Wie wachsen die Ereignishorizonte von Schwarzen Löchern? [Duplikat]

Ja, sie wachsen, wenn Masse oder Energie hinzugefügt wird. Es ist nicht kompliziert und innerhalb der Allgemeinen Relativitätstheorie gut verständlich. Mit einer Einschränkung.

Die Einschränkung, dass ein Körper, der fast den Horizont erreicht, ihm so nahe kommt, selbst wenn sich die Zeit unendlich verlangsamt (theoretisch), dass Sie für alle praktischen Zwecke davon ausgehen können, dass er vom Schwarzen Loch (BH) absorbiert wurde. Das befasst sich mit dem verwirrenden Thema der Zeit, die sich am Horizont unendlich verlangsamt. Es wird in anderen Fragen auf dieser Seite behandelt

Der Horizontradius eines Schwarzschild-BH ist (erste Referenz unten)

$R_h = 2GM/c^2$

Es gibt auch eine Gleichung für rotierende und geladene BHs, in die Ladung und Drehimpuls eingehen. Die Details sind für die Zwecke hier nicht allzu wichtig.

Wenn Materie vorsichtig und radial hinzugefügt wird, um sicherzustellen, dass sie keinen Drehimpuls hinzufügt, erhöht sich der Horizontradius proportional zur Menge der hinzugefügten Masse (siehe unten, Sie können jedoch auch „kinetische und potentielle Energie“ hinzufügen, also muss es sein als Teil der hinzugefügten Gesamtmasse oder Energie berücksichtigt). Einfach aus der Gleichung wächst der Horizont. In realistischen Simulationen mit kleinen hinzugefügten Massen zeigen die genauen Berechnungen, dass der Horizont etwas ausgreift, um die hinzugefügte Masse zu treffen und sie zu verschlucken. Ein ähnlicher Effekt gilt für rotierende Schwarze Löcher. Außer der Hawking-Strahlung, die ein Quanteneffekt ist, entgeht dem BH nichts, und der Radius kann wachsen oder gleich bleiben (wenn nichts hinzugefügt wird), aber niemals abnehmen. Die Oberfläche des Horizonts nimmt mit dem Quadrat des Radius zu.

Wenn Sie eine größere Masse hinzufügen, steigt sie umso mehr an. Wenn die hinzugefügte Masse von einem ausgedehnten Körper stammt, kann die Schwerkraft des BH ausreichen, um diesen Körper mit Gezeitenkräften aufzubrechen und Teile davon zuerst in den BH fließen zu lassen, bis er alles verschluckt. Wenn der Körper um den BH kreist, fällt er teilweise in tangentiale Umlaufbahnen und fügt dem BH einen Drehimpuls hinzu (und dann müssen wir die Kerr-Metrik verwenden).

Beachten Sie, dass diese Eigenschaft des „Ansteigens“ der BH-Horizonte, um auf die ankommende Masse zu treffen, dh die Verzerrung des Horizonts, wenn eine äußere Störung darauf einwirkt, beispielsweise auch in diesem simulierten Video von zwei BHs zu sehen ist, die unter https: // m.youtube.com/watch?v=I_88S8DWbcU . Beachten Sie die Verzerrungen der Horizonte, wenn sie näher kommen. Andere Simulationen haben den Effekt ebenfalls gezeigt.

Im Allgemeinen sind die Gleichungen für die BH-Thermodynamik, die beschreibt, wie BHs wachsen können, dh wie sich ihre Parameter ändern können, aus der zweiten Referenz unten angegeben, wie

dE = (k/8$\pi$) dA+$\Lambda$DJ +$\Phi$dQ

wobei das E Energie (Masse) ist, der zweite Term der Term ist Winkelgeschwindigkeit mal Änderung des Drehimpulses (d. h. Rotationsenergie) und der dritte die elektrische Energie als elektrisches Potential mal die Ladungsänderung in der BH (z. B. um Anhäufung von Gebühren). Der zweite Hauptsatz der BH-Thermodynamik ist das

dA kann nicht negativ sein (da A proportional zur Entropie ist, die nicht abnehmen kann).

Sie können also nicht nur Materie ansammeln, sondern auch Ladung und Drehimpuls. Es stellt sich heraus, dass man dem BH auch Drehimpuls und Ladung und damit Energie entziehen kann. Gerade die der Fläche A entsprechende Menge an Energie/Masse kann nicht kleiner gemacht werden, da A nicht kleiner werden kann. Sie wird manchmal als irreduzible Masse bezeichnet.

https://en.m.wikipedia.org/wiki/Schwarzschild_radius https://en.m.wikipedia.org/wiki/Black_hole_thermodynamics

Um Schwarze Löcher richtig zu verstehen, sollten Sie über die Schwarzschild-Koordinatenansicht hinausgehen. Sie sind gut, wenn Sie außerhalb des Schwarzen Lochs sitzen, aber nicht sehr nützlich, um richtig zu verstehen, was am Horizont passiert. Sie verhalten sich dort schlecht, aber das ist ein rein koordinierter Effekt. Es ist sogar problematisch zu sagen, dass "für den äußeren Beobachter das einfallende Objekt niemals hineinfällt". Objektiv kann man nur sagen, dass einige lokale Wechselwirkungen stattfinden, wie zum Beispiel, dass „für den äußeren Beobachter das einfallende Objekt niemals hineinzufallen scheint “, dh er/sie erhält niemals die entsprechenden Signale vom einfallenden Objekt. Mein Lieblingsbeispiel dafür, wie naives Denken einem den Kopf brechen kann, ist de Sitter Raumzeit, die gleichzeitig ein geschlossenes, flaches und offenes expandierendes Universum ist.

Um zu verstehen, was richtig passiert, sollten Sie andere Koordinaten nehmen, die die kausale Struktur der Raumzeit zeigen. Für den kugelsymmetrischen Fall gilt:

Für ein kollabierendes Schwarzes Loch ergibt sich folgendes Bild. Denken Sie daran, dass lichtähnliche Signale vorhanden sind$45^\circ$,

Sie können also zwei wichtige Unterschiede zur üblichen Logik erkennen. Erstens ist die Singularität im Inneren des Schwarzen Lochs kein Punkt im Raum – es ist ein Moment in der Zeit, „das Ende der Tage“ für das Innere. Zweitens ist der Horizont einfach ein Lichtkegel. Geht man in irgendeinen Lichtkegel innerhalb irgendeiner Raumzeit ohne geschlossene zeitähnliche Kurven, kann ihn nichts langsameres als Licht mehr verlassen. Der Unterschied zum üblichen Lichtkegel in der flachen Minkowski-Raumzeit besteht darin, dass die Raumzeit außerhalb des Schwarzen Lochs so gekrümmt ist, dass sie eine Schwarzschild-ähnliche Beschreibung als Oberfläche mit asymptotisch konstantem Radius zulässt.

Der Beobachter, der draußen bleiben muss, muss ständig beschleunigen und in Bezug auf$(u,v)$zeichnet eine hyperbelartige Wortleitung nach, die sich asymptotisch dem Horizont nähern kann, ihn aber nie kreuzt. Stellen wir uns also vor, dass der Beobachter die Sonde hineinwirft, die ständig Funkberichte zurücksendet. Was passiert ist, dass je näher die Signale an den Horizont gesendet werden, desto später kreuzen sie die hyperbolische Wortlinie des Beobachters. Um die Signale knapp über dem Horizont zu empfangen, muss der Beobachter sehr lange warten. So erreicht man, dass der Beobachter niemals das einfallende Objekt sieht , das den Horizont überquert.

Wenn Sie etwas Großes fallen lassen, sodass Sie die Horizonte nicht nahtlos verbinden können, ist dies im Grunde so, wenn sich das größere Schwarze Loch aus der kollabierenden Materie bildet, die ein kleineres Schwarzes Loch enthält. Sie können sich zB die kollabierende Materie vorstellen, die von einer Staubwolke umgeben ist, die selbst kollabiert. In diesem Fall können wir meistens schematisch das folgende Bild verwenden,

wo wir inneren Horizont haben und größer und in Bezug auf$u$früheren Horizont des resultierenden größeren Schwarzen Lochs. Was passiert dann mit Experiment mit Sonde? Wir sehen, dass Signale von der Sonde unterhalb des neuen Horizonts, aber oberhalb des inneren Horizonts den Beobachter überhaupt nicht erreichen!

Kein Signal über das, was direkt über dem Horizont des kleineren Schwarzen Lochs passiert, schafft es also, außerhalb des größeren Schwarzen Lochs zu gelangen

Es ist im Wesentlichen richtig, aber ich denke, es ist besser, die Materie in Betracht zu ziehen, die aufgrund der Auswirkungen der Zeitdilatation anscheinend am Ereignishorizont anhält - dies als "hineinfallen" zu bezeichnen, kann etwas irreführend sein. Wie Sie vorschlagen, kann weitere Materie es effektiv begraben, indem Sie den Swarzchchild-Radius vergrößern.

Ich beantworte dies in der Hoffnung, dass mir jemand sagen wird, ob ich falsch liege.

Ich möchte Sie bitten, den Ereignishorizont für einen Moment zu vergessen.

Wir wissen nichts darüber, was innerhalb des Ereignishorizonts vor sich geht, also basiert das, was genau mit der Masse des Schwarzen Lochs (im physikalischen Sinne) passiert, zu einem kleinen Teil auf Extrapolationen dessen, was wir wissen, passiert Neutronensterne, wie wir es bei diesen können beobachten indirekt die physikalischen Effekte sehr hoher Massendichteordnungen.

Es scheint wahrscheinlich, dass, sobald sich ein Schwarzes Loch gebildet hat, eine Singularität entsteht, egal wie viel Masse man hineinsteckt. Ich könnte über die "Größe" der Singularität spekulieren, dh wird sie größer, wenn wir mehr Masse hineinbringen, aber die durch die Singularität verursachte Verzerrung der Raumzeit kann jede Vorstellung von Größe oder Dimensionen, wie wir sie verstehen, (sehr) machen? wahrscheinlich nicht physisch für dreidimensionale Menschen sichtbar.

Also bleibt uns nur die Kenntnis der Masse (und damit der mit dieser Masse verbundenen Gravitationswirkung), der elektrischen Ladung und des Spins des Schwarzen Lochs.

Die Oberfläche des Ereignishorizonts ist direkt mit der Masse im Inneren verbunden, aber was mit dieser Masse passiert, ist unbekannt, abgesehen von einer scheinbar vernünftigen Schlussfolgerung, dass sie eine größere Dichte erreicht als irgendwo sonst im Universum. Ich bin mir nicht sicher, ob Ihnen irgendjemand sagen kann, was diese unendliche Dichte dann produziert oder bewirkt.

Auf einer Ebene ist die Vorstellung, wie die erhöhte Masse die Größe des Ereignishorizonts erhöht, nicht anders, als wenn wir die Masse der Erde verdoppeln und dadurch gemäß Newtons Gravitationsgesetz eine erhöhte Gravitation erzeugen würden.

Aber im Fall eines Schwarzen Lochs, wenn diese Masse in „was auch immer“ (die Singularität) umgewandelt werden kann, ist es immer noch hypothetisch, wie es gelingt, die Größe des Ereignishorizonts zu vergrößern.