ดาราศาสตร์

การเกิด Spaghettification เกิดขึ้นได้อย่างไรที่ Event Horizon ของหลุมดำมวลมหาศาล?

การเกิด Spaghettification เกิดขึ้นได้อย่างไรที่ Event Horizon ของหลุมดำมวลมหาศาล?


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

ถ้าแรงโน้มถ่วงแรงเกินไป วัตถุก็จะแตกออกจากกันเนื่องจากแรงโน้มถ่วงมีความแข็งแรงพอที่จะทำลายองค์ประกอบทางเคมีของวัตถุ เหตุใดเราจึงพิจารณาว่า " Spaghettification" เกี่ยวข้องในกรณีนี้ ?


3 คำตอบ 3

ฉันสงสัยว่าสิ่งที่ทำให้คุณสับสนคือความแตกต่างระหว่างระยะห่างคงที่จากหลุมดำกับการตกลงไปอย่างอิสระ ให้ฉันลองเปรียบเทียบเพื่อแสดงสิ่งที่ฉันหมายถึง

สมมติว่าคุณกำลังแบกเป้ใบใหญ่และหนัก คุณจะสัมผัสได้ถึงแรงโน้มถ่วงของกระเป๋าเป้ที่ถ่วงคุณไว้ อย่างไรก็ตาม สิ่งนี้เกิดขึ้นเพียงเพราะคุณอยู่ห่างจากศูนย์กลางของโลกเป็นระยะทางคงที่ กล่าวคือ คุณกำลังยืนนิ่งอยู่บนพื้นผิวโลก หากคุณและกระเป๋าเป้สะพายหลังกระโดดลงจากหน้าผา (โดยไม่สนใจแรงต้านของอากาศ) คุณจะรู้สึกไม่มีแรงโน้มถ่วงขณะตกลงมาและกระเป๋าเป้สะพายหลังจะไม่มีน้ำหนักใดๆ

หากตอนนี้เราเปลี่ยนความสนใจไปที่หลุมดำ หากคุณพยายามอยู่ห่างจากหลุมดำให้คงที่ (น่าจะมาจากการยิงจรวดบนยานอวกาศของคุณ) คุณจะรู้สึกถึงน้ำหนักของกระเป๋าเป้ และน้ำหนักจะมากขึ้น และใหญ่ขึ้นเมื่อคุณเข้าใกล้ขอบฟ้าเหตุการณ์ ในความเป็นจริงน้ำหนักถูกกำหนดโดย:

โดยที่ $m$ คือมวลของกระเป๋าเป้สะพายหลัง $M$ คือมวลของหลุมดำ $r_s$ คือรัศมีของเหตุการณ์และ $r$ คือระยะห่างจากจุดศูนย์กลางของหลุมดำ เมื่อคุณเข้าใกล้ขอบฟ้าเหตุการณ์ เช่น $r ightarrow r_s$ สมการ (1) บอกเราว่าแรงเคลื่อนเข้าสู่อนันต์ นั่นเป็นเหตุผลที่เมื่อคุณไปถึงขอบฟ้าเหตุการณ์แล้ว จะไม่สามารถต้านทานการตกด้านในได้

แต่คุณสัมผัสได้ถึงพลังนี้เพียงเพราะคุณกำลังพยายามต้านทานแรงโน้มถ่วงของหลุมดำ หากคุณเพียงแค่เหวี่ยงตัวเองลงจากยานอวกาศของคุณไปยังหลุมดำ คุณจะไม่รู้สึกหนักเลย คุณจะตกลงไปในขอบฟ้าของเหตุการณ์โดยไม่สังเกตเห็นอะไรเป็นพิเศษ ในความเป็นจริง คุณจะเห็นขอบฟ้าเหตุการณ์ชัดเจนถอยกลับก่อนคุณ และคุณจะไม่มีวันข้ามสิ่งที่ดูเหมือนขอบฟ้ามาสู่คุณ

แต่มีปรากฏการณ์อื่นที่อาจทำให้คุณมีปัญหาได้ และสิ่งนี้เกี่ยวข้องกับปรากฏการณ์สปาเก็ตตี้ที่คุณกล่าวถึง ในช่วงเวลาใดส่วนหนึ่งของคุณจะอยู่ใกล้ศูนย์กลางของหลุมดำมากกว่าส่วนอื่นๆ ตัวอย่างเช่น หากคุณล้มเท้าลงก่อน เท้าของคุณจะอยู่ใกล้จุดศูนย์กลางมากกว่าศีรษะของคุณ นั่นหมายความว่าเท้าของคุณจะเร่งเร็วกว่าศีรษะเล็กน้อย และผลลัพธ์สุดท้ายคือคุณยืดออกเล็กน้อย สิ่งนี้เรียกว่าแรงน้ำขึ้นน้ำลง และมันเกิดขึ้นกับทุกแหล่งของแรงโน้มถ่วง ไม่ใช่แค่หลุมดำเท่านั้น แม้แต่บนพื้นโลก แรงโน้มถ่วงที่เท้าของคุณก็ยังสูงกว่าบนศีรษะของคุณเล็กน้อย แม้ว่าความแตกต่างจะเล็กมากจนคุณไม่เคยสังเกตเห็น

เรื่องของหลุมดำก็คือเพราะแรงโน้มถ่วงของมันแรงมาก แรงน้ำขึ้นน้ำลงจึงแข็งแกร่งมากอย่างแน่นอน อันที่จริงพวกมันแรงมากจนดึงคุณออกมาเป็นเส้นบาง ๆ ยาว ๆ เหมือนกับเส้นสปาเก็ตตี้ชิ้นหนึ่ง - ดังนั้นคำ ปาเก็ตตี้.

แต่พลังน้ำขึ้นน้ำลงจะกลายเป็นอนันต์ที่ใจกลางหลุมดำเท่านั้น พวกมันไม่ได้ไม่มีที่สิ้นสุดที่ขอบฟ้าเหตุการณ์ และในความเป็นจริงสำหรับหลุมดำขนาดใหญ่เพียงพอ แรงไทดัลที่ขอบฟ้าเหตุการณ์อาจมีขนาดเล็กเล็กน้อย สมการของการแปรผันของความเร่งโน้มถ่วงกับระยะทางคือ:

ถ้าเราหาหลุมดำที่มีมวลของดวงอาทิตย์แล้วใช้สมการ (2) เพื่อคำนวณแรงไทดัล เราจะได้ $Delta a/Delta r ประมาณ 10^<9>g$/m ดังนั้นหากคุณสูง 2 เมตร ความเร่งระหว่างหัวกับเท้าของคุณจะเท่ากับ $2 คูณ 10^9g$ โดยที่ $g$ คือความเร่งโน้มถ่วงที่พื้นผิวโลก สิ่งนี้จะทำให้คุณกระปรี้กระเปร่าได้อย่างมีประสิทธิภาพ อย่างไรก็ตาม ที่ขอบฟ้าเหตุการณ์ของหลุมดำมวลมหาศาลที่มีมวลเป็นล้านดวงอาทิตย์ ความแตกต่างระหว่างศีรษะและเท้าของคุณจะอยู่ที่ 0.001$g$ เท่านั้น และคุณจะต้องลำบากที่จะสัมผัสถึงมัน


หลุมดำดาวฤกษ์

แม้ว่าแมวของคุณไม่น่าจะกลายเป็นหลุมดำในเร็วๆ นี้ แต่สิ่งที่ใหญ่กว่าเล็กน้อย (เช่นดาว) อาจเป็นไปได้

ก๊าซที่ประกอบด้วยดาวฤกษ์ ต้องการ เพื่อจมลงสู่ใจกลางดาว ดาวมี มาก ของแรงโน้มถ่วง มากกว่าแมวส่วนใหญ่ อย่างไรก็ตาม เมื่อก๊าซถูกดูดเข้าด้านใน นิวเคลียสของอะตอมของพวกมันก็จะรวมกันเป็นก้อน การบดขยี้นี้นำไปสู่การหลอมนิวเคลียร์ซึ่งปล่อยพลังงานออกมา ที่มีแนวโน้มที่จะผลักก๊าซออกไปด้านนอก

เป็นไปได้ที่จะข้ามขอบฟ้าเหตุการณ์ของหลุมดำมวลมหาศาลโดยไม่รู้ตัว เช่นกรณีที่มีหลุมดำมวลมหาศาลที่ใจกลางกาแลคซีของเรา

มีความเข้าใจระหว่างแรงโน้มถ่วง ต้องการให้สิ่งที่ดึงเข้าด้านใน และการแผ่รังสีพลังงานที่ผลักสิ่งของออกไปด้านนอก ดาวฤกษ์รักษาขนาดของมัน อย่างไรก็ตามดาวบางดวงก็ดับลงในที่สุด ไม่มีการบีบคั้นพลังงานใดๆ จากนิวเคลียสของอะตอมที่หมดแรงอีกต่อไป จากนั้นแรงโน้มถ่วงจะชนะ ดาวดวงนั้นถล่มลงมา หลุมดำ.

หมัดของเราผ่านการย่อยนานก่อนที่จะถึงขอบฟ้าเหตุการณ์ของแมว อย่างไรก็ตาม สมการ 6 แสดงว่ารัศมี Schwartzchild ขึ้นอยู่กับมวลเป็นเส้นตรง มวลของเอนทิตีที่เป็นเนื้อเดียวกันขึ้นอยู่กับปริมาตร ซึ่งเพิ่มขึ้นด้วย ลูกบาศก์ ของรัศมีทางกายภาพของร่างกาย

เมื่อหลุมดำสะสมสสาร รัศมีชวาร์ตซไชลด์จะเพิ่มขึ้นเร็วกว่ารัศมีทางกายภาพ ขอบฟ้าเหตุการณ์ของหลุมดำมวลมหาศาลอาจขยายออกไปไกลเกินกว่าจุดที่เกิดการแตกตัวของอนุภาค ดังนั้นจึงเป็นไปได้ที่จะข้ามขอบฟ้าเหตุการณ์ของหลุมดำดังกล่าวโดยไม่ได้สังเกต กรณีนี้เกิดขึ้นกับหลุมดำมวลมหาศาลที่ใจกลางกาแลคซีของเรา

นักวิทยาศาสตร์บางคนคิดว่า ทั้งจักรวาล อยู่ในรัศมีชวาร์ตซ์ไชลด์ของหลุมดำซุปเปอร์ได-ดูเปอร์ เป็นไปได้ไหมว่าจักรวาลของเราเป็นเพียงหนึ่งในหลาย ๆ จักรวาลที่ครอบครองจักรวาลแม่?

แมวของฉันจะไม่กลายเป็นหลุมดำ แต่เธอคงคิดว่า เธอคือ ที่ศูนย์กลางของจักรวาล


สารบัญ

ในจักรวาลวิทยา ขอบฟ้าเหตุการณ์ของเอกภพที่สังเกตได้คือระยะห่างที่ใหญ่ที่สุดที่แสงปล่อยออกมา ตอนนี้ สามารถเข้าถึงผู้สังเกตการณ์ได้ในอนาคต ซึ่งแตกต่างจากแนวความคิดของขอบฟ้าอนุภาค ซึ่งแสดงถึงระยะห่างที่ใหญ่ที่สุดจากแสงที่ปล่อยออกมาใน อดีต สามารถไปถึงผู้สังเกตได้ในเวลาที่กำหนด สำหรับเหตุการณ์ที่เกิดขึ้นเกินกว่าระยะทางนั้น แสงไม่มีเวลาพอที่จะไปถึงตำแหน่งของเรา แม้ว่าจะปล่อยออกมาในเวลาที่เอกภพเริ่มต้นก็ตาม วิวัฒนาการของขอบฟ้าอนุภาคเมื่อเวลาผ่านไปขึ้นอยู่กับธรรมชาติของการขยายตัวของเอกภพ หากการขยายตัวมีลักษณะเฉพาะ ส่วนต่างๆ ของจักรวาลจะไม่สามารถสังเกตได้ ไม่ว่าผู้สังเกตการณ์จะรอให้แสงจากบริเวณเหล่านั้นมานานแค่ไหนก็ตาม ขอบเขตที่เกินกว่าที่เหตุการณ์ไม่สามารถสังเกตได้คือขอบฟ้าเหตุการณ์ และแสดงถึงขอบเขตสูงสุดของขอบฟ้าอนุภาค

เกณฑ์ในการพิจารณาว่าขอบฟ้าอนุภาคสำหรับเอกภพมีอยู่หรือไม่ กำหนดระยะโคจร dพี เช่น

ในสมการนี้ คือตัวประกอบสเกล คือความเร็วแสง และ t0 คืออายุของจักรวาล ถ้า dพี → ∞ (เช่น ชี้จุดที่ไกลที่สุดเท่าที่จะสังเกตได้) จากนั้นจะไม่มีขอบฟ้าเหตุการณ์ ถ้า dพี ≠ ∞ มีขอบฟ้าอยู่

ตัวอย่างของแบบจำลองจักรวาลวิทยาที่ไม่มีขอบฟ้าเหตุการณ์คือจักรวาลที่ถูกครอบงำด้วยสสารหรือการแผ่รังสี ตัวอย่างของแบบจำลองจักรวาลวิทยาที่มีขอบฟ้าเหตุการณ์คือจักรวาลที่ถูกครอบงำด้วยค่าคงที่จักรวาลวิทยา (a de Sitter Universe)

การคำนวณความเร็วของเหตุการณ์จักรวาลวิทยาและขอบฟ้าอนุภาคได้รับในบทความเกี่ยวกับแบบจำลองจักรวาลวิทยา FLRW ซึ่งประมาณจักรวาลโดยประกอบด้วยองค์ประกอบที่ไม่มีปฏิสัมพันธ์ ซึ่งแต่ละองค์ประกอบเป็นของเหลวที่สมบูรณ์แบบ [6] [7]

ขอบฟ้าที่ชัดเจนของอนุภาคเร่ง Edit

ถ้าอนุภาคเคลื่อนที่ด้วยความเร็วคงที่ในเอกภพที่ไม่ขยายตัวซึ่งปราศจากสนามแรงโน้มถ่วง เหตุการณ์ใดๆ ที่เกิดขึ้นในจักรวาลนั้นก็จะสามารถสังเกตได้โดยอนุภาคในที่สุด เพราะแสงจากข้างหน้าโคนจากเหตุการณ์เหล่านี้ตัดกับเส้นโลกของอนุภาค ในทางกลับกัน หากอนุภาคมีอัตราเร่ง ในบางสถานการณ์ โคนแสงจากเหตุการณ์บางอย่างจะไม่ตัดกับเส้นโลกของอนุภาค ภายใต้เงื่อนไขเหล่านี้ ขอบฟ้าปรากฏอยู่ในกรอบอ้างอิง (การเร่งความเร็ว) ของอนุภาค ซึ่งแสดงถึงขอบเขตที่อยู่เหนือเหตุการณ์ที่ไม่อาจสังเกตได้

ตัวอย่างเช่น สิ่งนี้เกิดขึ้นกับอนุภาคที่มีความเร่งสม่ำเสมอ แผนภาพกาลอวกาศของสถานการณ์นี้แสดงในรูปทางด้านขวา เมื่ออนุภาคเร่งตัวขึ้น อนุภาคจะเข้าใกล้ แต่ไม่ถึง ความเร็วแสงเทียบกับกรอบอ้างอิงเดิม บนแผนภาพกาลอวกาศ เส้นทางของมันคือไฮเปอร์โบลา ซึ่งเข้าใกล้เส้น 45 องศาแบบไม่มีซีมโทติค (เส้นทางของรังสีแสง) เหตุการณ์ที่มีขอบของกรวยแสงเป็นเส้นกำกับนี้หรืออยู่ไกลกว่าเส้นกำกับนี้ไม่สามารถสังเกตได้โดยอนุภาคที่เร่งความเร็ว ในกรอบอ้างอิงของอนุภาค มีขอบเขตเบื้องหลังซึ่งสัญญาณไม่สามารถหลบหนีได้ (เส้นขอบฟ้าปรากฏ) ระยะทางไปยังขอบเขตนี้กำหนดโดย c 2 / a /a> โดยที่ คือความเร่งคงที่ที่เหมาะสมของอนุภาค

ในขณะที่การประมาณของสถานการณ์ประเภทนี้สามารถเกิดขึ้นได้ในโลกแห่งความเป็นจริง [ ต้องการการอ้างอิง ] (เช่น ในเครื่องเร่งอนุภาค) ขอบฟ้าเหตุการณ์จริงจะไม่ปรากฏ เนื่องจากสิ่งนี้ต้องการให้อนุภาคถูกเร่งอย่างไม่มีกำหนด (ต้องใช้พลังงานปริมาณมากตามอำเภอใจและอุปกรณ์ขนาดใหญ่ตามอำเภอใจ)

โต้ตอบกับขอบฟ้าจักรวาล Edit

ในกรณีของเส้นขอบฟ้าที่ผู้สังเกตที่เร่งความเร็วสม่ำเสมอในพื้นที่ว่างรับรู้เส้นขอบฟ้า ดูเหมือนว่าเส้นขอบฟ้าจะยังคงอยู่ห่างจากผู้สังเกตคงที่ไม่ว่าสภาพแวดล้อมจะเคลื่อนที่อย่างไร การแปรผันของความเร่งของผู้สังเกตอาจทำให้เส้นขอบฟ้าดูเหมือนเคลื่อนไปตามกาลเวลา หรืออาจทำให้ขอบฟ้าเหตุการณ์ไม่ปรากฏ ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับฟังก์ชันการเร่งความเร็วที่เลือก ผู้สังเกตการณ์ไม่เคยแตะขอบฟ้าและไม่เคยผ่านตำแหน่งที่ดูเหมือนว่าจะเป็น

ในกรณีของเส้นขอบฟ้าที่รับรู้โดยผู้ครอบครองจักรวาล de Sitter ขอบฟ้าดูเหมือนจะเป็นระยะห่างที่แน่นอนเสมอสำหรับผู้สังเกตที่ไม่เร่งความเร็ว มันไม่เคยได้รับการติดต่อ แม้แต่ผู้สังเกตการณ์ที่เร่งรีบ


ห่างจากหลุมดำ อนุภาคสามารถเคลื่อนที่ไปในทิศทางใดก็ได้ ถูกจำกัดด้วยความเร็วแสงเท่านั้น

ยิ่งใกล้กาลอวกาศของหลุมดำเริ่มที่จะเปลี่ยนรูป ในระบบพิกัดที่สะดวกบางระบบ มีเส้นทางไปสู่หลุมดำมากกว่าเส้นทางที่เคลื่อนออกไป [หมายเหตุ 1]

ภายในขอบฟ้าเหตุการณ์ เส้นทางเวลาในอนาคตทั้งหมดทำให้อนุภาคเข้าใกล้ศูนย์กลางของหลุมดำมากขึ้น อนุภาคจะหนีไม่พ้นอีกต่อไป ไม่ว่าอนุภาคจะเดินทางไปในทิศทางใด

หนึ่งในตัวอย่างที่รู้จักกันดีที่สุดของขอบฟ้าเหตุการณ์มาจากคำอธิบายของทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปเกี่ยวกับหลุมดำ ซึ่งเป็นวัตถุท้องฟ้าที่มีความหนาแน่นมากจนไม่มีสสารใกล้เคียงหรือการแผ่รังสีใดๆ รอดจากสนามโน้มถ่วงของมันได้ บ่อยครั้งสิ่งนี้ถูกอธิบายว่าเป็นขอบเขตภายในที่ความเร็วหลบหนีของหลุมดำนั้นมากกว่าความเร็วของแสง อย่างไรก็ตาม คำอธิบายที่ละเอียดยิ่งขึ้นคือภายในขอบฟ้านี้ เส้นทางที่เหมือนแสงทั้งหมด (เส้นทางที่แสงสามารถใช้ได้) และด้วยเหตุนี้เส้นทางทั้งหมดในกรวยแสงไปข้างหน้าของอนุภาคในขอบฟ้าจึงบิดเบี้ยวจนตกลงไปในรูมากขึ้น เมื่ออนุภาคอยู่ในขอบฟ้า การเคลื่อนตัวเข้าไปในรูจะหลีกเลี่ยงไม่ได้เท่ากับการเคลื่อนไปข้างหน้าในเวลา ไม่ว่าอนุภาคจะเดินทางไปในทิศทางใด และจริงๆ แล้วสามารถคิดได้ว่าเทียบเท่ากับการทำเช่นนั้น ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับระบบพิกัดกาลอวกาศที่ใช้ [9] [10] [11] [12]

พื้นผิวที่รัศมีชวาร์ซชิลด์ทำหน้าที่เป็นขอบฟ้าเหตุการณ์ในตัววัตถุที่ไม่หมุนซึ่งพอดีกับรัศมีนี้ (แม้ว่าหลุมดำที่หมุนอยู่จะทำงานต่างกันเล็กน้อย) รัศมีชวาร์ซชิลด์ของวัตถุเป็นสัดส่วนกับมวลของวัตถุ ในทางทฤษฎี สสารจำนวนเท่าใดก็ได้จะกลายเป็นหลุมดำหากถูกบีบอัดเข้าไปในพื้นที่ที่พอดีกับรัศมีชวาร์ซชิลด์ที่สอดคล้องกัน สำหรับมวลของดวงอาทิตย์รัศมีนี้อยู่ที่ประมาณ 3 กิโลเมตร และสำหรับโลกจะมีรัศมีประมาณ 9 มิลลิเมตร อย่างไรก็ตาม ในทางปฏิบัติ ทั้งโลกและดวงอาทิตย์ไม่มีมวลที่จำเป็นและดังนั้นจึงไม่มีแรงโน้มถ่วงที่จำเป็น เพื่อเอาชนะแรงดันอิเล็กตรอนและความเสื่อมของนิวตรอน มวลน้อยที่สุดที่จำเป็นสำหรับดาวฤกษ์เพื่อให้สามารถยุบตัวเกินกว่าแรงกดดันเหล่านี้คือขีดจำกัดโทลมัน–ออพเพนไฮเมอร์–โวลคอฟฟ์ ซึ่งมีมวลประมาณสามเท่าดวงอาทิตย์

ตามแบบจำลองการยุบตัวของแรงโน้มถ่วงพื้นฐาน [13] ขอบฟ้าเหตุการณ์ก่อตัวขึ้นก่อนภาวะเอกฐานของหลุมดำ หากดาวทุกดวงในทางช้างเผือกค่อยๆ รวมตัวเข้าหาศูนย์กลางดาราจักรโดยรักษาระยะห่างจากกันและกันตามสัดส่วน ดาวทั้งหมดจะตกอยู่ภายในรัศมีชวาร์ซชิลด์ร่วมของพวกมันนานก่อนจะถูกบีบให้ชนกัน [3] จนถึงการล่มสลายในอนาคตอันไกลโพ้น ผู้สังเกตการณ์ในดาราจักรที่ล้อมรอบด้วยขอบฟ้าเหตุการณ์จะดำเนินชีวิตไปตามปกติ

ขอบฟ้าเหตุการณ์หลุมดำถูกเข้าใจผิดอย่างกว้างขวาง แม้ว่าโดยทั่วไปจะผิดพลาด แต่แนวคิดที่ว่าหลุมดำ "ดูดฝุ่น" วัตถุในละแวกบ้าน ซึ่งอันที่จริงแล้ว หลุมดำนั้นไม่สามารถหาวัสดุเพื่อบริโภคได้มากไปกว่าเครื่องดึงดูดแรงโน้มถ่วงแบบอื่นๆ เช่นเดียวกับมวลใดๆ ในจักรวาล สสารต้องอยู่ภายในขอบเขตความโน้มถ่วงของสสารจึงจะมีความเป็นไปได้ที่จะมีการจับหรือรวมเข้ากับมวลอื่นๆ แนวคิดทั่วไปที่เท่าเทียมกันคือสามารถสังเกตสสารที่ตกลงไปในหลุมดำได้ นี้เป็นไปไม่ได้ นักดาราศาสตร์สามารถตรวจจับได้เฉพาะจานเพิ่มมวลรอบหลุมดำ ซึ่งวัสดุเคลื่อนที่ด้วยความเร็วจนเกิดการเสียดสีทำให้เกิดการแผ่รังสีพลังงานสูงซึ่งสามารถตรวจจับได้ (ในทำนองเดียวกัน วัตถุบางอย่างจากจานสะสมเหล่านี้ถูกผลักออกไปตามแกนหมุนของหลุมดำทำให้เกิด เครื่องบินไอพ่นที่มองเห็นได้เมื่อลำธารเหล่านี้มีปฏิสัมพันธ์กับสสาร เช่น ก๊าซระหว่างดวงดาว หรือเมื่อบังเอิญพุ่งตรงมายังโลก) ยิ่งไปกว่านั้น ผู้สังเกตการณ์ที่อยู่ห่างไกลจะไม่มีวันเห็นสิ่งที่ไปถึงขอบฟ้าจริงๆ ขณะเข้าใกล้หลุม วัตถุดูเหมือนจะไปช้ากว่าเดิม ในขณะที่แสงใดๆ ที่ปล่อยออกมาจะยิ่งห่างออกไปและเปลี่ยนเป็นสีแดงมากขึ้น

ขอบฟ้าเหตุการณ์หลุมดำมีลักษณะทาง teleological ซึ่งหมายความว่าเราจำเป็นต้องรู้กาลอวกาศในอนาคตทั้งหมดของจักรวาลเพื่อกำหนดตำแหน่งปัจจุบันของขอบฟ้า ซึ่งเป็นไปไม่ได้โดยพื้นฐานแล้ว เนื่องจากลักษณะทางทฤษฎีล้วนๆ ของขอบเขตขอบฟ้าเหตุการณ์ วัตถุที่เคลื่อนที่จึงไม่จำเป็นต้องประสบกับเอฟเฟกต์แปลก ๆ และที่จริงแล้ว ผ่านขอบเขตการคำนวนด้วยระยะเวลาที่เหมาะสมที่จำกัด [14]

โต้ตอบกับขอบฟ้าหลุมดำ Edit

ความเข้าใจผิดเกี่ยวกับขอบฟ้าเหตุการณ์ โดยเฉพาะอย่างยิ่งขอบฟ้าเหตุการณ์ของหลุมดำ คือ พวกมันเป็นตัวแทนของพื้นผิวที่ไม่เปลี่ยนรูปซึ่งทำลายวัตถุที่เข้าใกล้พวกมัน ในทางปฏิบัติ ขอบฟ้าเหตุการณ์ทั้งหมดดูเหมือนจะอยู่ห่างจากผู้สังเกต และวัตถุที่ส่งไปยังขอบฟ้าเหตุการณ์จะไม่ปรากฏว่าข้ามจากมุมมองของผู้สังเกตที่ส่ง (เนื่องจากกรวยแสงของเหตุการณ์ที่ข้ามขอบฟ้าไม่เคยตัดกับเส้นโลกของผู้สังเกต ). ความพยายามที่จะทำให้วัตถุใกล้ขอบฟ้ายังคงนิ่งอยู่กับที่เมื่อเทียบกับผู้สังเกต ต้องใช้แรงที่มีขนาดเพิ่มขึ้นอย่างไม่มีขอบเขต (กลายเป็นอนันต์) ยิ่งวัตถุเข้าใกล้

ในกรณีของขอบฟ้ารอบหลุมดำ ผู้สังเกตการณ์ที่อยู่กับที่โดยเทียบกับวัตถุที่อยู่ห่างไกลจะตกลงกันว่าขอบฟ้าอยู่ที่ไหน แม้ว่าสิ่งนี้ดูเหมือนจะทำให้ผู้สังเกตก้มลงไปที่รูบนเชือก (หรือไม้เรียว) เพื่อสัมผัสกับเส้นขอบฟ้า แต่ในทางปฏิบัติสิ่งนี้ไม่สามารถทำได้ ระยะห่างจากเส้นขอบฟ้าที่เหมาะสมมีจำกัด [15] ดังนั้น ความยาวของเชือกที่ต้องการก็จะจำกัดเช่นกัน แต่ถ้าเชือกถูกลดระดับลงอย่างช้าๆ (เพื่อให้แต่ละจุดบนเชือกหยุดนิ่งโดยประมาณในพิกัดชวาร์ซชิลด์) ระยะที่เหมาะสม ความเร่ง (แรง G) ที่เกิดจากจุดบนเชือกที่เข้าใกล้ขอบฟ้ามากขึ้นเรื่อยๆ จะเข้าใกล้อนันต์ ดังนั้นเชือกจะถูกฉีกออกจากกัน หากเชือกถูกลดระดับลงอย่างรวดเร็ว (อาจถึงแม้จะตกอย่างอิสระ) ผู้สังเกตที่ด้านล่างของเชือกก็สามารถสัมผัสและแม้แต่ข้ามขอบฟ้าเหตุการณ์ได้ แต่เมื่อสิ่งนี้เกิดขึ้น เป็นไปไม่ได้ที่จะดึงด้านล่างของเชือกออกจากขอบฟ้าเหตุการณ์ เนื่องจากหากเชือกถูกดึงตึง แรงตามเชือกจะเพิ่มขึ้นโดยไม่มีการผูกมัดเมื่อเข้าใกล้ขอบฟ้าเหตุการณ์และเมื่อถึงจุดหนึ่ง เชือกจะต้องขาด . นอกจากนี้ การหยุดพักต้องไม่เกิดขึ้นที่ขอบฟ้าเหตุการณ์ แต่ ณ จุดที่ผู้สังเกตที่สองสามารถสังเกตได้

สมมติว่าเส้นขอบฟ้าปรากฏที่เป็นไปได้อยู่ไกลในขอบฟ้าเหตุการณ์ หรือไม่มีเลย ผู้สังเกตการณ์ที่ข้ามขอบฟ้าเหตุการณ์หลุมดำจะไม่เห็นหรือรู้สึกว่ามีอะไรพิเศษเกิดขึ้นในขณะนั้น ในแง่ของรูปลักษณ์ภายนอก ผู้สังเกตการณ์ที่ตกลงไปในหลุมจะรับรู้ถึงขอบฟ้าที่มองเห็นได้ในที่สุดว่าเป็นพื้นที่สีดำที่ผ่านไม่ได้ซึ่งล้อมรอบภาวะเอกฐาน [16] วัตถุอื่น ๆ ที่เข้าสู่บริเวณขอบฟ้าตามเส้นทางรัศมีเดียวกันแต่ก่อนหน้านี้จะปรากฏใต้ผู้สังเกตตราบใดที่ไม่ได้เข้าไปในขอบฟ้าที่ปรากฏ และสามารถแลกเปลี่ยนข้อความได้ การเพิ่มพลังน้ำขึ้นน้ำลงก็เป็นผลกระทบที่สังเกตได้ในท้องถิ่นเช่นกัน เนื่องจากเป็นหน้าที่ของมวลของหลุมดำ ในหลุมดำที่เป็นตัวเอกที่เหมือนจริง การแยกตัวเกิดขึ้นก่อนกำหนด: แรงไทดัลฉีกวัสดุออกจากกันก่อนถึงขอบฟ้าเหตุการณ์ อย่างไรก็ตาม ในหลุมดำมวลยวดยิ่งซึ่งพบในใจกลางดาราจักร การเกิด Spaghettification เกิดขึ้นภายในขอบฟ้าเหตุการณ์ นักบินอวกาศมนุษย์จะรอดจากการตกผ่านขอบฟ้าเหตุการณ์เฉพาะในหลุมดำที่มีมวลประมาณ 10,000 เท่าสุริยะหรือมากกว่า [17]

นอกเหนือจากทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป Edit general

ขอบฟ้าเหตุการณ์ในจักรวาลเป็นที่ยอมรับกันโดยทั่วไปว่าเป็นขอบฟ้าเหตุการณ์จริง ในขณะที่คำอธิบายของขอบฟ้าเหตุการณ์หลุมดำในพื้นที่ที่กำหนดโดยทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปพบว่าไม่สมบูรณ์และเป็นที่ถกเถียงกัน [2] [3] เมื่อมีการจำลองสภาวะภายใต้ขอบฟ้าเหตุการณ์ในท้องถิ่นโดยใช้ภาพที่ครอบคลุมมากขึ้นเกี่ยวกับวิธีการทำงานของจักรวาล ซึ่งรวมถึงทั้งทฤษฎีสัมพัทธภาพและกลศาสตร์ควอนตัม คาดว่าขอบฟ้าเหตุการณ์ในท้องถิ่นจะมีคุณสมบัติที่แตกต่างจากเงื่อนไขเหล่านั้น ทำนายโดยใช้ทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปเพียงอย่างเดียว

ในปัจจุบัน กลไกการแผ่รังสีของ Hawking คาดการณ์ว่าผลกระทบหลักของผลกระทบของควอนตัมคือการที่ขอบฟ้าเหตุการณ์จะมีอุณหภูมิและปล่อยรังสีออกมา สำหรับหลุมดำ สิ่งนี้ปรากฏเป็นรังสีฮอว์คิง และคำถามที่ใหญ่กว่าว่าหลุมดำมีอุณหภูมิอย่างไรนั้นเป็นส่วนหนึ่งของหัวข้อเทอร์โมไดนามิกส์ของหลุมดำ สำหรับการเร่งอนุภาค สิ่งนี้จะปรากฏเป็นเอฟเฟกต์ Unruh ซึ่งทำให้พื้นที่รอบ ๆ อนุภาคดูเหมือนจะเต็มไปด้วยสสารและการแผ่รังสี

ตามสมมติฐานของไฟร์วอลล์หลุมดำที่มีการโต้เถียงกัน สสารที่ตกลงไปในหลุมดำจะถูกเผาเป็นไฟโดย "ไฟร์วอลล์" พลังงานสูงที่ขอบฟ้าเหตุการณ์

อีกทางเลือกหนึ่งถูกจัดเตรียมโดยหลักการเสริม ซึ่งในแผนภูมิของผู้สังเกตการณ์ไกล สสารที่ตกลงมาจะถูกทำให้ร้อนที่ขอบฟ้าและส่งกลับเป็นรังสีฮอว์คิง ในขณะที่แผนภูมิของผู้สังเกตการณ์ที่ตกลงมานั้นยังคงไม่ถูกรบกวนผ่านบริเวณด้านในและ ถูกทำลายในความเป็นเอกเทศ สมมติฐานนี้ไม่ได้ละเมิดทฤษฎีบทที่ไม่มีการโคลนนิ่ง เนื่องจากมีสำเนาข้อมูลเพียงชุดเดียวตามผู้สังเกตการณ์ที่กำหนด การเสริมกันของหลุมดำจริง ๆ แล้วได้รับการแนะนำโดยกฎการสเกลของสตริงที่เข้าใกล้ขอบฟ้าเหตุการณ์ โดยแนะนำว่าในแผนภูมิ Schwarzschild พวกมันขยายเพื่อครอบคลุมขอบฟ้าและทำให้ความร้อนเป็นเมมเบรนหนายาวของพลังค์

คำอธิบายที่สมบูรณ์ของขอบเขตเหตุการณ์ในท้องถิ่นที่เกิดจากแรงโน้มถ่วงคาดว่าจะต้องใช้ทฤษฎีแรงโน้มถ่วงควอนตัมเป็นอย่างน้อย ทฤษฎีผู้สมัครอย่างหนึ่งคือทฤษฎี M ทฤษฎีผู้สมัครอีกทฤษฎีหนึ่งคือแรงโน้มถ่วงควอนตัมแบบวนซ้ำ


ปาเก็ตตี้คืออะไร? ดาว 'ดูดใน' หลุมดำที่นักวิทยาศาสตร์เห็น

คำว่า spaghettification อธิบายการยืดในแนวตั้งที่แปลกประหลาดซึ่งเกิดขึ้นเมื่อวัตถุผ่านสนามโน้มถ่วงสุดขีด โดยเฉพาะอย่างยิ่ง หลุมดำมีแรงดึงโน้มถ่วงสูง ซึ่งเกินกว่าจุดหนึ่ง&mdashที่รู้จักกันในนามขอบฟ้าเหตุการณ์&mdashไม่มีอะไรแม้แต่แสงก็สามารถหลบหนีได้

การยืดตัวที่สัมผัสได้จากสิ่งที่ใกล้กับหลุมดำนั้นทรงพลังมาก จนไม่มีวัตถุใดสามารถต้านทานแรงที่กำลังประสบอยู่ได้ และจะถูกฉีกออกเป็นชิ้นๆ

"ถ้ามนุษย์เข้าใกล้หลุมดำมากพอ ตัวอย่างเช่น เท้าเป็นอันดับแรก แรงโน้มถ่วงจะเพิ่มขึ้นมากจนแรงโน้มถ่วงที่เท้าของพวกเขาจะมากกว่าแรงโน้มถ่วงที่ศีรษะของพวกเขา" มอร์แกน ฮอลลิส โฆษกของ Royal Astronomical Society ในสหราชอาณาจักรกล่าว นิวส์วีค ในอีเมล

“สิ่งนี้จะส่งผลให้พวกมันถูกยืดออกในแนวตั้ง เหมือนกับการยืดแป้งให้เป็นเส้นสปาเก็ตตี้&mdashนี่คือความหมายของ 'การทำสปาเก็ตตี้'”

คำว่า "spaghettification" ถูกใช้มาตั้งแต่ปลายทศวรรษ 1970 เป็นอย่างน้อย และยังปรากฏในหนังสือที่รู้จักกันดีของ Stephen Hawking เรื่อง A Brief History of Time ซึ่งตีพิมพ์ครั้งแรกในปี 1988

ดวงดาวยังสามารถสัมผัสกับ "ปาเก็ตตี้ฟิเคชั่น" ในระหว่างที่นักดาราศาสตร์ฟิสิกส์เรียกว่า "เหตุการณ์การหยุดชะงักของกระแสน้ำ" นี่คือช่วงเวลาที่ดวงดาวเคลื่อนเข้ามาใกล้หลุมดำมวลมหาศาลมากเกินไปและถูกฉีกออกจากกันด้วยแรงโน้มถ่วงสุดขั้ว

นี่คือสิ่งที่เกิดขึ้นกับดาวฤกษ์ที่อยู่ห่างออกไปราว 215 ล้านปีแสง ซึ่งได้รับการบันทึกไว้ในการศึกษาที่ตีพิมพ์ใน ประกาศประจำเดือนของราชสมาคมดาราศาสตร์.

ทีมนักวิทยาศาสตร์ได้สังเกตแสงวาบอันทรงพลังในปีที่แล้ว ซึ่งเกิดจากหลุมดำมวลมหาศาลที่กลืนกินดาวฤกษ์

Matt Nicholl หัวหน้าทีมวิจัยจากมหาวิทยาลัยเบอร์มิงแฮม สหราชอาณาจักร กล่าวว่า ความคิดที่ว่าหลุมดำดูดดาวที่อยู่ใกล้ๆ นั้นฟังดูเหมือนนิยายวิทยาศาสตร์ แต่นี่คือสิ่งที่เกิดขึ้นในเหตุการณ์คลื่นรบกวน คำสั่ง

หลุมดำที่เป็นปัญหามีมวลประมาณหนึ่งล้านเท่าของดวงอาทิตย์ นักวิจัยกล่าวว่ามวลประมาณครึ่งหนึ่งของดาวฤกษ์ถูกจับเข้าไปในสิ่งที่เรียกว่าจานเพิ่มมวลรอบหลุมดำ ในขณะที่อีกครึ่งหนึ่งถูกขับออกไปด้านนอกด้วยไอพ่นอันทรงพลังของวัตถุที่เดินทางได้สูงถึง 22 ล้านไมล์ต่อชั่วโมง

แผ่นสะสมมวลสารเป็นโครงสร้างที่ร้อน บาง และหมุนได้ซึ่งประกอบด้วยสสารที่ตกลงไปในหลุมดำ ในกรณีนี้ นักวิทยาศาสตร์สังเกตเห็นฝุ่นและเศษซากจากดาวฤกษ์ที่ถูกดูดเข้าไปในดิสก์สะสมมวลของหลุมดำก่อนที่มันจะถูกแยกออกจากกัน

เหตุการณ์คลื่นรบกวนในการศึกษาและขนานนามว่า "AT2019qiz"&mdashi ใกล้โลกที่สุดเท่าที่เคยค้นพบ ให้ข้อมูลเชิงลึกที่ไม่เคยปรากฏมาก่อนเกี่ยวกับปรากฏการณ์นี้ สามารถช่วยปรับปรุงความเข้าใจของเราว่าหลุมดำมีปฏิสัมพันธ์กับวัสดุที่ล้อมรอบพวกมันอย่างไร

"เหตุการณ์นี้กำลังสอนเราเกี่ยวกับกระบวนการทางกายภาพโดยละเอียดของการเพิ่มขึ้นและการขับมวลออกจากหลุมดำมวลมหาศาล" Edo Berger ผู้เขียนการศึกษาอีกคนหนึ่งจากมหาวิทยาลัยฮาร์วาร์ดกล่าวในแถลงการณ์


การเกิดสปาเก็ตตี้เกิดขึ้นรอบๆ หลุมดำมวลมหาศาลหรือไม่?

ไม่รู้ว่าจริงหรือเปล่า แต่น่าจะได้นะ

การเกิดสปาเก็ตตี้เป็นผลให้เกิดความแตกต่างของแรงโน้มถ่วงระหว่างศีรษะและเท้าของคุณ (จริงๆ แล้วตลอดร่างกายของคุณ) ใน BH มวลมหาศาล ฉันเดาว่ารัศมีอาจใหญ่พอที่ส่วนต่างจะเล็กพอก่อนที่คุณจะกระทบพื้นผิวที่มันจะไม่ และคุณก็ถูกป้ายมันเข้าไป

เมื่อคุณไปถึงขอบฟ้าเหตุการณ์ (ซึ่งไม่ได้อยู่ที่นั่นเท่าที่คุณกังวล) คุณจะถึงวาระไม่ว่า BH จะขนาดไหน แต่ด้วย BH ที่เล็กกว่า คุณจะได้รับสปาเก็ตตี้ก่อนที่จะตี EH และขนาดใหญ่ที่คุณได้รับในภายหลังหรือ ไม่เคย

การเกิดสปาเก็ตตี้เกิดขึ้นจากการที่มีความโค้งมาก กล่าวคือ 6 ฟุต ทำให้เกิดความตึงเครียดบนร่างกาย จำไว้ว่าขอบฟ้าเหตุการณ์ไม่ใช่ภาวะเอกฐานทางกายภาพ แต่มองไม่เห็นร่างกายที่ผ่านไปมา (โดยเฉพาะอย่างยิ่ง พวกเขายังสามารถมองเห็นแสงที่ส่องเข้ามาจากภายนอกได้) ดังนั้น สำหรับหลุมดำขนาดเล็ก คุณจะรู้สึกตึงเครียดมากก่อนจะไปถึงขอบฟ้าเหตุการณ์ สำหรับที่ใหญ่กว่านั้น มันอาจจะอยู่ที่ขอบฟ้าเหตุการณ์ สำหรับหลุมดำที่มีดาวนับพันล้านดวง (เชื่อกันว่ามีอยู่ในกาแลคซีขนาดใหญ่บางแห่ง) หลุมดำนั้นจะอยู่ภายในขอบฟ้าก่อนที่ความโค้งจะสูงเกิน 6 ฟุต

[แก้ไข: การแก้ไขชี้ให้เห็นโดย phinds: หลุมดำที่ฉันหมายถึงขอบฟ้าเหตุการณ์]

Negen การอธิบายของ Pallen นั้นถูกต้องและครบถ้วน แต่ฉันเชื่อว่าในประโยคสุดท้ายของเขา "สำหรับหลุมดำพันล้านดาว (เชื่อกันว่ามีอยู่ในกาแลคซีขนาดใหญ่บางแห่ง) มันจะเข้าไปอยู่ในหลุมดำก่อนที่ความโค้งจะรุนแรงกว่า 6 ฟุต " เขาหมายถึงว่า ". ทางภายใน EVENT HORIZON " ไม่ใช่ " . ทางภายในหลุมดำ".

เมื่อฉันเริ่มอ่านเรื่องนี้ครั้งแรก ฉันต้องใช้เวลาสักพักกว่าจะเข้าใจสิ่งนี้ แต่อย่างที่เขาพูด EH ไม่ใช่อุปสรรคทางกายภาพใดๆ แรงดึงดูดภายนอก EH เพียงเล็กน้อยนั้นแตกต่างเพียงเล็กน้อยจากแรงโน้มถ่วงภายใน EH เพียงแต่ว่านอก EH นั้นยังคงเป็นไปได้ในทางทฤษฎีที่สิ่งต่าง ๆ จะหลบหนีและภายในนั้นไม่เป็นเช่นนั้น ยิ่งคุณเข้าใกล้ EH มากเท่าไร ก็ยิ่งต้องใช้พลังงานมากเท่านั้นในการหนีจากแรงโน้มถ่วงของ BH

สำหรับคนที่อยู่นอก EH ดูเหมือนว่ามีบางอย่างเกิดขึ้นที่ EH แต่นั่นอยู่ในกรอบอ้างอิงของพวกเขา ไม่ใช่ในกรอบอ้างอิงของวัตถุ AT the EH

ดังที่ PAllen ชี้ให้เห็น การปาเก็ตตี้เกิดขึ้นเนื่องจากมีขนาดใหญ่ ความแตกต่าง ในแรงระหว่างศีรษะและเท้าของคุณ ใน BH มวลมหาศาล การไล่ระดับสีจะน้อยกว่า ดังนั้นแม้ว่าค่าสัมบูรณ์จะยังคงมาก แต่ค่าสัมพัทธ์ก็ยังน้อย

มีความคล้ายคลึงกัน เช่น ความหนาแน่นของบรรยากาศ ที่อาจช่วยให้เข้าใจได้ง่ายขึ้น

โลกมีชั้นบรรยากาศจาก 0 ถึง 1 atmo ในพื้นที่ประมาณ 100 ไมล์
แม้ว่าดาวพฤหัสบดีจะมีความดันบรรยากาศหลายร้อยหรือหลายพันชั้นบรรยากาศในท้ายที่สุด แต่ก็มีฟลักซ์ (เปลี่ยนระยะทาง) ที่เล็กกว่าโลก มันอาจจะเปลี่ยนจาก 0 atmo เป็น 1 atmo มากกว่าพันไมล์ (มันอาจจะเปลี่ยนจาก 10 atmo เป็น 11 atmo มากกว่าพันไมล์ด้วย)

จะเห็นได้ว่า การไล่ระดับสี หรือ ฟลักซ์ หรือ เปลี่ยนระยะทาง ต่ำกว่ามาก แม้ว่าค่าสัมบูรณ์ที่แท้จริงจะสูงกว่ามาก

กลับไปที่หลุมดำและแรงโน้มถ่วง ฟลักซ์/การไล่ระดับสี/ระยะเปลี่ยนผ่านที่สูงคือสิ่งที่ส่งผลให้เกิดการแตกตัวของเส้น


หลุมดำมวลมหาศาลจุดชนวนหลุมดำขนาดเล็ก 2 แห่ง

นักดาราศาสตร์จาก Caltech รายงานว่าพวกเขาสังเกตเห็นการชนกันระหว่างสองหลุมดำ โดยปกติเหตุการณ์ดังกล่าวจะมองไม่เห็น แต่คราวนี้หลุมดำขนาดใหญ่กว่าที่นั่งอยู่ใกล้ ๆ ช่วยให้อีกสองดวงสว่างขึ้นเมื่อชนกัน หากได้รับการยืนยัน ผลการวิจัยที่ตีพิมพ์ใน Physical Review Letters จะเป็นการสังเกตการณ์เชิงแสงครั้งแรกที่เคยเกิดขึ้นจากการควบรวมกิจการของหลุมดำ

เกิดอะไรขึ้น: ตรวจพบครั้งแรกในเดือนพฤษภาคม 2019 และขนานนามว่า S190521g การควบรวมกิจการเกิดขึ้นห่างออกไปประมาณ 4 พันล้านปีแสง ในบริเวณใกล้เคียงกับหลุมดำมวลมหาศาลที่เรียกว่า J1249+3449 วัตถุนี้มีขนาดใหญ่กว่าดวงอาทิตย์ 100 ล้านเท่า โดยมีเส้นผ่านศูนย์กลางประมาณขนาดโคจรรอบดวงอาทิตย์ของโลก

หลุมดำขนาดเล็กสองแห่งซึ่งมีมวลมากกว่าดวงอาทิตย์ประมาณ 150 เท่า สะดุดเข้ากับดิสก์มวลรวมมวลมหาศาล: กลุ่มดาว ก๊าซ และฝุ่นที่หมุนวนอย่างช้าๆ สู่ขอบฟ้าเหตุการณ์ เกินกว่าที่แสงจะหลบเลี่ยงไม่ได้ .

เมื่อหลุมดำขนาดเล็ก 2 หลุมชนกัน แรงส่งวัตถุที่ผสานพุ่งออกจากดิสก์สะสมมวลด้วยความเร็วประมาณ 700,000 กิโลเมตรต่อชั่วโมง นักวิจัยคำนวณ เมื่อมันพุ่งขึ้นสู่อวกาศ หลุมดำที่รวมเข้าด้วยกันก็จุดแก๊สรอบๆ ในจาน ทำให้เกิดแสงที่สว่างกว่าดวงอาทิตย์ถึงล้านล้านเท่า

นักดาราศาสตร์เชื่อมโยงการควบรวมกิจการกับหลุมดำมวลมหาศาลอย่างไร: S190521g เช่นเดียวกับการควบรวมของหลุมดำอื่นๆ ทำให้เกิดระลอกคลื่นในกาลอวกาศที่ LIGO ตรวจพบบนโลก ซึ่งเป็นหอสังเกตการณ์คลื่นโน้มถ่วง เมื่อการสังเกตการณ์เหล่านั้นเข้ามา การแจ้งเตือนอัตโนมัติจะถูกส่งไปยังกล้องโทรทรรศน์ของโลกเพื่อดูว่าพวกเขาสามารถสังเกตเหตุการณ์ใด ๆ ในท้องฟ้ายามค่ำคืนที่อาจเกิดขึ้นพร้อมกับการควบรวมกิจการได้หรือไม่ ประมาณ 34 วันต่อมา Zwicky Transient Facility ในแคลิฟอร์เนียพบแสงที่เกิดจากการควบรวมกิจการ และนักวิทยาศาสตร์ได้เดินทางกลับมายัง J124942.3+344929

ความหมาย: หลุมดำไม่ควรมองเห็นได้ แต่การค้นพบใหม่เหล่านี้ชี้ให้เห็นว่าเราสามารถเห็นภาพวัตถุเหล่านี้ได้จริงโดยการสังเกตสสารโดยรอบที่พวกมันสว่างขึ้น มันไม่ได้แตกต่างไปจากที่กล้องโทรทรรศน์ขอบฟ้าเหตุการณ์จับภาพหลุมดำมวลมหาศาลที่โด่งดังในขณะนี้ซึ่งเปิดตัวเมื่อปีที่แล้ว ภาพนั้นไม่ใช่หลุมดำโดยตรง แต่เป็นก๊าซเรืองแสงและฝุ่นที่ล้อมรอบขอบฟ้าเหตุการณ์

การสร้างวิธีการสังเกตการควบรวมของหลุมดำอย่างใกล้ชิดในดิสก์สะสมมวลอาจช่วยให้เราสามารถตอบคำถามว่าสสารมีปฏิสัมพันธ์กับวัตถุเหล่านี้อย่างไร และสามารถคาดการณ์การควบรวมกิจการได้ก่อนที่จะเกิดขึ้นหรือไม่ ทีมงานของ Caltech เชื่อว่าเป็นไปได้ว่าหลุมดำเหล่านี้เป็นผลมาจากการควบรวมกิจการครั้งก่อนที่ยาวนาน และ S190521g เป็นเพียงรุ่นใหม่ล่าสุด

อะไรต่อไป: ผลการวิจัยยังคงต้องได้รับการยืนยัน นักดาราศาสตร์จะทำการวิเคราะห์รายละเอียดเพิ่มเติมของ S190521g เพื่อดูว่าการควบรวมกิจการและเปลวไฟที่เกี่ยวข้องกับ J124942.3+344929 เชื่อมต่อกันจริงหรือไม่


การเคลื่อนไหวที่เป็นไปได้ภายในขอบฟ้าเหตุการณ์หลุมดำ

คำถามมีดังนี้ สมมติว่าฉันโยนแท่งโลหะยาว 1 เมตรภายในขอบฟ้าเหตุการณ์ของหลุมดำมวลมหาศาลที่มีมวล 1 ล้านสุริยะ มีแหล่งกำเนิดแสงที่ปลายทั้งสองของแถบโลหะ

(ฉันเลือกหลุมดำมวลมหาศาลเพื่อแยกแยะกระบวนการสปาเก็ตตี้ออก: ด้วยการคำนวณอย่างรวดเร็ว แรงไทดัลบนแท่งโลหะจะอยู่ที่ 1/1000 ของกรัม - ดังนั้นจึงไม่สำคัญ - เมื่อแท่งข้ามขอบฟ้าเหตุการณ์)

ลองพิจารณารูปแบบต่อไปนี้:

โดยที่ B++++A คือแท่งโลหะ H คือขอบฟ้าเหตุการณ์ (เพิ่งข้าม) และ S คือภาวะเอกฐานที่อยู่ตรงกลางของหลุมดำ

เป็นไปได้ไหมที่แสงที่ปล่อยออกมาใน A จะไปถึงจุดสิ้นสุด B ของแถบ?

จากสิ่งที่ฉันรู้เมื่ออยู่ในขอบฟ้าเหตุการณ์ เส้นโค้งกาล-เวลาที่เป็นไปได้ทั้งหมดจะนำไปสู่ภาวะเอกฐานมากขึ้นเสมอ ไม่เคยไกลออกไป ความคิดเห็นของฉันคือเป็นไปไม่ได้ที่แสงใน A จะไปถึงจุด B

ตอนนี้ แทนที่แท่งโลหะด้วยหัวของคุณ และ A และ B ด้วยเซลล์ประสาทสองเซลล์ในหัวของคุณ และสัญญาณไฟที่มีแรงกระตุ้นไฟฟ้าที่ส่งระหว่างกัน หากไม่สามารถส่งสัญญาณจาก A ไป B ได้ คุณจะสูญเสียสติในทันทีและตายทันทีที่ข้ามขอบฟ้าเหตุการณ์ (คุณจะตายเพราะสิ่งที่เกิดขึ้นกับสัญญาณไฟฟ้าในสมองของคุณจะเกิดขึ้นกับทุกคน ของเหลวในร่างกาย: ไม่สามารถไปถึงส่วนหลังของร่างกายคุณได้)
ดังนั้นคุณจะค่อนข้างรู้ว่าเมื่อใดที่ขอบฟ้าเหตุการณ์ตั้งอยู่ในขณะที่คุณจะตายทันที

โพรบเชิงกลที่ขับเคลื่อนด้วยสัญญาณไฟฟ้าจะหยุดทำงานเช่นกัน

ภาพนี้ถูกต้องหรือไม่ ในความคิดของคุณ
ขอขอบคุณล่วงหน้าสำหรับการตอบกลับของคุณ!


3 คำตอบ 3

ที่น่าตลกคือ คุณจะไม่มีวันได้รู้ว่าเกิดอะไรขึ้นเมื่อคุณพยายามดึงมันกลับ เพราะคุณจะไม่มีชีวิตอยู่จนเห็นไม้เท้าเคลื่อนผ่านขอบฟ้าของเหตุการณ์ That's not because you will suffer some kind of violent death (although you probably would), it's because you will die of old age before the stick reaches the event horizon. As you push the stick towards the black hole, the subjective time of the end of your stick moves more and more slowly relative to your subjective time.

The Schwartzschild metric can tell us $frac

$, the rate of time passage at a particular radius $r$ compared to the rate of time passage infinitely far from the black hole:

where $r_s$ is the event horizon radius. Now, if you are at radius R, and the end of your stick is at radius $R_s$, then the relative rate of time passage of the end of your stick to you is

Notice, that as $R_s$ approaches $r_s$, that ratio approaches zero! By the time your stick is nearly at the event horizon, the end of your stick is experiencing almost no passage of time compared to you.

Now, it seems to me that an interesting question is, if you push on this stick, what do you รู้สึก? A force pushing back? What kind of force is it?

When you push on a rigid body like the stick, you are actually sending a wave of pressure through the atoms of the stick that travels at the speed of sound in that material that's how you effect a force on the front end of your stick without actually touching it. Such a wave would also slow down as it propagates down the length of the stick towards the event horizon, so the front side of the stick would not respond to your force as it normally would. I think that you would experience a kind of "pseudo inertia" - a time-dilation-derived inertia, as though your stick had an enormous mass. But I'll have to think about that some more to be sure.

If one end of the stick crosses the event horizon while the other is held by an observer who remains outside the horizon, the stick must break apart. I would say it's easiest to understand this conceptually if you think in terms of a Kruskal-Szekeres diagram for a non-rotating black hole, which has the advantage that light rays are always represented as diagonals 45 degrees from the vertical (unlike in Schwarzschild coordinates, where the coordinate speed of a light ray is ไม่ constant), and timelike worldlines always have a slope that's closer to vertical than 45 degrees, so the light cone structure of the spacetime works the same as in Minkowski diagrams from SR (if you're not too familiar with light cones in Minkowski diagrams, see this page). In this coordinate system, the event horizon is actually expanding outward at the speed of light, making it obvious why something that crosses it can never cross back out--it would have to move faster than light! Meanwhile, an observer at a fixed Schwarzschild radius, like the one hovering just above the event horizon, will have a worldline that's a hyperbola bounded from above by the black hole event horizon (it's also bounded from below by a white hole event horizon, but this is just because Kruskal-Szekeres coordinates are defined on the spacetime of an idealized eternal black hole, the white hole event horizon wouldn't be present for a realistic black hole that formed from collapsing matter). This page has a Kruskal-Szekers diagram showing one such hyperbola for an observer hovering at radius r=2.75M in Schwarzschild coordinates, as well as the worldline of an object that falls through the horizon, with light cones drawn at various points along the falling worldline:

There is a useful similarity between this and the Minkowski diagram in SR for a family of accelerating observers, called "Rindler observers" because they have a fixed position in a non-inertial coordinate system known as Rindler coordinates:

The Rindler observers are accelerating in such a way that the distance between them in the instantaneous comoving inertial rest frame of any one of them, at any point on their worldline, is a constant (this type of acceleration is known as Born rigid motion). Since their worldlines are hyperbolas that are bound from above by a worldline which is moving at the speed of light (the dotted line), which can be seen as one side of the future light cone of the point on the diagram where the two dotted lines cross, then since the Rindler observers never enter this future light cone, they can never see light from any event inside it. Thus, the dotted line is a type of horizon for them as long as they continue on the same accelerating path, known as the "Rindler horizon"--see the more detailed discussion on this page.

In your original question, as long as you're dealing with a very large black hole where the tidal forces at the horizon are small, and as long as the stick is fairly short so the region of spacetime where the experiment takes place is very small compared to the Schwarzschild radius, then spacetime will be fairly close to being flat inside that region. Thus, what's seen by the observer hovering at a constant Schwarzschild radius who drops one end of a stick past the event horizon will be similar to what's seen by a Rindler observer in flat spacetime who drops one end of a stick past the Rindler horizon. If the Rindler observer lets one end pass the horizon, but then grabs the other end and exerts enough force on it that it continues to move along with them on the accelerating path, then it's obvious the stick must just split in two, since the end being held by the Rindler observer will never cross the horizon, while the end on the other side of the horizon can't escape back out of it (since that would require it to move faster than light) and can't even maintain a constant distance from it (since that would require it to move at exactly the speed of light).