Metrisches Schwarzschild-Schwarzes Loch

Die „Theorie“, die das Innere des Schwarzen Lochs (in klassischer Annäherung) beschreibt, ist dieselbe Theorie, die die Existenz der Schwarzen Löcher impliziert, nämlich die allgemeine Relativitätstheorie.

Wie das OP richtig sagte, ist die Singularität am Ereignishorizont eine Koordinaten-Singularität – eine, die ein Artefakt einer schlechten Wahl von Koordinaten ist.

Wenn eine Koordinatentransformation durchgeführt wird (in neue Koordinaten, die in einzigartiger Weise nahe dem Horizont mit den Schwarzschild-Koordinaten in Beziehung stehen), wird der Ereignishorizont zu einer glatten lichtähnlichen Oberfläche in der Raumzeit – ähnlich wie die$ct+z=0$Hyperebene im normalen Minkowski-Raum.

Das obige (kausale) Penrose-Diagramm ist eine Skizze, die alle kausalen Beziehungen in der Raumzeit bewahrt. Jeder Punkt des Diagramms entspricht einer Kugel$S^2$der kugelsymmetrischen Raumzeit - die Winkelkoordinaten sind unterdrückt (und der Radius der Kugel ist nicht abgebildet). Die verbleibenden zwei Koordinaten, sagen wir$t,r$, werden so umparametriert, dass die$rt$-Teil der Metrik ist, im Diagramm$rt$Koordinaten,

$$ds^2 = (-c^2 dt^2 +dr^2) K(r,t)$$ Bis auf eine ortsabhängige Skalierung ist es nur die Minkowski-Geometrie. $K$impliziert, dass einige Stellen des Diagramms mehr Volumen konzentrierter Raumzeit enthalten als andere. Aber der richtige relative Koeffizient zwischen $r,t$sagt, dass alle Linien im Diagramm, die um 45 Grad geneigt sind, null sind, alle "vertikaleren" Linien zeitartig und alle "horizontaleren" raumartig sind. Massive Objekte dürfen sich nur entlang zeitähnlicher Bahnen bewegen.

Die Raumzeit mit einem Schwarzen Loch sieht dann buchstäblich wie das „Penrose-Diagramm“ auf dem Bild aus. Im Innenraum gibt es nichts Besonderes. Es ist nur ein gekrümmter Bereich der Raumzeit. Die Krümmung ist dort größer als außerhalb und die Krümmungsinvarianten gehen nahe der Singularität ins Unendliche – was ein zukünftiges Ereignis für jeden ist, der jemals den Ereignishorizont (dunkelgrüne 45-Grad-Linie) überschreitet.

Der kleine Zahn ganz oben im Bild ist nur da, wenn man von Hawkings verdampfenden Schwarzen Löchern spricht.

Alle klassischen Beobachtungen eines beliebigen Beobachters können also unter Verwendung der universellen Gesetze von GR perfekt berechnet werden. Insbesondere kann niemals eine Information aus dem Inneren des violetten Dreiecks nach außen entweichen, weil man dafür superluminale, raumartige Trajektorien benötigen würde (gegeben durch Linien, die im Penrose-Diagramm näher an horizontalen als an vertikalen liegen).

Beachten Sie, dass das normale Schwarze Loch normalerweise als statisches Objekt betrachtet wird. Aber sobald man irgendwelche Koordinaten wählt, die die falsche Singularität am Ereignishorizont heilen, wird der statische Charakter unsichtbar. Das obige Bild ist unter vertikalen Translationen keineswegs translationsinvariant. Auch im Inneren des Schwarzen Lochs sind die Schwarzschild-„Übersetzungen“ raumartig, sodass die Wahrnehmungen jedes Beobachters im Inneren unvermeidlich zeitabhängig sind – zum Beispiel stirbt jeder Beobachter unvermeidlich nach einiger Zeit.

Auf der Quantenebene ist die Identifizierung der Felder, Informationen und Beziehungen des Inneren mit dem Rest der Raumzeit eine schwierige Frage, die Gegenstand aktiver Forschung von Quantengravitationsexperten ist. Es gibt einige echte Einblicke in die grobe Skizze. Aber selbst sehr bekannte Physiker sind anderer Meinung, und einige Physiker sind so weit gegangen zu argumentieren, dass die Berechnung von GR, die impliziert, dass das Innere existiert und eine bestimmte Geometrie hat, in der Quantengravitation ungültig ist – so dass überhaupt kein Inneres existiert. Sie sagen, dass die natürliche Auflösung einiger Paradoxien, von denen sie glauben, dass sie existieren, darin besteht, dass jeder einfallende Beobachter bereits am Ereignishorizont von einer „Firewall“ verbrannt wird. Die meisten Experten widersprechen dem.