Was passiert mit Informationen, wenn Schwarze Löcher verschmelzen?

Ich werde versuchen, diese Frage richtig zu beantworten – aber die richtige Antwort ist schwierig, weil wir keine exakte Lösung für die Verschmelzung von Schwarzen Löchern haben, außer für den Fall, dass eines der beiden unendlich groß ist. Wir haben auch keine vollständige Lösung des Cauchy-Horizont-Problems in Schwarzen Löchern.

Die klassische Antwort aus physikalischer Sicht lautet, dass die Horizonte der Schwarzen Löcher verschmelzen und jeder Beobachter im Inneren eines Schwarzen Lochs das tun wird, was er normalerweise tut, ohne etwas von der Verschmelzung zu bemerken, weil seine Zeit auf a zeigt andere Richtung, in die Mitte. Das Problem bei dieser Antwort ist, dass sie eine Antwort auf die Frage erfordert, was sich im Zentrum eines Schwarzen Lochs befindet – eine raumähnliche Singularität, die alles verschlingt (wie Penrose vermutete), oder ein wurmlochartiges Cauchy-Horizont-Paar führt den Beobachter dazu, sich umzudrehen und aus demselben schwarzen Loch herauszukommen (was ich persönlich glaube). Sie könnten realistischerweise nur aus einem sich drehenden oder aufgeladenen Schwarzen Loch herauskommen, selbst wenn Penrose falsch liegt und ich recht habe. Ich sollte darauf hinweisen, dass absolut niemand auf der Welt mir diesbezüglich zustimmt, aber sie haben kein wirkliches Argument. Aber das hat nichts zu bedeuten, das ist immer so, wenn man etwas Neues vorschlägt.

Bei einem neutralen Schwarzen Loch treffen Sie mit Sicherheit das singuläre Zentrum – es gibt keinen Cauchy-Horizont, oder vielmehr schrumpft es zu einem degenerierten Punkt.

Das Problem, aus dem Schwarzen Loch herauszukommen, erschwert die Antwort, da Sie in einem größeren Schwarzen Loch herauskommen könnten, in das das ursprüngliche Schwarze Loch in der Zwischenzeit gefallen ist. Es gibt keine Möglichkeit, diese Frage zu beantworten, ohne zu wissen, wie die Dinge herauskommen, also werde ich von nun an so tun, als wäre dies unmöglich – dass Sie nicht aus einem schwarzen Loch herauskommen können. Der Grund ist, dass ich keine Ahnung habe, wie lange Sie in einem Schwarzen Loch verbringen, aus dem Sie herauskommen, und Sie müssten manchmal Antimaterie und Linkshänder herauskommen (wenn Sie normalerweise Rechtshänder sind).

Abgesehen davon schlucken die Schwarzen Löcher Beobachter, die getötet werden, unabhängig davon, was später mit dem Schwarzen Loch passiert. Schwarze Löcher, die sich nahe kommen, verschmelzen, aber indem ihr Inneres auf der Oberfläche des neuen Schwarzen Lochs auftaucht, das sich bildet, wie Seifenblasen, die auf eine Hochdruckregion treffen. Physikalisch verbinden sich die Horizonte der Schwarzen Löcher zu einem neuen Horizont, aber der Prozess der Verbindung ist klassisch nicht realisierbar (es dauert von außen gesehen unendlich lange, bis jedes Schwarze Loch in das andere fällt).

Physikalisch spielt das alles keine Rolle – die schwarzen Löcher verschmelzen zu einem wie Seifenblasen, die verschmelzen. Das Verschmelzen von Seifenblasen ist auch diskontinuierlich von einer langwelligen Kontinuumsbeschreibung.

Diskussion über die akzeptierte Antwort erhalten

Diese Diskussion war interessant und vielleicht hilfreich, um zu sehen, woher diese Idee der rotierenden BH-Emissionen kommt und dass es keine Mainstream-Physik ist (oder zumindest noch nicht).

RM: Sie stellen einige nicht gut belegte Behauptungen auf, die ich für falsch halte: 1. Ein Beobachter wird eine Singularität erreichen. 2. Die Singularität eines anderen Schwarzen Lochs kann den Beobachter zuerst erreichen. Nummer 1 ist nur für nicht rotierende, ungestörte Schwarze Löcher richtig, und wenn ein Schwarzes Loch in ein anderes fällt, weiß ich nur, wie genau die innere Lösung in der Grenze modelliert wird, dass das große Schwarze Loch unendlich ist. Der Beobachter könnte gerade aus dem ersten Schwarzen Loch abprallen und durch einen Cauchy-Horizont zum ausgehenden Blatt gehen. 2 ist holografisch verdächtig. Das riecht nach einer offenen Frage.

AB: Ich könnte mich natürlich irgendwo irren, aber lassen Sie mich Ihrem Kommentar widersprechen: 1) Selbst bei gestörten und rotierenden (astrophysikalischen) Schwarzen Löchern wird ein Beobachter früher oder später die Singularität erreichen, es sei denn, der Beobachter wird während der Verschmelzung herausgeschleudert. +Es hat nichts mit Ihrer Fähigkeit zu tun, die Innenlösung zu modellieren. 2) Stellen Sie sich vor, Sie schicken einen Beobachter aus einer statischen Position in ein Schwarzes Loch 1 und werfen direkt hinter ihm ein sich relativistisch bewegendes Schwarzes Loch Nummer 2, so dass es so eingestellt ist, dass es den Beobachter erreicht, wenn er den Horizont von Schwarzes Loch 1 überquert. Ich sehe hier keinen Betrug.

... Allerdings finde ich die von Ihnen gestellte Frage sehr interessant. Wie viel wissen Sie über die Möglichkeit, dass ein Beobachter durch irgendeinen Prozess, wie z. B. Kollisionen mit Schwarzen Löchern oder was auch immer, aus einem Ereignishorizont herauskommt? Vielleicht hast du dazu Referenzen?

RM: Es gibt keinen Beweis dafür, dass Beobachter eine Singularität außerhalb der perfekten kugelsymmetrischen Schwartschild-Lösung erreichen können (die leider als generischer Fall in Büchern dargestellt wird). Wenn ein Schwarzes Loch gestört wird, wenn es rotiert oder aufgeladen wird, vielleicht auch wenn es durch ein starkes Gravitationsfeld deformiert wird, verwandelt sich die zentrale Singularität in einen Cauchy-Horizont, der eine zeitähnliche Singularität umgibt. Ein Beobachter kann keine zeitähnliche Singularität treffen, der Beobachter springt einfach am Cauchy-Horizont vorbei (natürlich mit Gezeitenkräften), dreht sich um und kommt wieder heraus.

... Das Problem ist, dass die Teile des Cauchy-Horizonts gegenüber einfallenden Verformungen instabil sind und Sie im Allgemeinen viel Schmutz auf den Cauchy-Horizont bekommen, der eine Wand aus harter Strahlung an der Grenze einer ewigen schwarzen Wand bildet. Einige Leute (gemeint ist Penrose) spekulieren, dass dies bedeutet, dass Sie keinen Cauchy-Horizont überschreiten können. Wenn diese Spekulation richtig ist (ich bin mir ziemlich sicher, dass sie es nicht ist), dann wird alles auf eine Singularität in einem echten Schwarzen Loch treffen. Ob diese Spekulation richtig ist oder nicht, hängt von den Details sowohl der klassischen als auch der Quantengravitation ab.

... Die klassische Frage ist genau, wie einzigartig der Cauchy-Horizont ist. Aus den Papieren, die ich gesehen habe, und meiner eigenen Intuition, ist der Cauchy-Horizont nicht schrecklich einzigartig, er ist einfach wie ein plötzlicher möglicher Schritt in der Zeitquantenmechanik. Es wird das einfallende System erregen, einige Antiteilchen erzeugen, aber nicht zu unendlicher Energie, und Sie könnten möglicherweise überleben, wenn Sie hindurchgehen. Dies wird durch die Beobachtung unterstützt, dass der Cauchy-Horizont in einem leeren Universum völlig regelmäßig ist – überhaupt kein Problem, ihn zu überqueren.

Wenn Sie Cauchy 1 überqueren, befinden Sie sich im mittleren Bereich, wo Sie eine zeitähnliche Singularität sehen. Du kannst diese zeitähnliche Singularität nicht erreichen, weil sie dich wegstößt, aber du kannst sie beleuchten. Sie überqueren dann einen zweiten Cauchy-Horizont und landen in der vergangenen Region eines Schwarzen Lochs, das dem sehr ähnlich ist, in das Sie gefallen sind, und dann werden Sie ausgeworfen. Dieser Zyklus ist im Extremfall am ausgeprägtesten, in dem Sie Dinge an ein Schwarzes Loch binden und einfache harmonische Bewegungen ausführen können, indem Sie immer wieder rein und raus gehen.

... Der Grund, warum Quantengravitation benötigt wird, um dies zu verstehen, ist, dass die ausgehende Region klassischerweise von der einfallenden Region getrennt ist – sie sind getrennte Universen. In den 1970er Jahren wurde spekuliert, dass das Schwarze Loch aus diesem Grund mit einem anderen Universum verbunden ist. Aber wir wissen es heute besser – der einzige Ort, an dem Sie herauskommen können, wenn diese Geschichte richtig ist, ist in diesem Universum. Aber dies erfordert eine Klebekarte, die das andere Universum mit diesem Universum identifiziert, und diese Klebekarte ist sehr schwer herauszufinden (ich habe es versucht und nie eine vernünftige Antwort bekommen, der ich vertraut habe).

... Sie haben nach Referenzen gefragt --- leider habe ich keine Referenzen, das ist nur etwas, worüber ich nachgedacht habe. Einem Argument in der Literatur kommt am nächsten, dass, wenn Sie einen Stapel von D-Branes machen, eine herausschieben und sie so schieben, dass sie in die anderen fällt, sie auf reversible Weise hin und her oszillieren sollte. Leider ist der einzige mir bekannte Literaturhinweis auf einen Artikel von Gubser, den ich für falsch halte und dessen Argumentation für mich nicht überzeugend genug ist, dass die Brane nicht reversibel schwingt, sondern im Schornstein hängenbleibt.

PS: An dieser Antwort stimmt etwas nicht. Betrachten Sie den Satz "1) Der Beobachter ist in der Lage, die Kollision zu spüren, vorausgesetzt, er hat noch nicht die Singularität des Heimatschwarzen Lochs erreicht." Da aus der Sicht eines Beobachters außerhalb des Schwarzen Lochs der einfallende Beobachter es nie wirklich über den Ereignishorizont hinaus schafft, ist Ihre "bereitgestellte" Klausel nichtig. – Peter Shor 22. März um 11:07 Uhr

AB(@PS): Entschuldigung, aber entweder liegen Sie hier absolut falsch, oder ich/Sie haben sich unklar ausgedrückt. Nennen wir Beobachter 1 denjenigen, der in ein Schwarzes Loch fällt, und Beobachter 2 denjenigen, der entfernt ist. Die Tatsache, dass der Beobachter 2 den Beobachter 1 niemals den Horizont überqueren sehen wird, impliziert keineswegs, dass der andere Beobachter 1 das Überqueren des Horizonts oder das Auftreffen auf die Singularität nicht erleben wird. Beobachter 1 kann erleben, 1) den Ereignishorizont zu überqueren, 2) die Singularität zu treffen, 3) das Gezeitenfeld eines weiteren eindringenden Schwarzen Lochs zu spüren. Es ist streng, eindeutig und ich beziehe mich auf klassische Lehrbücher über GR, sagen wir MTW.

AB: Ich habe Ihren Kommentar wirklich gerne gelesen und danke Ihnen, dass Sie Ihre Ideen geteilt haben. Ich glaube jedoch, dass die relevanteste Physik für die Frage diejenige ist, die astrophysikalische schwarze Löcher in der klassischen allgemeinen Relativitätstheorie betrifft. Warum nicht Quanten? Es ist noch nicht etabliert. Warum Astrophysik? Weil sie die einzige Art von Schwarzen Löchern sind, von denen bekannt ist, dass sie sich unter bekannter Physik im Universum bilden. Ich werde in den folgenden Kommentaren auf einige Punkte eingehen, bei denen ich Ihnen nicht zustimmen kann.

... 1) Astrophysikalische Schwarze Löcher entstehen durch einen Gravitationskollaps. Sie enthalten keine Wurmlöcher und ihre Entstehung verändert die Topologie der Raumzeit nicht. Wenn sich ein unglücklicher Beobachter zufällig innerhalb des Ereignishorizonts eines solchen Schwarzen Lochs befindet, kann er ihm auf keine andere Weise entkommen, als einfach den Horizont rückwärts zu überqueren, was bei stationären Schwarzen Löchern unmöglich ist.

...1.1) Die Frage, die ich Ihnen gestellt habe, ist, ob Sie das Folgende tatsächlich wissen. Angenommen, ein Beobachter hat einen Ereignishorizont eines beliebigen astrophysikalischen Schwarzen Lochs (weiter BH), möglicherweise nichtstationär, überschritten, kann der Beobachter ihm unter irgendwelchen Prozessen noch im GR-Bild entkommen.

...2) Alle gestörten BHs, einschließlich rotierender, sind dafür bekannt, sich durch Aussendung von Gravitationsstrahlung zu beruhigen. Dies wird durch die Störungstheorie und die numerische Relativitätstheorie unterstützt. Wenn Sie einen Beobachter einwerfen und ihn als Störung betrachten, wird sich das System am Ende beruhigen, und daher wird der Beobachter statisch und in der Lösung des Schwarzen Lochs absorbiert, wodurch er sich auf einer Singularität wiederfindet.

AB: Peter, da hast du definitiv Recht, wahrscheinlich könnte man die zeitliche Abfolge sorgfältiger vornehmen. Die ganze Beschreibung kann jedoch auf das geschrumpft werden, was Beobachter 1 in einer Sequenz sehen soll, und was Beobachter 2 sehen soll. Für den Beobachter 1 bleibt die Abfolge gültig: Er fällt in das kleine Schwarze Loch und beginnt unmittelbar nach dem Überqueren des Horizonts das Gezeitenfeld eines anderen Schwarzen Lochs zu spüren und erlebt dann, von diesem getroffen zu werden.

RM: Ihre Äußerungen sind oberflächlich überzeugend, aber heute als falsch bekannt. Rotierende schwarze Löcher, die astrophysikalisch entstanden sind, schwingen sich zweifelsfrei in einen Wurmlochzustand ein. Die Tatsache, dass der Horizont bei der Entstehung ein rein vergangener Horizont ist, ist irrelevant. Wir wissen heute, dass Vergangenheitshorizonte und Zukunftshorizonte quantenmäßig dual sind, und dass die Tatsache, dass ein Penrose-Diagramm sagt, dass Dinge nur hineingehen können, nicht bedeutet, dass ein anderes ebenso gültiges Penrose-Diagramm nur Dinge haben kann, die hinausgehen. Dies ist eine Änderung des klassischen Bildes aufgrund der Susskind-Komplementarität.

AB: Nochmals vielen Dank für Ihren Kommentar, ich werde darüber nachdenken. Können Sie mir bitte einen Verweis auf eine Forschungsarbeit geben, die zeigt, dass sich rotierende astrophysikalische Schwarze Löcher der klassischen allgemeinen Relativitätstheorie in Wurmlochzuständen niederlassen?

RM: Ich benutze keine Autorität, um meine Positionen zu untermauern, aber ich kann erklären, warum. Der Weg, dies zu sehen, besteht darin, die globale Struktur der Kerr-Lösung zu betrachten, die in Hawking und Ellis ausgearbeitet wird. Es ist qualitativ identisch mit der weitaus einfacheren Reissner-Nordstrom-Lösung, und wenn Sie nicht erklären, dass der Cauchy-Horizont zu einzigartig ist, um es zu passieren, bildet es ein Wurmloch zu einem anderen getrennten Universum. Die einzige wurmlochfreie Lösung ist das Schwartschild, weil es zu symmetrisch ist. Wurmloch in ein anderes Universum ist Unsinn, es macht Informationsverlust, also müssen Sie kleben. – Ron Maimon 23. März um 18:42 Uhr

... Ich denke, nachdem ich Ihre Kommentare gelesen habe, haben Sie den Eindruck, dass Lösungen für Schwarze Löcher eine Singularität haben, die Materie absorbiert - das sagen die Leute in populären Büchern, aber es ist absolut falsch. Nur nicht rotierende, ungeladene Schwarzschild-Schwarze Löcher haben eine raumähnliche Singularität, die Sie treffen können. Es gibt keine einzige generische Lösung für Schwarze Löcher mit einer raumähnlichen Singularität. Die raumartige Singularität ist nur ein Artefakt der sphärischen Symmetrie. Generische Penrose-Singularitäten sind zeitähnlich.

AB: Lieber Ron, also ist es richtig zu sagen, dass laut Hawking und Ellis (eigentlich eines der besten Bücher über GR) in ihrem Buch alle rotierenden ungeladenen Schwarzen Löcher, die durch Gravitationskollaps gewöhnlicher Materie entstanden sind, immer auch a bilden Wurmloch-Singularität?

... Ich fühle mich Ihrer Position sehr verbunden, wissenschaftliche Quellen, wie zum Beispiel wissenschaftliche Arbeiten, kritisch zu beurteilen. Wenn Sie jedoch eine Behauptung aufstellen, die nicht durch eine Quelle gestützt wird, implizieren Sie, dass Sie einen wissenschaftlich fundierten Beweis für das, was Sie sagen, liefern können. Mit anderen Worten, Sie machen eine Originalaussage mit entsprechender Begründung -> Sie sind für deren Richtigkeit verantwortlich. Wenn Sie auf andere Personen recherchieren, ist diese für die Aussage und den Nachweis verantwortlich.

RM: Hawking und Ellis sagen nur das Folgende, was beide richtig sind: 1. die äußere Lösung ist asymptotisch Kerr 2. die innere Lösung einer Kerr-Lösung ist ein mehrere Universen verbindendes Wurmloch. Sie sagen nicht, dass sich das Wurmloch während des Kollaps bilden wird, weil die Fortsetzung über den Cauchy-Horizont hinaus verdächtig ist, weil der Cauchy-Horizont singulär werden kann. Das ist bekannt. Es deutet darauf hin, dass jedes astrophysikalische Schwarze Loch sich mit einem anderen Universum verbindet und aufgrund dieser Eigenschaft zu Informationsverlust führt, was Hawking seit mehr als 20 Jahren befürwortet.

... Ich stimme zu, dass ich für ein Argument verantwortlich bin, das ich nicht zitieren werde. Aber das einzig Originelle an dem, was ich oben gesagt habe, ist die Aussage, dass man, wenn man in ein rotierendes Schwarzes Loch geht, durch die Cauchy-Horizonte geht und aus demselben Schwarzen Loch herauskommt. Dies ist physikalisch von der Unitarität erforderlich, wenn der Cauchy-Horizont passierbar und nicht singulär ist, aber ich habe die Klebekarte nie gefunden. Es gibt keinen Hinweis darauf, was es von der klassischen Mechanik sein sollte, und es gibt verrückte Dinge – Sie müssen die Zeit an einigen Stellen rückwärts kleben, und Sie müssen sicherstellen, dass Sie in der Zukunft immer herauskommen.

AB: Nun, obwohl Sie kein einziges Mal gesagt haben, dass diese und jene populäre Quelle falsch ist. Also sagen Hawking und Ellis am Ende nie wirklich, dass die schwarzen Löcher, die durch Gravitationskollaps entstehen, Wurmlöcher produzieren, oder?

... In Bezug auf Hawking und Informationsverlust drehte sich die ganze Idee nur um das No-Hair-Theorem: Sie werfen Informationen in ein schwarzes Loch, sie stabilisieren sich auf eine stationäre Lösung, und Sie stellen fest, dass Informationen verschwunden sind.

RM: Hawking und Ellis nehmen dazu keine Stellung – sie erklären einfach, dass die Kerr-Lösung ein Wurmloch ist und dass sich die Kerr-Lösung bildet. Sie müssen sowieso alles selbst überprüfen, aber sie stimmen in allen Punkten. Schwarze Kerr-Löcher, die durch Gravitationskollaps entstehen, produzieren Wurmlöcher, wenn ihre inneren Cauchy-Horizonte nicht zu einzigartig sind. Es ist nicht bekannt, ob sie es sind oder nicht (ich sage nein). Der Hauptunterschied zwischen dem, was ich sage, und dem, was die Leute in den 1970er Jahren sagten, ist, dass ich sage, das Wurmloch gehört zu diesem Universum, und Sie verlassen dasselbe Schwarze Loch.

... Das No-Hair-Theorem gilt zu asymptotischen Zeiten --- es sagt Ihnen, dass das Schwarze Loch nur in einem Kerr-Zustand stabil ist. Es bedeutet nicht, dass die Information verschwindet, nur dass der Endzustand mit maximaler Entropie Kerr ist. Dies ist ein thermischer Zustand (wenn er nicht extrem ist), also verbirgt er nur die Informationen im Inneren wie jeder andere thermische Körper. Ich behaupte unverblümt, dass sich bei nahezu extremen Schwarzen Löchern das Material, das in das Außenbild hineingeht, über den Horizont ausbreitet, dann um das Loch herumgeht und sich wieder sammelt und wieder herauskommt, wobei es eine harmonische Schwingung nach innen und außen erzeugt.

Der Beobachter fällt in einer endlichen Eigenzeit in das Zentrum eines BH. Wenn Sie einen BH und einen Beobachter in einem asymptotisch flachen Hintergrund mit einer ultrarelativistischen Geschwindigkeit in Bezug auf einen entfernten Beobachter starten, wird die Eigenzeit der Person innerhalb des Schwarzen Lochs in Bezug auf den entfernten Beobachter erheblich verzögert. Robuster können Sie dem Schwarzen Loch eine „Uhr“ anbringen, indem Sie geeignete Koordinaten in der Nähe davon einführen, die Entsprechung zwischen der richtigen Zeit (Position) des Beobachters im Inneren des Schwarzen Lochs und der vom Schwarzen Loch angezeigten Zeit herstellen. Uhr'. Letzteres kann mit der Fernuhr korrespondiert werden.

Daher können viele Dinge in der Umgebung passieren, während der Beobachter noch in das Schwarze Loch fällt. Der Beobachter kann auch Informationen über die Ereignisse in der Umgebung erhalten, wenn sie ihm übertragen werden, bevor er fällt.

Stellen Sie sich jetzt vor, dass ein sich relativistisch bewegendes Schwarzes Loch + einfallender Beobachter frontal mit einem anderen Schwarzen Loch kollidieren werden. Bei der Kollision verschmelzen die Ereignishorizonte, der Beobachter spürt Gezeitenfelder eines anderen Schwarzen Lochs, und es kann sogar passieren, dass ihn die Singularität eines anderen Schwarzen Lochs zuerst erreicht.

Daher: 1) Der Beobachter ist in der Lage, die Kollision zu fühlen, vorausgesetzt, dass er die Singularität des Heimatschwarzen Lochs noch nicht erreicht hat, 2) Der Beobachter existiert, bevor er eine Singularität erreicht, obwohl die Gezeitenkräfte ziemlich hart sein können

Was die zweite Frage betrifft, so verschmelzen die Ereignishorizonte vieler kleiner Schwarzer Löcher, wenn die Schwarzen Löcher nah genug sind. Sie können sich ein Schwarzes Loch als eine Punktmasse vorstellen, die von einem kugelförmigen (grob gesagt) Horizont umgeben ist. Horizonte neigen dazu, sich zu verschmelzen, wenn sie sich nähern, und die Punktmassen bleiben von den neuen Horizonten bedeckt, neigen jedoch dazu, sich gegenseitig zu inspirieren und mit der Zeit zu verschmelzen. Wenn Sie sich Millionen von kleinen schwarzen Löchern zusammen vorstellen, werden zuerst die Horizonte verschmelzen, und dann werden alle Massen unter dem großen Horizont eine größere Masse bilden.