disappear immediately. Coordinates are a useful language for making calculations, but they are not a useful language for making assertions about "what is." That is an issue for observation, and all observations are local-- no one ever observes a coordinate, and way too much is made out of arbitrary coordinate choices.


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"all observations are local" - this simple statement packs a punch! Copenhagen Interpretation ... entanglement ... there is no such thing as an independent reality?
Chappo Says Reinstate Monica

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Not accessible to science, anyway. Science must be empirical, so it must be observer based, so it can only describe local events. That may limit its scope. It's how we keep invisible faeries out of science, but we don't know what else we lose. Still, if someone somewhere is saying the black hole has formed, and that they are crossing an event horizon, then we must allow the black hole does exist-- even if we know we can never receive the message and therefore cannot generate a global concept from our own observations.
Ken G

Einstein was deeply troubled by the realisation that reality is relative, which is why he wrote to Schrödinger in 1950, "You are the only contemporary physicist, besides Laue, who sees that one cannot get around the assumption of reality, if only one is honest. Most of them [other physicists] simply do not see what sort of risky game they are playing with reality—reality as something independent of what is experimentally established."
Chappo Says Reinstate Monica

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I am always surprised by that attitude, because it seems clear to me that we will always be limited by our ability to perceive. There was never any guarantees that we would be able to perceive reality in some kind of pure form-- it was always going to be what passes our filters. Even the choice to do science presents additional filters, where was the guarantee nothing would ever be lost?
Ken G

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An observer falling into a black hole does not see himself fall into the singularity unimpeded. The black hole will always evaporate before infinity, therefore the infalling observer will fall to the center of an evaporated black hole and find nothing special other than universal heat death.


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And by the way, physicists everywhere seem to be confused about what happens when you add infinity. Ignore black hole evaporation. The claim is that physics holds similarly true in all frames of reference. Except there is no frame of reference for a far away observer, because after an infinite amount of time, the infalling subject still never falls past the horizon. So there is no obvious reason to say the infalling observer will have a normal experience at time=infinity. You don't get to add infinity or divide by infinity. You have lost touch with physical concepts when you try to do it.
Smart guy

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The whole issue arises from an invalid analytical extension. It's like trying to describe the universe as a photon would see it unfold. The universe would exist only with two states: t=0 and t=1. The two states would share no discoverable relationship and would be truly arbitrary, because the photon experience requires dividing time by infinity, and is therefore meaningless to talk about.
Smart guy

I don't see what is wrong with this answer, assuming black holes actually do evaporate due to hawking radiation, and time dilation is such that the observer falling into the black hole observes the future of the universe. Might be nice if the answer elaborated on this a bit. Definitely an intriguing thought! In this case, I don't believe infinite time is involved, because a finite amount of time would pass before the black hole evaporates. Also see: astronomy.stackexchange.com/questions/2524/…
Jonathan

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It's wrong because the infaller reaches the center in a short time, on their own clock. They just don't care about the time coordinate being used by some person at infinity, and we should not use a nonlocal time coordinate to say 'what is going on' somewhere else. This is one of the central lessons of relativity-- reality is local, so ask the person on the scene. All else is just coordinates, and way too much is made of coordinates.
Ken G

Indeed, this is similar to the issue that arises in cosmology-- the "observable universe." Beyond the edge of that, there be dragons, that we assume away with a swipe of the cosmological principle-- yet all we know is that we will never know the full, global, universe, and whatever else it might contain that some observer is experiencing but we never will.
Ken G
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