Warum sind Umlaufbahnen um Schwarze Löcher stabil?

Die Theorie des Schwarzen Lochs beinhaltet, dass der Raum (oder die Raumzeit) selbst in das Schwarze Loch gesaugt wird, wobei der Ereignishorizont den Punkt markiert, an dem sich Raum/Raumzeit schneller als mit Lichtgeschwindigkeit bewegt. Es fällt mir wirklich schwer, mir vorzustellen, wie dies geschehen konnte, während Objekte eine einigermaßen stabile Umlaufbahn um Schwarze Löcher aufrechterhielten. Wenn wir die Sterne nehmen, die das supermassereiche Schwarze Loch im Zentrum der Milchstraße umkreisen, wird die Umlaufbahndynamik verwendet, um die Masse des Schwarzen Lochs auf normale Weise zu berechnen. Mit anderen Worten, ohne die Tatsache zu berücksichtigen, dass der Weltraum mit einer gewissen Geschwindigkeit nach innen in Richtung des Schwarzen Lochs eilt. Ich weiß, dass mir hier etwas Wissen fehlt. Das ist die Motivation, die Frage zu stellen.

Die Prämisse ist falsch. Schwarze Löcher "saugen" nichts, und es gibt keine Vorstellung von "Raumzeitbewegung". Es findet kein "Rauschen" statt. Die Raumzeit ist um ein Schwarzes Loch gekrümmt, aber es ist nicht in Bewegung. Die Raumzeit um ein Schwarzes Loch herum ist stabil, es ist nur anders, als Sie es gewohnt sind, über Raumzeit zu denken. Der Ereignishorizont ist kein Punkt, an dem sich „die Raumzeit schnell bewegt“, sondern der Punkt, an dem die natürlichen Koordinaten des Weltraums eine Singularität erreichen und es keinen Sinn mehr macht, sich den Raum in der Nähe eines Schwarzen Lochs als im Wesentlichen kugelförmig vorzustellen.
Das dachte ich, aber es ist nicht das, was hochrangige Wissenschaftler wie Susskind sagen. Sehen Sie hier ab etwa 7 Minuten in youtube.com/watch?v=2DIl3Hfh9tY
Es ist nicht fair, mir einen weiteren Minuspunkt zu geben, wenn ich nur wiederhole, was die führenden Wissenschaftler auf diesem Gebiet sagen. Ich kümmere mich nicht mehr darum, ob das die Einstellung ist
@LucyMeadow Diese Wissenschaftler sollten sich schämen, die Köpfe der Wissbegierigen mit Unwahrheiten zu füllen.
Die Minuspunkte spiegeln die Frage wider, nicht Ihre.
@BMS - Was ist falsch an der Frage? Sie fragte nach einer Aussage von Susskind, und wie Sie meiner Antwort entnehmen können, entspricht Susskinds Beschreibung einer mathematisch gültigen Art und Weise, das Verhalten von Teilchen in der Raumzeit eines Schwarzen Lochs zu analysieren.
@Hypnosifl Nichts, was ich sehe; Ich habe es nicht abgelehnt. Ich sage Lucy gegenüber, dass Fragen abgelehnt werden, unabhängig davon, woher der Inhalt stammt.
@BMS - Gotcha, ich dachte, Sie haben eher die Frage kommentiert als die allgemeine Funktionsweise des Stack-Austauschs.
Lucy, Susskind gibt sich große Mühe zu erklären, dass seine Erklärung der Schwarzen Löcher nur eine Analogie ist (~3:45 bis 4:20) und nur so weit getrieben werden kann; dies gilt sowohl für die Rede von Fisch als auch für die vereinfachte technische Beschreibung danach. Es ist eine gute Analogie, aber sie ist begrenzt. Es ist wahr, dass die "Theorie des Schwarzen Lochs als Raum angesehen werden kann, der in das Schwarze Loch gesaugt wird", aber die einfache Behauptung, mit der Sie beginnen, ist falsch und gibt Ihnen die Ablehnung. Wenn Sie Ihren Beitrag entsprechend editieren und angemessen auf Susskind verweisen, kommt Ihr Beitrag deutlich besser an.

Antworten (2)

In den Kommentaren erwähnen Sie Susskinds Verwendung einer Metapher, die den Wasserfluss 7 Minuten in diesem Video beinhaltet, aber dies sollte nicht so verstanden werden, dass sich die Raumzeit um ein Schwarzes Loch grundlegend anders verhält als bei jedem anderen Gravitationskörper. Ich vermute vielmehr, Susskind bezieht sich nur auf die Analyse eines Schwarzen Lochs in einem bestimmten Typ von Koordinatensystem, den Gullstrand-Painlevé-Koordinaten , die auf dieser Seite konzeptionell umrissen werden . Wie auf der Seite erwähnt, "Die Gullstrand-Painlevé-Metrik ... ist nur die Schwarzschild-Metrik, die in einem anderen Koordinatensystem ausgedrückt wird" (dh anders als die Schwarzschild-Koordinatenoft verwendet, um die gekrümmte Raumzeit um ein nicht rotierendes Schwarzes Loch zu beschreiben, wobei die Krümmung selbst als koordinateninvariant verstanden wird). Weiter heißt es auf der Seite:

Physikalisch beschreibt die Gullstrand-Painlevé-Metrik den Raum, der mit der Newtonschen Fluchtgeschwindigkeit in das Schwarzschild-Schwarze Loch fällt. Außerhalb des Horizonts ist die Einfallsgeschwindigkeit geringer als die Lichtgeschwindigkeit. Am Horizont ist die Geschwindigkeit gleich der Lichtgeschwindigkeit. Und innerhalb des Horizonts übersteigt die Geschwindigkeit die Lichtgeschwindigkeit.

Der Autor der Seite hat auch ein eher technisches Papier mit dem Titel Das Flussmodell der Schwarzen Löcher , das dieses Koordinatensystem für pädagogische Zwecke ausarbeitet . In Abschnitt II erwähnt das Papier einige nette Eigenschaften dieses Koordinatensystems:

Wir demonstrieren zwei Merkmale, die die Essenz des Flussmodells für kugelförmige Schwarze Löcher ausmachen: Erstens, dass der Fluss des Weltraums so betrachtet werden kann, als würde er sich auf galiläische Weise durch einen flachen galiläischen Hintergrundraum bewegen [Gl. (14) und (15)] und zweitens, dass, wenn sich ein frei fallendes Objekt durch den fließenden Fluss des Raums bewegt, seine 4-Geschwindigkeit oder allgemeiner jeder 4-Vektor, der mit dem frei fallenden Objekt verbunden ist, betrachtet werden kann als Entwicklung durch eine Reihe von infinitesimalen Lorentz-Schüben, die durch die Änderung der Geschwindigkeit des Flusses von einem Ort zum nächsten induziert werden [Gl. (18)]. Da sich der Fluss auf galiläische Weise bewegt, kann er sich schneller als Licht durch den Hintergrund bewegen und tut dies auch innerhalb des Horizonts. Objekte, die sich im Fluss bewegen, bewegen sich jedoch gemäß den Regeln der speziellen Relativitätstheorie und können sich daher nicht schneller als Licht durch den Fluss bewegen.

Beachten Sie auch, dass in der allgemeinen Relativitätstheorie gemäß Birkhoffs Theorem die Metrik außerhalb der Oberfläche eines beliebigen kugelsymmetrischen, nicht rotierenden massiven Körpers, wie eines Sterns oder Planeten ohne Drehimpuls, nur die durch die Schwarzschild-Metrik gegebene Raumzeitgeometrie ist, nicht anders als die eines nicht rotierenden Schwarzen Lochs der gleichen Masse (das Gleiche gilt nicht für rotierende Körper im Vergleich zu rotierenden Schwarzen Löchern, siehe den letzten Absatz auf Seite 39 dieser PDF-Datei ) . Das bedeutet also vermutlich, dass man auch den Raum außerhalb eines nicht rotierenden Sterns im Gullstrand-Painlevé-Koordinatensystem räumlich beschreiben könnte, der wie eine nach innen strömende Flüssigkeit wirkt.

Dies muss jedoch nicht bedeuten, dass Umlaufbahnen unmöglich sind, da in dieser Beschreibung ein Objekt auch eine Geschwindigkeit relativ zum lokalen Raum hat und seine Gesamtgeschwindigkeit die Summe aus der Geschwindigkeit des Raums und seiner Geschwindigkeit relativ zum Raum ist, ebenso wie die Gesamtgeschwindigkeit eines Objekts in einem Fluid kann in die Geschwindigkeit des lokalen Fluids plus seine Geschwindigkeit relativ zu dem lokalen Fluid zerlegt werden. Siehe meine Diskussion in dieser Antwort über das Gedankenexperiment "Newtons Kanone", um ein besseres intuitives Gefühl dafür zu bekommen, wie ein Objekt, das ständig einer Kraft ausgesetzt ist (die von einer Flüssigkeit stammen könnte), die in Richtung der Mitte eines Kreises drückt, sich dennoch bewegen kann eine Umlaufbahn aufgrund ihrer eigenen Tangentialgeschwindigkeit.

Lieber Hypnosift – Susskind verwendet seiner Meinung nach keine Metapher. Er verdeutlicht dies, indem er seiner „Metapher“ mit der Betonung „und das stimmt wirklich“ folgt.
hypnosift, dann sagen Sie "... ist nur die Schwarzschild-Metrik, ausgedrückt in einem anderen Koordinatensystem", um anscheinend zu bedeuten, dass es sich nicht um legitime Physik handelt, sondern um eine Illustration. Aber ist das wirklich die Implikation? Ich dachte, wenn zwei Modelle dasselbe sind, übersetzt durch ein Koordinatensystem, dann sind sie gleichwertig .
Hallo Hypnosift – Ich sehe, dass Sie mit dem Wissen schließen, dass sich der Raum nicht anders verhält als um einen Körper herum. Mit anderen Worten, der Raum kann als auf jeden Gravitationskörper zufließend angesehen werden. Was meine Verwirrung beantwortet. Danke dafür :o)
Ich meinte nicht "die Schwarzschild-Metrik, ausgedrückt in einem anderen Koordinatensystem", um zu bedeuten, dass es nur eine "Illustration" war - es ist vermutlich mathematisch völlig streng. Aber wenn Physiker mehrere mathematische Wege haben, um zu genau denselben physikalischen Vorhersagen zu gelangen, sehen sie normalerweise keinen als physikalisch "korrekter" an als den anderen, obwohl sie ein Schwarzes Loch in Bezug auf den Raum modellieren, der in einem flachen Raum nach innen fließt vollkommen gültig ist, ist es nicht " wahrer" als ein Modell, in dem der Raum gekrümmt, aber statisch ist.

Ich habe das Gefühl, dass im Allgemeinen viel Verwirrung darüber herrscht, was Schwarze Löcher sind und was sie tun. in Wirklichkeit unterscheidet es sich nur sehr von anderen Objekten wie Sternen sehr nahe am oder innerhalb des Ereignishorizonts; in den meisten Fällen ist es einfach ein schweres Objekt. Daher würden Objekte ihn einfach wie jedes andere massive Objekt umkreisen, solange die Umlaufbahn nicht zu nahe am Ereignishorizont liegt.

Wenn der einströmende Raum der Beschreibung entspricht, die jeder kennt, muss dies die Bahn eines Satelliten beeinflussen (insbesondere enge elliptische Bahnen, die die Bahnen vieler Sterne sind, am SMB im Zentrum der Milchstraße).
Die einzige Alternative ist entweder (a) Hypnosift ist richtig, dass es eine Metapher ist. Ich werde Susskind schreiben, wenn Sie das sagen, und ihn bitten, dieser Frage nachzugehen und zu bestätigen, dass es sich um eine Metapher handelt. Die andere Möglichkeit ist, dass die Äquivalenz für alle Gravitationseffekte gilt. Die Schwerkraft auf der Erde entspricht also dem Raum, der auf die Erde zufließt. das muss es sein
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