Jemand beantwortete diese Frage , indem er sagte, dass die Entropiebedingungen von Schwarzen Löchern und No-Hair-Theoreme asymptotischer Natur sind – die Gleichungen liefern eine ideale Lösung, die schnell erreicht wird, aber aus der Sicht eines Beobachters außerhalb des Ereignishorizonts nie wirklich erreicht wird.
Seitdem frage ich mich, ob Singularitäten jemals wirklich geschaffen werden, und wenn nicht, warum machen wir uns Sorgen über nackte Singularitäten?
Kurze Zusammenfassung: Für einen externen Beobachter erfährt ein Objekt, das in ein Schwarzes Loch fällt, eine Zeitdilatation, so dass es scheinbar unendlich viel Zeit braucht, um den Ereignishorizont zu überqueren, und am Ende eingefroren an der Grenze sitzt.
Hier also meine Überlegung: Das Obige sollte in erster Linie auch während der Entstehung des Schwarzen Lochs gelten. Das Gravitationsfeld nähert sich einer unendlichen Dichte, wenn sich die konstituierende Materie einem zentralen Punkt nähert , aber für einen äußeren Beobachter dauert es unendlich lange, bis sich die Singularität gebildet hat. Mit anderen Worten, es passiert nie .
So wie ich es verstehe, werden nackte Singularitäten mit Handbewegungen abgetan, "wir werden es beheben, wenn wir Quanten machen", aber ich sehe das nicht als notwendig an. Mir scheint, dass sich Singularitäten nie wirklich bilden, obwohl Ereignishorizonte dies eindeutig tun.
Bedeutet das, dass wir aufhören können, uns Sorgen zu machen? Was passiert in nackten Singularitätsszenarien, wenn es noch keine Singularität gibt?
Die Modellierung der Entstehung eines realistischen Schwarzen Lochs kann nur numerisch erfolgen, da der Prozess für eine analytische Lösung viel zu kompliziert ist. Es gibt jedoch eine vereinfachte Metrik für einen kollabierenden, nicht rotierenden Stern namens Oppenheimer-Snyder-Metrik, und diese erfasst die Grundprinzipien, obwohl sie zu einfach ist, um physikalisch realistisch zu sein.
In der Oppenheimer-Snyder-Metrik erscheint der Ereignishorizont zuerst in der Mitte des Sterns und wächst dann nach außen, bis er die Oberfläche passiert, an welcher Stelle der kollabierende Stern vollständig innerhalb des Horizonts liegt. Der Stern vollendet dann seinen Kollaps zu einer Singularität, und dies geschieht in endlicher Eigenzeit. Wenn Sie also auf der Oberfläche des Sterns wären, würden Sie Ihr Ende an der Singularität in endlicher Zeit finden, wie von Ihrer Armbanduhr aufgezeichnet.
Es stimmt, dass sich für einen externen Beobachter der Ereignishorizont nie bildet, weil er gemessen an der Uhr des externen Beobachters eine unendliche Zeit in Anspruch nimmt, und so entsteht auch nie die Singularität. Aber dies zu verwenden, um zu behaupten, dass sich die Singularität nie bildet , bedeutet, die Zeit des externen Beobachters als irgendwie besonders privilegiert zu behandeln, und dies widerspricht dem Geist von GR. Wir sollten alle Beobachter als gleich betrachten, und da sich die Singularität in einer endlichen Zeit für den Beobachter bildet, der mit dem Stern nach innen fällt, erscheint es vernünftig zu behaupten, dass sich die Singularität bildet.
Es ist wahr, dass in einem Universum eines endlichen Zeitalters kein Beobachter jemals einen Ereignishorizont oder tatsächlich eine Singularität nackt oder anders beobachten wird, also können wir in diesem Sinne "aufhören, uns Sorgen zu machen". Was die Physiker beunruhigt, ist, ob die Vorhersage nackter Singularitäten ein grundlegendes Problem der Allgemeinen Relativitätstheorie impliziert. Eine nackte Singularität würde einen Zusammenbruch der Kausalität implizieren, und es scheint besorgniserregend, dass eine Theorie, die so gut darin ist, experimentelle Beobachtungen abzugleichen, etwas vorhersagen könnte, das unseren Erwartungen zu widersprechen scheint, selbst wenn wir niemals ein Experiment durchführen könnten, um es zu beobachten.
Ob man in einer endlichen Koordinatenzeit eine nackte Singularität bilden könnte, ist eine interessante Frage, und ich kenne die Antwort nicht. Im Prinzip könnten Sie mit einem rotierenden Schwarzen Loch beginnen, oder genauer gesagt mit einem Objekt, das fast, aber nicht ganz ein Schwarzes Loch ist, und Masse hineinschleudern, um die Rotation zu beschleunigen, bis sie extrem wird. Ich weiß jedoch nicht, ob dies in einer endlichen Zeit, gemessen vom externen Beobachter, möglich wäre.
Die derzeit akzeptierte Antwort ist völlig falsch. Es sagt
Schwarze Löcher beginnen nicht an einem Punkt in (zum Beispiel) der Mitte eines kollabierenden Sterns und wachsen nach außen. Es ist eigentlich das Gegenteil – der Ereignishorizont bildet sich außerhalb des kollabierenden Sterns.
Die Idee scheint zu sein, dass die Materie, die zunächst zum Schwarzen Loch kollabiert, den Ereignishorizont nicht passiert und dort nicht "einfriert".
Nichts davon ist wahr. Bei einem isotropen Kollaps beginnt der Ereignishorizont an einem Punkt in der Mitte und wächst nach außen (mit Lichtgeschwindigkeit). Bei einem allgemeinen Kollaps beginnt es an einem eindimensionalen Satz raumartig getrennter Punkte, der als Faltensatz bezeichnet wird. In jedem Fall überquert die gesamte kollabierende Materie den Horizont und erscheint im Prinzip für immer in Horizontnähe „eingefroren“. (In der Praxis ist es nicht zu sehen, da die Rotverschiebung viel zu groß ist.)
Der Ereignishorizont ist die Grenze des Schwarzen Lochs. Wie jede Grenze hat sie keine Lücken, denn eine Lücke würde die Trennung in Innen und Außen bedeutungslos machen. Alles, was in das Schwarze Loch gelangt, überschreitet die Grenze.
Entropiebedingungen für Schwarze Löcher und No-Hair-Theoreme sind von Natur aus asymptotisch. [...] Seitdem habe ich mich gefragt, ob jemals wirklich Singularitäten erzeugt werden, und wenn nicht, warum machen wir uns Sorgen über nackte Singularitäten?
Technisch gesehen ist alles asymptotisch. Wenn Sie auf der Oberfläche eines völlig stillen Sees Wellen schlagen, lässt die Amplitude der Wellen mit der Zeit nach, aber der See wird nie wieder genau still sein. Die Einschwingzeit von Schwarzen Löchern sollte genauso betrachtet werden. Dies hat keinen Einfluss darauf, ob der Grund des Sees existiert, oder ob das Innere eines Schwarzen Lochs existiert.
Außerdem sind nackte Singularitäten per Definition Singularitäten, die nicht von einem Ereignishorizont verdeckt werden, sodass das Verhalten des Horizonts noch weniger relevant ist. Mein Eindruck ist, dass "nackt" in der Frage nur ein Verstärker ist (insbesondere angesichts des Titels), also werde ich ihn ignorieren.
Für einen außenstehenden Beobachter dauert es unendlich lange, bis sich die Singularität gebildet hat. Mit anderen Worten, es passiert nie .
Für ein klassisches Schwarzes Loch (mit einem Ereignishorizont) können Sie eine Zeitkoordinate auswählen, die die Kausalität respektiert (alles, was passiert bei kann nur beeinflussen, was passiert wenn ), und das alles abdeckt, was außerhalb des Lochs in die unbestimmte Zukunft passiert, und das das Innere des Schwarzen Lochs nicht abdeckt oder einen Teil des Inneren nicht abdeckt, der die Singularität enthält. Aus der Perspektive dieser Zeitdefinition gibt es niemals eine Singularität. Tatsächlich kommt die Raumzeit nie dazu, das letzte bisschen zusammenzubrechen.
Aber alles, was Sie wirklich getan haben, wenn Sie das tun, ist, einen Teil der Raumzeit mit Ihrem Koordinatensystem nicht abzudecken. Dadurch geht es nicht weg. Auch wenn Sie nicht daran interessiert sind, was dort passiert, andere Leute interessiert es, und das Problem ist für sie nicht gelöst.
Ja, die No-Hair-Theoreme sind asymptotisch, und ja, ein Frozen Star- oder Red Hole-Ansatz ist mit einigen Genauigkeiten verbunden.
Das Problem der kosmischen Zensur ist jedoch nicht gut verstanden und für Ihre Situation immer noch relevant.
Insbesondere wenn ein kollabierendes System eine Singularität bildet, die nicht nackt ist, könnte der Ereignishorizont langreichweitige Asymptotiken einführen, die das Innere für einen externen Beobachter irrelevant machen. Was aber, wenn sich die Singularität ohne Ereignishorizont bildet? Dann ist die Singularität real.
Seitdem frage ich mich, ob Singularitäten jemals wirklich geschaffen werden, und wenn nicht, warum machen wir uns Sorgen über nackte Singularitäten?
Eine nackte Singularität ist genau die Singularität, um die Sie sich Sorgen machen möchten, denn sie würde auf Ihrem vergangenen Lichtkegel sitzen und Sie kausal beeinflussen, obwohl die Gleichungen keine klaren Vorhersagen darüber machen, was passiert. Sie erhalten also einen vollständigen Verlust von Determinismus und Kausalität, wenn Sie nackte Singularitäten haben.
Die bekleideten Singularitäten, auf die Sie verweisen, sind möglicherweise überhaupt nichts, was wir uns Sorgen machen müssen, bis wir zu einer Quantentheorie kommen oder andere Wege in Betracht ziehen, um aus einem klassischen Ereignishorizont herauszukommen.
Was passiert in nackten Singularitätsszenarien, wenn es noch keine Singularität gibt?
Eine nackte Singularität ist eine Singularität, die sich nicht innerhalb eines Ereignishorizonts befindet. Es gibt also keine Zeitdilatation, die Sie davon abhält, sie zu sehen. Wenn es also nackt ist, gibt es kein "noch nicht", es ist passiert, und Sie können Dinge von der Singularität bis zu Ihrem Augapfel kommen sehen (oder die Theorie selbst ist einfach falsch, was so oder so ziemlich schlecht ist für die Theorie).
Es kann keinen Beweis für eine Singularität geben, da alles, was in einen Ereignishorizont eintritt, nicht zurückkehren kann, da es dort eine zugängliche Zukunft nur im Schwarzen Loch gibt, sonst müssen sie schneller als die Lichtgeschwindigkeit reisen, die laut Einstein immer gleich ist.
Auch die Horizonte können nicht erscheinen, nicht nur Singularitäten.
Unser primäres Ergebnis, dass sich beim Gravitationskollaps kein Ereignishorizont bildet, wie von einem asymptotischen Beobachter gesehen, deutet auf die Möglichkeit hin, die Anzahl lokaler Ereignishorizonte zu verwenden, um den Hilbert-Raum zu klassifizieren und in Superselektionssektoren zu unterteilen, die durch die Anzahl lokaler Ereignishorizonte gekennzeichnet sind. Unser Ergebnis legt nahe, dass kein Betreiber die Anzahl der Ereignishorizonte erhöhen könnte, aber die Möglichkeit, die Anzahl der bereits existierenden primordialen Ereignishorizonte zu reduzieren, ist nicht so klar und würde erfordern, dass die Hawking-Strahlung nicht dazu führt, dass primordiale Ereignishorizonte von Schwarzen Löchern vollständig verdunsten.
Siehe auch diese Antwort: https://physics.stackexchange.com/a/21357/1186
Jerry Schirmer