Beeinflusst die Ladung eines Schwarzen Lochs seine Raum-Zeit-Geometrie?

Hat ein Schwarzes Loch mit gegebener Masse und gegebenem Drehimpuls unabhängig von seiner Ladung dieselbe Raum-Zeit-Geometrie? Ich bin mir ziemlich sicher, dass ein elektrisches Feld ein geladenes Teilchen beschleunigen kann, aber die Raumzeit nicht krümmt. Die einzige Möglichkeit, wie ein elektrisches Feld die Raumzeit beeinflussen kann, besteht darin, eine Masse zu beschleunigen, die dann ein anderes Gravitationsfeld erzeugt, weil sie a hat unterschiedliche Position und Geschwindigkeit aufgrund seiner Beschleunigung. Bedeutet das, dass ein geladenes Schwarzes Loch das gleiche Gravitationsfeld außerhalb seines Ereignishorizonts hat, weil die Ladung im Gravitationsfeld innerhalb des Ereignishorizonts, die durch beschleunigende Ladungen erzeugt wird, dem Schwarzen Loch nicht entkommen kann und daher das elektrische Feld eines geladenen Schwarzen Lochs nicht ein anderes geladenes Schwarzes Loch beschleunigen?

Antworten (2)

Die Antwort lautet also nein.

Ein elektrisches Feld hat Energie und Energie erzeugt ein Gravitationsfeld, genau wie jede Masse.

Siehe die Lösung für geladene Schwarze Löcher im Wikipedia-Artikel https://en.m.wikipedia.org/wiki/Charged_black_hole

Die Ladung eines Schwarzen Lochs ändert, wenn sie nicht Null ist, die Metrik und Lösung, um die Ladung und das elektrische Feld zu berücksichtigen. Dieser Wikipedia-Artikel bezieht sich auf die Lösung namens Reissner Nordstrom für kugelsymmetrische, nicht rotierende Schwarze Löcher. Wenn sie sich drehen, ist es die Lösung von Kerr Newman.

Beide existieren, weil Ladungen elektrische Felder haben und diese Energie haben. Und weil Ladung eine Erhaltungsgröße ist, wird Ladung in einem Schwarzen Loch nicht abgestrahlt (das No-Hair-Theorem entstand, weil Erhaltungsgrößen nicht abgestrahlt werden können, und das sind Masse, Drehimpuls und Ladung).

Geladene Schwarze Löcher haben also ein anderes, aber ähnliches Gravitationsfeld als ungeladene. Siehe die Wikipedia-Artikel.

Da Schwarze Löcher eine Ladung und ein statisches elektrisches Feld haben, das sich außerhalb des Schwarzen Lochs manifestiert (genau wie das statische Gravitationsfeld), können sie definitiv mit geladenen Teilchen oder Körpern interagieren, einschließlich anderer geladener Schwarzer Löcher.

Auch die Masse ist eine Erhaltungsgröße, obwohl sie durch die Hawking-Strahlung abgestrahlt wird.
Woher wissen Sie, dass ein elektrisches Feld ein geladenes Schwarzes Loch beschleunigt? Ist bewiesen, dass ein elektrisches Feld alle geladenen Teilchen einschließlich Schwarzer Löcher beschleunigt? Ich bin nicht ganz davon überzeugt, dass ein elektrisches Feld ein geladenes Schwarzes Loch beschleunigen könnte? Ich verstehe nicht, wie die Gleichungen es vorhersagen könnten.
Ein Schwarzes Loch, das weit genug von seinem Horizont entfernt ist, ist nur ein Körper, unabhängig von seiner Masse und seinem Drehimpuls. Sie können sie mit der Newtonschen Mechanik behandeln, schlimmstenfalls mit einer Annäherung erster Ordnung als Korrektur aufgrund von GR. Ein halbklassisches netwtonisches Objekt mit Ladung und Masse. Die Gleichungen sagen es definitiv voraus. Nie beobachtet, weil niemand ein geladenes Schwarzes Loch entdeckt hat, was höchst unwahrscheinlich ist, und es muss auf eine Beobachtungsbestätigung basierend auf einem astrophysikalischen Ereignis eines Schwarzen Lochs warten. Was die Hawking-Strahlung betrifft, so enthielt meine Antwort offensichtlich keine Quanteneffekte, es war reine klassische GR.
Warum beschleunigt ein elektrisches Feld ein geladenes Schwarzes Loch? Ist ein Schwarzes Loch nicht nur eine gekrümmte Raumzeit, also sollte seine Krümmung von einem elektrischen Feld nicht beeinflusst werden? Ich verstehe nicht viel darüber, wie die allgemeine Relativitätstheorie funktioniert, also kann mir jemand eine Erklärung geben, dass ich verstehen kann, dass ich herausfinde, welche Annahme ich mache, und diese Annahme widerlegt.
Ein BH hat Masse und kann Ladung und Drehimpuls haben. In der Ferne verhält es sich wie jeder Körper mit gleicher Masse, Ladung und gleichem Drehimpuls. Der BH kann auch durch das Gravitationsfeld eines anderen Körpers beschleunigt werden; Die Verschmelzung der beiden BH im Jahr 2015 wurde durch die Wirkung der jeweiligen Gravitationsfelder aufeinander zu beschleunigt. BHs und Neutronenstarts werden durch ihre Schwerkraft zueinander angezogen (bei Neutronenstarts, die mit BHs verschmelzen). Sie werden von der Schwerkraft angezogen, weil sie Masse haben. Wird auch bei jeder Wechselwirkung mit einem anderen geladenen Objekt angezogen oder abgestoßen, wenn das erste BH geladen ist
Übrigens. Selbst wenn es eine gekrümmte Raumzeit ohne Masse wäre, dh kein Schwarzes Loch, würde es mit einem anderen Teil der Raumzeit interagieren, wenn sie sich überlappen. Gravitationsfelder in GR sind selbstwechselwirkend, nichtlinear. Aber es ist auch die Äquivalenz von Trägheit und Gravitationsmasse, wenn Sie eine haben (Trägheit bedeutet, dass ein Feld (oder in Newton eine Kraft) eine Beschleunigung verursacht. Gravitation bedeutet, dass sie ein Gravitationsfeld verursachen. Wenn Sie Masse haben, tun Sie beides. Denn GR, es ist allgemeiner, es ist jede Form von Energie (denken Sie daran, dass Masse und Energie zusammenhängen durch E = M C 2 )
Ich kann verstehen, warum ein Gravitationsfeld ein Schwarzes Loch beschleunigt, weil es eine gekrümmte Raumzeit ist, aber ich verstehe immer noch nicht, warum ein elektrisches Feld, das die Raumzeit nicht krümmt, auch ein geladenes Schwarzes Loch beschleunigen kann.
Elektrisches Feld hat Energie, und es krümmt die Raumzeit. Raumzeitkrümmung und Gravitationsfeld sind gleich.
@BobBee Hast du an einen Beweis gedacht, dass die allgemeine Relativitätstheorie vorhersagt, dass ein geladenes Schwarzes Loch die Erhaltung von Masse, Energie oder Impuls nicht verletzen kann, wie sie definiert wurden, oder nimmst du nur an, dass es wahr ist, weil du keinen Widerspruch gefunden hast und wenn nicht, wäre es in den Nachrichten veröffentlicht worden. Ich bin mir nicht sicher, ob das der Fall ist, weil der Bystander-Effekt ein sehr realer Effekt ist. Vielleicht folgt das Universum nicht wirklich den Einstein-Maxwell-Gleichungen, aber die Frage war, was die allgemeine Relativitätstheorie vorhersagt, und nicht, ob diese Größen tatsächlich erhalten bleiben.
GR kann die Erhaltung der Masse-Energie verletzen. Ob und wie es in BHs passiert, ist eine andere Geschichte, aber BHs gehorchen den Gesetzen der BH-Thermodynamik, die ein Mitspracherecht hat. Dennoch wird jede Raumzeit, die eine asymptotische zeitähnliche Symmetrie hat, globale (nicht unbedingt lokale) Massenenergie bewahren, also müssen Sie sich jetzt mit mehreren Objekten und nicht nur mit einem isolierten BH in einer asymptotisch flachen Raumzeit befassen. Ich verstehe nicht, wie Sie die Einstein-Maxwell-Gleichungen und GR mit der klassischen Elektrodynamik unterscheiden

Die Veränderung der Geometrie ist nicht ganz sicher. Auf exakte Lösungen kann man sich berufen. Mit der Schwarzschild-Lösung für ein nicht rotierendes Schwarzes Loch das konforme Diagramm

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

veranschaulicht Region I, das ist das äußere Universum und Region III für das Innere des Schwarzen Lochs. Die Linie, die sie trennt, ist der Ereignishorizont. Es gibt eine andere Region II, die eine andere äußere Region ist, entweder ein anderes Universum oder eine entfernte Region in diesem Universum. Die Zwei 45 Gradlinien sind Ereignishorizonte, und wo sie sich kreuzen, ist das Schwarze Loch ein nicht passierbares Wurmloch, das durch den Ereignishorizont verbunden ist. Der Horizont teilt sich jedoch und die beiden Horizonte trennen sich mit Lichtgeschwindigkeit. Ich veranschauliche dies im zweiten Diagramm untenGeben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Es gibt ein Bild von einem Raketenschiff, das in das Wurmloch eindringt. Es kann die Brücke nur überqueren, wenn es genau am Scheitelpunkt dieser Spalte auf den Horizont trifft. Ohne auf die Komplexität einzugehen, besteht das Problem bei der Identifizierung darin, dass man eine Uhr benötigen würde, die Planck-Zeiteinheiten anzeigen kann, und diese Wechselwirkung mit dem Schwarzen Loch führt zu weiterer Unsicherheit. Der Bereich III erweitert sich, oder räumliche Bereiche erweitern sich, bis der horizontale Bereich oben erreicht ist. In diesem Diagramm ist dies durch das expandierende Rohr oder die Brücke zu sehen. Dies ist die Singularität, die ein räumlicher Bereich ist, in dem die Krümmung divergiert. Dieses Raketenschiff in Region III kann niemals die Region II erreichen. Die Singularität stellt den Zusammenbruch dieser Brücke dar, die alles vollständig hineinquetscht.

Betrachten wir nun den Fall der elektrischen Ladung, was dem Einschluss des Drehimpulses ähnlich ist. Der Schwarzschild-Horizont tritt auf R   =   2 G M / C 2 für ein Schwarzes Loch der Masse M . Für die Kerr-Newman-Lösung gibt es zwei Horizonte, die als auftreten R ±   =   M   ±   M 2   −   Q 2 für M   =   G M / C 2 . Dieses Kerr-Newman-Diagramm ist unten dargestelltGeben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Ich habe dieses Diagramm etwas von der üblichen Form geändert, um Hawking-Strahlung einzubeziehen. Dies ist in dem einfachen Diagramm für das Schwarzschild-Schwarze Loch nicht zu sehen. Allerdings wird dann die Singularität als räumliche Fläche für einen inneren Beobachter erreicht, die dem endgültigen Verdampfen des Schwarzen Lochs entspricht. In diesem dritten Diagramm ist das linke am wichtigsten. Es gibt die Singularität R + das unsere Region, sagen wir die blaue Region rechts, von der raumähnlichen Region im Inneren des Schwarzen Lochs trennt. Jedoch, R − die existiert, die zu einem zusätzlichen zeitartigen Bereich mit einer zeitartigen Singularität führt. Zusätzlich R − wird von jedem Beobachter in dem Moment erreicht, in dem alle Quanten, aus denen das Schwarze Loch besteht, es erreichen, und alles ist blauverschoben. Dieser innere Ereignishorizont ist dann ein Cauchy-Horizont, Cauchy in Anlehnung an seine berühmte Theorie der Häufungspunkte. Ob man das überlebt, ist ein bisschen akademisch. Alles, was diesen Horizont erreicht, ist willkürlich blau verschoben, aber auch jeder Betrachterrahmen, der darüber gezogen wird. Dieser Cauchy-Horizont ist also ein bisschen eine "weiche Singularität".

Es gibt wieder dieses nicht durchquerbare Wurmloch wie beim Schwarzschild-Fall. Die Brücke dehnt sich aus, und zwar enorm, ist aber durch die maximal zulässige Komplexität dieses Schwarzen Lochs begrenzt, die mit der Entropiegrenze des Schwarzen Lochs und der Hawking-Strahlung zusammenhängt. Dies dann mit dem inneren Horizont. Wir könnten versucht sein, zu behandeln R − als Singularität und verformen die R − in raumartige Regionen mit unendlicher Krümmung. Dies ist der Fall, wenn der Cauchy-Horizont als Singularität "nicht so weich" ist. Hier kommt teilweise die Unsicherheit in der Geometrie ins Spiel. Es kann auch andere quantenmechanische Probleme geben.

Ich veranschauliche etwas Interessantes daran, dass ein Beobachter, der Qubits registriert, die in das Schwarze Loch fallen, sehr komplexe Algorithmen lösen kann. Das Anhäufen dieser Qubits ist eine asymptotische Beschleunigung der Verarbeitung. Wenn das Schwarze Loch ewig wäre, könnte diese Beobachtung eine HyperTuring-Maschine sein, die in der Lage ist, die Grenzen der Gödel-Turing-Berechnungsgrenzen zu überwinden. Schwarze Löcher sind jedoch nicht ewig. Dies könnte jedoch Auswirkungen auf NP-vollständige Probleme haben und ihre Beziehung zu P-Problemen.

Das Kerr-Newman-Schwarze Loch ist viel mehr ein "Verarbeitungssystem" in Bezug auf Qubits. Die Einbeziehung von Drehimpuls oder elektrischer Ladung ist definitiv ein Game Changer. Es sieht auch so aus, als ob das Gleiche bei Eichfeldern und Quantenfeldern im Allgemeinen der Fall wäre. Dies ist insbesondere beim extremalen Schwarzen Loch der Fall, wo R +   −   R −   →   0 .

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