Арзу Кашуров
13 октября 07:25.
289

Мы знаем что гравитация в черной дыре не выпускает свет, значит ли это, что в черной дыре свет замедляется? Значит ли это, что гравитация может остановить свет?

Ответить
Ответить
Комментировать
1
Подписаться
2
4 ответа
Поделиться
АВТОР ВОПРОСА ОДОБРИЛ ЭТОТ ОТВЕТ

В ОТО (общей теории относительности) скорость света также постоянна, но локально. Это значит, что всегда существует локальная система отсчета, где точечный наблюдатель не ощущает гравитации, это называется сильным принципом эквивалентности. Такая система отсчета называется инерциальной. В такой системе отсчета находится свободно падающий точечный наблюдатель, например человек, падающий на землю с ускорением свободного падения. Но в искривленном пространстве-времени эта система отсчета разная для разных точек, в случае слабого гравитационного поля это значит что ускорение свободного падения в разных точках разное. Из-за этого, например, на неточечные объекты будут действовать приливные силы: разные части объекта чтобы свободно падать должны иметь разное ускорение.
Так вот, в черной дыре можно ввести систему координат, которая будет инерциальной далеко от черной дыры, а можно ввести локально инерциальную в каждой точке, соответствующую падающим телам. Чем ближе локально инерциальная система отсчета к черной дыре, тем с большим ускорением надо двигаться в ней, чтобы выглядеть покоящимся относительно системы отсчета далеких от черной дыры наблюдателей. Внутри горизонта черной дыры с каким ускорением не двигайся, пространство настолько искривлено, что наблюдатель все равно будет падать в черную дыру.  И для света будет существовать такая система отсчета (как раз эта же самая система отсчета свободного падающего тела), где он будет двигаться с одинаковой скоростью в любом направлении. Но пространство так искривлено, что куда в этой системе отсчета с какой физически осмысленой скоростью не двигайся, все равно каждую секунду будешь приближаться к черной дыре. И в системе отсчета далекого наблюдателя свет за горизонтом всегда будет падать на черную дыру, его скорость всегда будет направлена вглубь черной дыры. И в этом нет никакого противоречия постоянства скорости света, потому что скорость света постоянна только в инерциальных системах отсчета, а система отсчета очень далекого наблюдателя в черной дыре совсем неинерциальна. Не знаю насколько понятным получился ответ.
ОТО - это абсолютно детерминированная теория, как и классическая механика, зная положения и скорости каждого тела в какой-то момент, можно найти упадет ли он в черную дыру или нет. И если тело или лучик света пересекают горизонт событий, то они всегда падают.

4

Николай, чисто гипотетически возможно что вектор направления света будет противоположным вектору гравитации и их длины совпадут, получится что свет движется со скоростью света на одном месте? Такое вообще не возможно?

0
Ответить

Гравитация не описывается одним вектором, там все гораздо сложнее. Но это неважно сейчас. Ровно в точке горизонта событий примерно так и будет, фотон движущийся "наружу" из черной дыры навсегда зависнет на горизонте. И тут нет никаких противоречий.
Дело в том, что в ОТО глобальные величины обычно имеют мало смысла, имеет смысл задавать только локальные вопросы. Когда вы формулируете ваш вопрос, вы считаете, что вот есть какая-то одна глобальная система отсчета, которая хорошая и физическая, там можно ввести вектор гравитации, он как-то скомпенсирует волновой вектор фотона и фотон будет стоять на месте.
А что такое стоять на одном месте? Во-первых, в прострастве-времени ничего не стоит на одной точке, все движется как минимум во времени. А во-вторых в ОТО я волен рисовать пространственно-временные координатные сетки так как хочу, возьму я плоское пространство. Траектория фотона, летящего по оси x: x=c*t, я возьму за координату u=x-c*t, по этой координате фотон всегда будет стоять в одной точке u=0. "Стоять в одной точке в пространстве" определенное относительно каких-то глобальных координат - координатно-зависимое утверждение в пространстве-времени, это нефизическое утверждение.
Можно определить "стоять в одной точке" как стоять на расстоянии таком-то от центра черной дыры в таком-то направлении. Но когда вы меряете конечное расстояние в локальной теории, вы меряете сумму большого числа маленьких отрезков от одного объекта, до другого. И в каждой точке у вас будет своя можно сказать шкала расстояний, своя локальная инерциальная система отсчета и так далее. И в таком локальном подходе ничего удивительного, что на конечном расстоянии от вас будет такая система отсчета, где свет зависнет на постоянном расстоянии от вас. Локально в своей инерциальной системе отсчета он будет лететь со скоростью света. 

+1
Ответить

Николай великолепный ответ (снимаю шляпу), позвольте вас чисто формально поправить: "Внутри горизонта черной дыры с каким ускорением не двигайся..." лучше бы точнее сформулировать "на границе горизонта событий ЧД с каким ускорением не двигайся....".

0
Ответить
Ещё 3 комментария

Горизонтом все-таки обычно называют саму границу черной дыры, внутри которой все что угодно с какой бы досветовой скоростью оно не двигалось будет падать на центр черной дыры. А вот на самом горизонте фотон, движущийся по направлению от центра, перманентно зависнет, любые другие тоже упадут на сингулярность. Снаружи горизонта такой фотон улетит на бесконечность. Поэтому у самого горизонта границы нет. Как у Земли есть граница земная поверхность, а у земной поверхности границы нет.

0
Ответить

Горизонтом все-таки обычно называют саму границу черной дыры, внутри которой все что угодно с какой бы досветовой скоростью оно не двигалось будет падать на центр черной дыры.
Извините, но вроде бы "внутри которой всё что угодно с какой бы скоростью оно не двигалось не сможет вылететь вовне ЧД" -- разве это не более точное утверждение?
Т.е. поведение материи ( и даже переносчиков поля) внутри ЧД не определено, за исключением невозможности вылететь за её пределы (за исключением квантового тунеллирования).


>> Поэтому у самого горизонта границы нет.
Извините, довольно коряво изложил словами такую конструкцию:
lim <sub>x -> "горизонт событий с внешней стороны"</sub> Δt / Δt<sub>инерциальное</sub> -> 0

0
Ответить

Нет, поведение внутри черной дыры (внутри горизонта событий) вполне определено, оно неопределено только в малой окрестности сингулярности, потому что ОТО там перестает работать (и не должна работать, потому что ОТО - это низкоэнергетическая эффективная теория, она не работает на планковских масштабах и выше, как гидродинамика не работает на масштабах молекул воды). И внутри горизонта любое тело будет строго приближаться к сингулярности и падать на нее за конечное время.

0
Ответить
Прокомментировать

Попробую сформулировать ответ для чайников.

Гравитация искажает пространство. 

Фотон пролетающий вблизи от горизонта событий отклонится в сторону. Хотя с его точки зрения он двигается всегда по прямой. 

На этом построен эффект гравитационного линзирования которым собственно черные дыры и обнаруживают.

Чем ближе к горизонту тем больше угол отклонения. После же горизонта отклонение сильнее чем дуга окружности и путь фото на превращается в спираль сходящуюся к центру сингулярности. И любая траектория начинающаяся за горизонтом будет завернута в такую же спираль.

Надеюсь получилось понятно если владеете английским рекомендую Ютуб канал PBS Space Time. Там много хорошего и более глубоко чем то что я изложил материала по теме.

Антон Жулитовотвечает на ваши вопросы в своейПрямой линии
1
Прокомментировать

Мы знаем что гравитация в черной дыре не выпускает свет, значит ли это что в черной дыре свет замедляется?

Он поглощается. 

Значит ли это что гравитация может остановить свет?

Свет - это поток энергии. Скорость света в космосе(вакууме) постоянна. Гравитация может только изменить направление. 

Что произойдет с лучом света, когда он остановится?

Ну, он не может остановится, либо попадет на какой то объект, либо потеряет энергию. 

Влад Воронинотвечает на ваши вопросы в своейПрямой линии
1

Он поглощается. 

Что значит он поглащается? Как это работает?

Я думал что физика черных дыр говорит нам что в Черной дыре такая большая гравитация, что даже луч света не может оттуда вырваться. 

+1
Ответить

Эффект поля Керра усиливается по мере приближения к горизонту чёрной дыры, - тоесть возле неё существует определённая зона космического пространства, с одной стороны ограниченная «горизонтом событий» дыры и ведущей к неминуемой гибели всех объектов в недрах сингулярности, а с другой стороны – чертой, за которой эти объекты не притягиваются и остаются неподвижными относительно далёких звёзд. Эта черта называется «пределом статичности». В радиусе действия поля Керра, или так называемой «эргосфере», объекты могут двигаться только по орбите вокруг нового центра тяготения, причём в том же направлении, в котором вращается сама дыра. Попав в эргосферу, кванты света или, если уж на то пошло, летательный аппарат всё ещё могут вырваться наружу, унося при этом энергию вращения сверхсистемы, но стационарным космическим телам остаётся скромный удел: водить космический «хоровод» вокруг гиганта и становиться его добычей.

+1
Ответить

А вы можете объяснить это для чайников? То есть для меня, что тут написано?

0
Ответить
Ещё 3 комментария

Очень простым языком. 

Чем ближе любой объект или частица к Черной дыре, тем больше вероятность того, что что-либо будет поглощено ею. 

0
Ответить

А если черная дыра не будет иметь настолько большой гравитации? и к тому же свет будет идти не снаружи, а изнутри? 

0
Ответить

На то она и Черная дыра, чтобы иметь. 

А если свет будет идти изнутри, то это к фантастам. А вот по области фантастики у меня проблемы, потому что я могу такого вам по на рассказывать, что лучше не стоит) 

+1
Ответить
Прокомментировать
Читать ещё 1 ответ
Ответить