Wie entkommt ein Teil der Masse des Schwarzen Lochs (BH) dem Ereignishorizont (EH) von entweder BH oder dem verschmolzenen EH von zwei verschmolzenen BHs?

Die Masse eines Schwarzen Lochs ist eine überraschend schwer fassbare Größe. Wenn Sie den Spannungs-Energie-Tensor für ein Schwarzes Loch aufschreiben, werden Sie feststellen, dass er überall Null ist, außer an der Singularität, wo er undefiniert ist. Aus diesem Grund wird das Schwarze Loch als Vakuumlösung bezeichnet .

Wenn wir über die Masse eines Schwarzen Lochs sprechen, beziehen wir uns auf die ADM-Masse , und dies ist eine Größe, die aus der Raumzeitgeometrie berechnet wird.

Der Punkt von all dem ist, dass, wenn sich die Geometrie eines Bereichs der Raumzeit ändert, sich auch seine ADM-Masse ändert, und da die Verschmelzung zweier Schwarzer Löcher sicherlich als Geometrieänderung zählt, sollten wir nicht überrascht sein, dass sich die Gesamtmasse ändert. Es gibt keinen Grund zu erwarten, dass die Summe der Massen der ursprünglichen Schwarzen Löcher erhalten bleibt, und das ist sie auch nicht.

Die BH-Masse ist eine Erhaltungsgröße und kann dem Horizont eines BH nicht entkommen.

Alles, womit Sie interagieren, befindet sich außerhalb des Horizonts. Absolut alles. Was Sie die Masse nennen, ist eine Bezeichnung, die Sie einer bestimmten Art von Krümmung geben, die außerhalb eines Schwarzen Lochs zu finden ist. Was passiert ist, ist, dass die Materie, die in das Schwarze Loch gefallen ist, die Außenseite davon gekrümmt hat, als sie hindurchging. So wurde auch die Raumzeit außerhalb der Erde gekrümmt und so wurde die Raumzeit außerhalb der Sonne gekrümmt. Die einfallende Materie verlässt die Raumzeit gekrümmt nach außen. Das ist eigentlich das, was Sache tut.

Wenn Sie über einem Planeten eine kugelförmige Massenhülle haben, haben Sie eine Lösung vom Typ$M+m$über der Schale und eine Lösung vom Typ$M$zwischen der Hülle und der Oberfläche des Planeten. Dies sind zwei verschiedene Lösungen, und der Unterschied liegt in der Art$m$und das Verbinden der beiden Lösungen ist genau das, was eine Masse an Masse ist$m$tut. Wenn die Schale auf die Region fällt, die Typ hat$M+m$wird größer (es ist der Teil über der Schale und die Schale fällt herunter).

Doch bei Verschmelzungen entwichen einige Prozent (in GW150914 waren es etwa 5 Prozent oder 3 Sonnenmassen) der Masse der Binärdatei entweder vor (einer der beiden BH-Horizonte) oder nach Beginn der Verschmelzung (eine Horizontverschmelzung, aus den verschmolzenen Horizonten), und in Gravitationswellen umgewandelt.

Das ist nicht richtig. Lassen Sie uns diesem Schalenmodell eine weitere Genauigkeitsstufe hinzufügen. Zunächst stellen wir fest, dass es nicht die Masse an Materie ist, die die beiden Arten von Lösungen miteinander verbindet. Es ist die Energiedichte (und in geringerem Maße die Impulsdichte, der Impulsfluss, der Druck und die Spannung, alle fünf zusammen bilden den Spannungs-Energie-Tensor). Wenn die Schale fällt, steigt die Energie, aber die Art der Lösung außerhalb bleibt gleich. Das liegt daran, dass mehr Energie in der Nähe die beiden Lösungen tatsächlich miteinander verbindet, als benötigt wird, um sie weiter außen miteinander zu verbinden.

Sie könnten also Energie aus dieser fallenden Hülle gewinnen und sie aussenden. Aber dann hat es die gleiche Menge an Materie, aber weniger Energie. Und jetzt ist es auch noch näher. Es verbindet also tatsächlich verschiedene Lösungen miteinander. Sie haben also den Planeten, die Hüllenschicht und darüber die Energie, die Sie extrahiert und nach oben gesendet haben. Außerhalb aller drei haben Sie Typ$M+m$unter der Energieschicht, die du hast$m/2+M$und unter der Schale hast du noch$M.$Wenn sich diese Energie später nach oben ausdehnt und schließlich zu dir gelangt (sie ist jetzt so dünn und schwach, weil sie sich über eine riesige Fläche erstreckt, dass du sie kaum bemerkst), dann wirst du in sie hinein und so siehst du den Typus$m/2+M$Lösung. Es sieht so aus, als wäre etwas "Masse" aus der Lösung verschwunden, aber jedes Atom ist noch da.

Was soll das alles. Grundsätzlich ist die schwere „Masse“ eines Objekts nicht die Summe der Massen aller Teile. Und tatsächlich kann sie kleiner sein als die Summe der Massen der Teile. Wie in unserem Beispiel.

Auch ohne Schwerkraft kann die Masse eines Systems stark von der Summe der Massen der Teile abweichen. Aber das, was Sie in einem Gravitationssystem Masse nennen, war wahrscheinlich sowieso eine Energie.

Jetzt haben also die beiden Schwarzen Löcher eine Masse, die geringer sein kann als die Masse der Löcher. Großartig. Und daraus könnte auf die gleiche Weise Energie gewonnen werden. Wenn sich die Teile bewegen, können wir sie verlangsamen, während sie näher kommen. Genauso wie wir es mit der Schale gemacht haben. Jedes Atom der Objekte könnte noch da sein. Aber wir stehlen ihre Energie und so kann das System, von dem sie ein Teil sind, eine kleinere haben$M$Parameter.

Die Frage ist, wie wurde die Masse der BHs reduziert?

Das System aus zwei Schwarzen Löchern hat einen Massenparameter, der nicht die Summe der Parameter der Teile ist. Kein reales System hat einen Massenparameter, der genau die Summe der Parameter der Teile ist. Das System hat einige Teile, die näher kommen und sich bewegen. Indem Sie sie relativ zueinander verlangsamen, können Sie die Parameter des Systems reduzieren. Und genau das passiert. Sicher, sie beschleunigen. Aber sie werden verlangsamt im Vergleich zu dem, wie viel sie ohne die Wellen beschleunigt hätten.

Sind einige virtuelle Teilchen mit negativer Masse in den BH gefallen?

Nein. Und Masse ist nicht die Summe der Massen der Teile, also sind Partikel mit negativer Masse und eine konservierte additive Masse nicht der Weg, an irgendetwas zu denken.

Also, wenn nicht das, wie stiehlt das negative Potential, das die gegenseitige Gravitationsenergie der beiden BHs bindet, Masse aus den Binärdateien?

Ohne Wellen wären die beiden umkreisenden Objekte ein kombiniertes System mit eigener Rotationsgeschwindigkeit$J$und Größe$M$und Krümmungsbetrag. Es ist eine Art Krümmung, die durch schnell rotierende Dinge, die näher innen sind, oder durch langsamer rotierende Dinge, die weiter außen sind, verursacht werden kann.

Sie beginnen als weiter entfernte Dinge, die sich langsamer drehen. Das ist in Ordnung. Wenn sie sich nähern, könnten sie sich auf eine Weise bewegt haben, die dasselbe erzeugt$M$Und$J$Typ Krümmung und das würde etwas mehr Rotation und etwas mehr kinetische Energie erfordern. Genau das gleiche zu haben$M$Und$J$Sie müssten eine ganz bestimmte zusätzliche Energie und Rotation haben.

Aber wenn sie die Wellen aussenden, werden sie langsamer als diese Zielgeschwindigkeit. Tun Sie die Lösung außerhalb von ihnen ist weniger. Und es ist genauso wie bei dem Beispiel, diese Energieschicht nach oben zu schicken. Es ist die Lösung dazwischen, die einen kleineren Parameter hat. Wenn die Wellen ausgehen, sehen wir das Alte$M$Und$J$Lösung, bis die Wellen uns erreichen, dann sind wir unter dieser Schicht und sehen die kleinere$M$Lösung.

Bitte kein Handwinken. Ich habe überall nachgesehen und sehe nur Handbewegungsargumente über Potenzial oder andere Energie außerhalb der BHs, aber Masse ist eine interne (innerhalb der Horizonte) und konservierte Menge von BHs.

Masse ist keine interne Größe (es ist eine Bezeichnung, die Raumzeitregionen außerhalb von Horizonten zugewiesen wird). Und es ist auch nicht konserviert. Oder sogar additiv. Wenn Sie darauf bestehen, dass dies der Fall ist, wenn dies nicht der Fall ist, können Sie keine korrekte Physik lernen. Und Energie wird in der allgemeinen Relativitätstheorie nicht konserviert, daher bin ich mir sowieso nicht sicher, worauf Sie abzielen.

Drehimpuls, extrahiert werden können (dh dem EH entkommen). Drehimpuls durch den Penrose-Prozess, vielleicht auch Ladung. Gilt das auch für die Masse?

Wenn Sie den Drehimpuls extrahieren, indem Sie die Teile langsam herunterfahren, dann extrahieren Sie auch Energie, was der Parameter ist$M$allgemein korreliert mit.