Auf der Suche nach Hilfe, um zu verstehen, wie sich Schwarze Löcher bewegen können

1. Ich habe Dr. Kip Thorne in einem Dokumentarfilm über Schwarze Löcher gesehen, dass es keine Materie mehr in einem Schwarzen Loch gibt, sobald es sich gebildet hat. Er sagte so etwas wie: Die Materie war da, aber sie wurde aus ihrer Existenz zermalmt und im Grunde in die Energie umgewandelt, die eine so große Krümmung der Raumzeit erzeugt.

Isolierte Schwarze Löcher sind in der Tat Vakuumlösungen der Allgemeinen Relativitätstheorie. So ist insbesondere die Massen- und Energiedichte überall in der Raumzeit gleich Null. Aufgrund einiger technischer Probleme bedeutet dies nicht , dass Schwarze Löcher keine Energie oder Masse haben; vielmehr bedeutet es, dass wir sie uns nicht direkt als Integral der Masse oder Energiedichte vorstellen können. Siehe auch diese Frage.

3. Ich habe auch Dr. Andrew Hamilton in einem anderen dokumentarischen Zustand gesehen, dass innerhalb des Ereignishorizonts eines Schwarzen Lochs (wieder paraphrasierend) der Raum so schnell auf die Singularität zufällt, dass er effektiv alles mit sich zieht (einschließlich Licht).

Für ein isoliertes Schwarzes Loch in einem bestimmten Rahmenfeld ist dies ein gültiges Bild. Beispielsweise kann die Schwarzschild-Raumzeit in Gullstrand-Painlevé-Koordinaten als euklidischer Raum interpretiert werden, der in das Schwarze Loch fällt. Die Raumzeit selbst ist jedoch im geometrischen Sinne stationär (sogar statisch) – es gibt ein zeitähnliches Feld, das eine Richtung darstellt, in der die Raumzeitgeometrie unverändert bleibt (dies entspricht tatsächlich der Schwarzschildzeit). In ähnlicher Weise sind die Raumzeiten rotierender Schwarzer Löcher stationär.

Aber im Allgemeinen kann man sich Schwarze Löcher wirklich nicht als eine Art Sauglöcher für den Weltraum vorstellen. Es ist nur eine Analogie, die auf einfache Situationen zutrifft (isolierte Schwarze Löcher, mit nichts anderem in der Raumzeit) und dann nur in einem bestimmten Rahmen oder Koordinaten. Das soll nicht heißen, dass es nutzlos ist – zB sind akustische Horizonte in Flüssigkeiten interessante Analogien zum Ereignishorizont – aber nehmen Sie es nicht zu wörtlich. Siehe auch diese Frage.

4. Basierend auf 1 (keine Materie verbleibt im Schwarzen Loch) und 2 (Raum wird aus allen Richtungen in Richtung der gravitativen Singularität gezogen) versuche ich mir vorzustellen, wie sich das Schwarze Loch bewegt, und es scheint mir, dass es, sagen wir, das Schwarze Loch wäre sich in eine Richtung bewegt, kann ich sehen, wie sich sein Ereignishorizont ebenfalls bewegt und dieses bisschen Raum hineinbringt.

Also, was ist das Problem?

Aber wie kann das andere Ende des Schwarzen Lochs den Weltraum "entkommen" lassen, um die Bewegung zu vollenden?

Für realistische Schwarze Löcher gibt es kein "anderes Ende". Wenn Sie wirklich alles miteinander verknüpfen wollen, dann interpretieren Sie Dr. Thornes Kommentar über Dinge, die in die Singularität fallen, als aus der Existenz zerquetscht, als auch auf den Weltraum anwendbar. Es kommt von keinem "anderen Ende". Es hört auf zu existieren.

Aber wirklich, das ist der Punkt überschritten, an dem die Flüssigkeitsanalogie sowieso Sinn macht. Ich denke, Dr. Hamilton könnte anmerken, dass die gesamte maximal ausgedehnte Schwarzschild-Raumzeit ein Schwarzes Loch ist, sodass man vielleicht denken kann, wie sie aus dem entsprechenden Weißen Loch "herauskommt", aber er würde Ihnen auch sagen, dass dieses Weiße Loch ist ein mathematisches Artefakt, das nichts mit tatsächlichen astrophysikalischen Schwarzen Löchern zu tun hat.

Aber ich möchte verstehen, warum der Raum selbst den Ereignishorizont überschreiten kann, wenn andere Dinge dies nicht können.

Natürlich können sie. In der Analogie der einfallenden Flüssigkeit werden sie von dem Raum mitgerissen, der angesaugt wird. Vielleicht denkst du daran, dass es eine unendliche Schwarzschild-Zeit braucht, bis ein Objekt den Ereignishorizont erreicht. Aber das bedeutet nicht, dass die Dinge den Horizont nicht überschreiten können; Vielmehr ist es nur ein Symptom dafür, dass das Schwarzschild-Koordinatendiagramm den Horizont nicht abdeckt.

Stellen Sie sich ein Koordinatendiagramm intuitiv als ein „Gitter“ vor, das auf einem Stück Raumzeit gezeichnet ist. Dieser Fleck kann die gesamte Raumzeit sein oder nur ein Teil davon. Bei den üblichen Schwarzschild-Koordinaten ist es nur ein Stück ... eines, das einfach nicht den Horizont abdeckt.

In Bezug auf den letzten Teil meinte ich den Raum, der den Ereignishorizont in die andere Richtung durchquert – aus der den Ereignishorizont abgrenzenden Sphäre heraus – während materielle Objekte in eine Richtung gehen – hinein, aber nicht hinaus, die Raumzeit selbst scheint nicht so eingeschränkt zu sein, zumindest nicht in der Gefühl, ein Schwarzes Loch an einen Teil seiner selbst zu „heften“.

OK, Ihre bearbeitete Frage bietet etwas mehr Kontext. Aber die Antwort ist völlig dieselbe: Worüber Dr. Hamilton in dem Video spricht, sind die maximalen analytischen Ausdehnungen der Lösung des rotierenden Schwarzen Lochs, die einen Durchgang in eine völlig andere Region (manchmal als anderes „Universum“ bezeichnet) enthält. Dies ist der maximal ausgedehnten Schwarzschild-Raumzeit sehr ähnlich, die ein Wurmloch enthält, das aus einem weißen Loch in einer anderen Raumzeitregion zurückkommt, außer dass die Erweiterung der Raumzeit des rotierenden Kerr-Schwarzen Lochs eine unendliche Kette solcher verbundenen Regionen enthält.

Ich habe mir nicht das ganze Video angesehen, aber es ist klar, wovon sie sprechen, wenn sie sagen "in einem Schiff, das von reiner Mathematik angetrieben wird", weil die kausale Struktur solcher Raumzeiten bekannt ist. Noch einmal, ich lenke Ihre Aufmerksamkeit auf Dr. Hamiltons eigene Seite, die oben verlinkt ist, die erklärt, dass dieses doppelte Wasserfallbild ein Artefakt der mathematischen Idealisierung ist und nicht etwas, das tatsächlich in der Realität passiert.

Doch selbst wenn Sie die maximale analytische Ausdehnung solcher Schwarzloch-Raumzeiten übermäßig ernst nehmen, ist es wichtig zu betonen, dass Sie nicht in dieselbe Region zurückkehren, sondern in eine andere, die durch ein Wurmloch innerhalb des Horizonts verbunden ist. Wenn Sie dazu bereit sind, empfehle ich auch Dr. Hamiltons konforme Diagramme der Raumzeiten der Schwarzen Löcher, die ziemlich deutlich machen, dass es sich um eine ganze "Kette" von Schwarzen Löchern und Weißen Löchern handelt.

Meistens, aber nicht ausschließlich, werden Schwarzloch-ähnliche Lösungen (ich füge das „-like“ als Anspielung auf die Schwierigkeiten bei der mathematischen Definition von BHs auf zufriedenstellend allgemeine Weise an) in den idealisierten Umgebungen asymptotisch flacher Raumzeiten untersucht. Eine asymptotisch flache Raumzeit hat die Eigenschaft, wie eine flache Minkowski-Raumzeit bei einem richtig gewählten Begriff der Unendlichkeit zu sein, und kann als idealisiert angesehen werden, wenn auch aus keinem anderen Grund, da alle gängigen kosmologischen Modelle entschieden werden, dass sie nicht asymptotisch flach sind. Diese Einstellung ist jedoch immer noch eine gute Möglichkeit, Vorhersagen über echte Schwarze Löcher zu treffen, da wir „sehr weit entfernt“ für „unendlich“ und „fast flach“ für „flach“ annähern können.

Wenn wir in der flachen Raumzeit unseren Standpunkt ändern wollen, können wir einen Lorentz-Boost an unseren Koordinaten durchführen, der die Raumzeit-Physik nicht ändert, aber die Art und Weise ändert, wie wir bestimmte Eigenschaften wahrnehmen, wie die Geschwindigkeiten von Objekten, Längen, Zeiten zwischen Ereignissen, usw. In einer asymptotisch flachen Raumzeit können wir einen Lorentz-Boost an unseren Koordinaten im Unendlichen durchführen, um einen ähnlichen Effekt zu erzielen, ohne die Raumzeit-Physik zu verändern. Zum Beispiel können wir einen Lorentz-Boost im Unendlichen durchführen und die neuen verstärkten Koordinaten erweitern, um neue Koordinaten zu erstellen, bei denen sich das Schwarze Loch mit einer Geschwindigkeit ungleich Null durch den Raum bewegt. In unseren neuen Koordinaten werden einige Eigenschaften geändert (zB die Form des Ereignishorizonts), während andere Eigenschaften unverändert bleiben.