Originalantwort, für die Nachwelt erhalten

Hier ist das Papier.

Erstens gibt es einige wichtige Annahmen, die der Autor - Vyacheslav Dokuchaev - getroffen hat. Konkret gibt es zwei Szenarien:

1. Die Teilchen sind geladen und das Schwarze Loch dreht sich nicht. Dies ist nicht hilfreich, da alle Teilchen in einem bestimmten Objekt perfekt geladen sein müssten . Dies wird bei einem Objekt, das nicht einmal so klein ist wie ein Mensch, nicht passieren.

2. Die Teilchen sind ungeladen und das Schwarze Loch rotiert. Rotierende Schwarze Löcher, die durch die Kerr-Metrik beschrieben werden, können leicht existieren, und es gibt nichts, was besagt, dass ein Körper ein Schwarzes Kerr-Loch nicht umkreisen kann.

Also muss eines (oder beide) dieser Szenarien erfüllt sein.

Zweitens erwähnt Dokuchaev das Leben nur einmal außerhalb der Einleitung, konservativ sagend

Wir nehmen an, dass Zivilisationen des dritten Typs (gemäß der Kardashev-Skala [28]) sicher innerhalb der supermassereichen BHs in den galaktischen Kernen leben können, die von außen unsichtbar sind.

Er spielt mehrmals in der Zeitung auf das Leben an, berührt es aber kaum. Discovery hat die Implikationen des Papiers wirklich übertrieben: Dokuchaev hat wirklich nur gezeigt, dass Teilchen unter bestimmten Bedingungen innerhalb des Ereignishorizonts kreisen können . Und das ist, wenn das Papier völlig korrekt ist.

Der Discovery-Artikel erwähnt die Bewertung eines anderen Wissenschaftlers, Dr. David Floyd. Floyd sagt, dass das Papier interessante Fragen aufwirft, aber auch einige Probleme aufwirft;

Der Astronom Dr. David Floyd vom Australian Astronomical Observatory und der University of Melbourne sagt, selbst wenn die Theorie richtig wäre, wäre es unmöglich zu wissen, was hinter dem Ereignishorizont eines Schwarzen Lochs passiert.

„Zu diesem Zeitpunkt – und vielleicht für immer – sind wir darauf beschränkt, nicht überprüfbare Behauptungen aufzustellen“, sagt Floyd.

"Soweit wir wissen, würde die Materie in den freien Fall gehen, das heißt, alles würde in diesen winzigen unendlich kleinen Punkt im Zentrum fallen, der die Singularität bildet."

Floyd sagt, dass ein Manko des Papiers darin besteht, dass angenommen wird, dass Strahlung keinen Einfluss auf die Umlaufbahnen innerhalb des Schwarzen Lochs hat.

"Es würde nicht viel brauchen, um einen Luftwiderstand zu erzeugen, der die in Dokuchaevs Artikel beschriebenen Umlaufbahnen verlangsamen und sie auf die Singularität kollabieren lassen würde."

Und das bezieht sich nur auf Teilchen, die innerhalb des Schwarzen Lochs kreisen - ohne Berücksichtigung des Lebens!

Ich glaube nicht, dass das Papier ein überzeugendes Argument liefert.

Was mich interessiert, ist, wie schnell (oder langsam) die Zeit für diesen Planeten vergehen würde, wenn man die Zeitdilatation aufgrund der extremen Schwerkraft berücksichtigt, und wie viel Zeit dies für die Entwicklung des Lebens lässt, bevor dieses Schwarze Loch aufgrund von Hawking-Strahlung explodiert.

Wir können keine einfache Näherung verwenden, die um Schwarzschild-Schwarze Löcher herum verwendet würde, also müssen wir zur Kerr-Metrik gehen. Die Formel dafür ist viel zu kompliziert, um damit zu arbeiten.

Ein weiteres Problem bei der Verwendung der Zeitdilatation innerhalb des Schwarzen Lochs besteht darin, dass Sie am Ende einen Faktor von haben

$$\sqrt{-a}$$ wo$a$ist kleiner als 1. Wir haben also eine Art Formelaufschlüsselung für nicht rotierende Schwarze Löcher. Dies kann für rotierende Schwarze Löcher dasselbe sein - unmöglich zu berechnen.

Für die Zeit, die Schwarze Löcher brauchen, um zu verdunsten, habe ich

$$4.63 \times 10^{104} \text{ seconds}$$ Sie werden also eine laaange Zeit haben. Wikipedia gibt eine viel größere Zahl an, obwohl die Masse des Schwarzen Lochs anders ist.

Ich glaube aber wirklich nicht, dass hier Leben leben könnte.

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Neue Antwort

Das ist die ursprüngliche Antwort. Ich möchte es überarbeiten, weil ich beim Schreiben etwas in Eile war und es besser sein könnte. Also werde ich das meistens verschrotten und neu anfangen. Ich werde jedoch einige Teile wiederverwenden.

Korrigiert mich, wenn ich falsch liege, aber hier ist das Setup:

1. Die Umgebung ist ein supermassereiches Schwarzes Loch, wie das im Zentrum unserer Milchstraße, Sagittarius A*.
2. Es gibt eine Art Planeten oder einen anderen Körper, der innerhalb des Ereignishorizonts umkreist.
3. Dieser Körper kann vermutlich das Leben unterstützen, beleuchtet von der umgebenden Strahlung.

Sie wollen wissen:

1. Die Zeitdilatation, die der Planet erfahren würde.
2. Ob sich Leben entwickeln könnte, bevor das Schwarze Loch aufgrund von Hawking-Strahlung verdunstet.
3. Was könnte passieren, um dieses Leben zu gefährden.

Zeitdilatation

Für ein nicht rotierendes (dh Schwarzschild) Schwarzes Loch lautet die Formel für die Zeitdilatation

$$t+0=t_f \sqrt{1-\frac{2GM}{rc^2}}=t_f \sqrt{1-\frac{r_0}{r}}$$ Das Problem bei der Verwendung für ein Objekt innerhalb des Ereignishorizonts ist der Begriff $$\frac{r_0}{r}>1$$ und so erhalten wir eine imaginäre Zahl.

Für ein rotierendes Schwarzes Loch ist die Gleichung komplexer, wie hier gezeigt :

$$\frac{dt}{d \tau}= \frac{1}{\Delta} \left[\left(r^2+a^2+\frac{2Ma^2}{r} \right) e - \frac{2Ma}{r}l\right]$$ wo$a = J/M$,$\Delta = r^2-2Mr+a^2$und$e$und$l$sind Konstanten. Die Berechnungen würden eine Weile dauern und hängen ziemlich stark von den Eigenschaften des Schwarzen Lochs ab. Wenn wir es wissen$M$- was wir tun - und wir kennen die Winkelgeschwindigkeit des Schwarzen Lochs,$\omega$, wir sollten in der Lage sein, es herauszufinden. Das würde allerdings lange dauern. Fühlen Sie sich frei, ein paar Zahlen einzugeben und herauszufinden, wie lange Sie noch haben.

Dies und das sind auch hilfreich.

Hawking-Strahlung

Es gibt ein paar relevante Formeln für die Hawking-Strahlung : die Temperatur des Schwarzen Lochs:

$$T=\frac{\hbar c^3}{8 \pi G M k_B} \approx \frac{1.227 \times 10^{23} \text{ K}}{M} \text{K}$$ die Temperatur der emittierten Hawking-Strahlung: $$T_H=\frac{\hbar c^3}{8 \pi G M k_B}=T$$ die vom Schwarzen Loch ausgestrahlte Energie: $$P=\frac{\hbar c^6}{15360 \pi G^2 M^2}$$ und die Zeit, die es dauert, bis das Schwarze Loch verdunstet: $$t=\frac{5120 \pi G^2 M_0^2}{\hbar c^4}$$ Die Berechnungen zeigen, dass die Temperatur der Hawking-Strahlung vernachlässigbar ist, ebenso wie die abgestrahlte Leistung. Die Zeit liegt in der Größenordnung von$10^{100}$Jahre, vielleicht ein paar Größenordnungen höher. Das ist für die Außenwelt; Die Menschen im Inneren werden weniger Zeit erfahren. Wenn man das ausrechnen könnte. . .

Aber es ist noch nicht alles verloren! Schwarze Löcher – und insbesondere supermassereiche Schwarze Löcher – haben im Allgemeinen Akkretionsscheiben, die sie umgeben und heißes Gas, Staub und Plasma enthalten. Wie ich hier erklärt habe , lautet die Formel für die Temperatur der Akkretionsscheibe

$$T(R)=\left[\frac{3GM \dot{M}}{8 \pi \sigma R^3} \left(1-\sqrt{\frac{R_{\text{inner}}}{R}} \right) \right]^{\frac{1}{4}}$$ Dies gibt Ihnen mehr Energie als die Hawking-Strahlung und verlängert die Lebensdauer des Schwarzen Lochs. Supermassereiche Schwarze Löcher sind Monster; sie können Sterne und Gaswolken fressen. Es wirft einen Schraubenschlüssel in Ihre Berechnungen, aber es gibt Ihnen Hoffnung für das Leben.

Dinge, die das Leben zerstören könnten

Es passt auch in die Kategorie „Alle anderen unvermeidbaren Ereignisse, die alle Möglichkeiten des Lebens auslöschen“. Tatsächlich haben alle Dinge in dieser Kategorie damit zu tun, dass das Schwarze Loch etwas auffrisst oder mit einem anderen Schwarzen Loch verschmilzt. Die Bedingungen hier wären extrem – noch unglaublichere Gravitationskräfte, unglaubliche Temperaturen, starke magnetische und elektrische Felder. . . Das einzige, was dieses Leben zerstören könnte, wäre eine unglückliche Begegnung mit Materie, die in das Schwarze Loch eindringt.

Wenn Sie anfangen, nach Zeitdilatation zu fragen, ist die wichtige Frage "relativ zu was?" Sie sagen das nicht, ich werde einige vernünftige Annahmen treffen wie "Ein Planet weit außerhalb des Ereignishorizonts, aber nicht sehr weit entfernt oder sich sehr schnell bewegend." In der gleichen Galaxie sagen.

Wenn wir ebenso einige grundlegende Annahmen des gesunden Menschenverstandes über Zeit, Raum und Kausalität annehmen, unter denen Sie meiner Meinung nach arbeiten, nämlich weil jeder dies tut, lautet die Antwort auf die Zeitdilatation, die der Planet erfahren würde:

"Mehr als unendlich."

Die mehr als unendliche Antwort ist der Grund, warum wir überhaupt einen Ereignishorizont haben. Wie lange muss man warten, bis Licht unter dem Ereignishorizont hervorkommt? Mehr als eine unendliche Zeitspanne. IE wird es nie.

Beachten Sie, dass dies nicht für andere Objekte innerhalb des Ereignishorizonts in der Nähe des betreffenden Planeten gilt. Sie könnten immer noch Signale aneinander weitergeben, so dass das Gefühl der Zeit vergeht, das Dinge wie Zeitdilatation sinnvoll machen würde, solange Sie Ihre Frage auf "In der Nähe" beschränken.

Der Ereignishorizont ist nicht wie eine Art magische Mauer, eine Barriere, wo Annahmen wie „Es gibt Raum, Zeit und Zeug auf der anderen Seite“ immer noch zutreffen.

Es ist der Punkt, an dem Ihre grundlegenden, gesunden Menschenverstandsvorstellungen von Zeit, Raum, Objektivität und Beziehung völlig zusammenbrechen.

Was daran total seltsam ist, ist, wo dein Ansehen zählt. Außerhalb des Schwarzen Lochs die Antwort auf die Frage

"Was geht im Inneren des Schwarzen Lochs vor"

die Antwort ist

Die Frage ist sinnlos. Es gibt keine mögliche Beziehung, die Sie mit irgendetwas jenseits des Ereignishorizonts haben können.

Und so können Sie niemals etwas über den Ereignishorizont "fallen" sehen. Die Zeitdilatation wird es verlangsamen und verlangsamen, der Photonenstrom von diesem Objekt wird zu einem Rinnsal und dann zu einem äußerst seltenen Ereignis, bis sich das Schwarze Loch selbst in einer Explosion von Falkenstrahlung auflöst. Aber selbst wenn sich das Schwarze Loch nicht auflösen würde, könntest du unendlich lange warten und niemals sehen, wie das Objekt den Horizont überquert.

Aber wenn Sie der Beobachter sind, der in das Schwarze Loch fällt, gibt es keinen Ereignishorizont. Sie gehen direkt über den Punkt hinaus, von dem der Rest des beobachtbaren Universums sagt, dass er nicht da ist. Sie können sich auf Dinge beziehen, die Ihnen eingefallen sind. Sie haben das Gefühl, dass sie sich im Schwarzen Loch befinden. Aber "draußen" beginnt das Schwarze Loch zu verschwinden. Rotverschoben zu nichts.

Aber wie gesagt, dies bezieht sich auf "gesunde" Vorstellungen von Zeit und Raum. Niemand hat gesagt, dass Sie sich an diese Vorstellungen halten müssen, und Leute, die sich mit diesem Zeug befassen, haben nicht-gesunde Wege gefunden, es zu beschreiben.

Es kann nicht. Die Verteilung der Materie innerhalb des Schwarzen Lochs ist symmetrisch zum BH-Zentrum (als ob seine gesamte Masse im Zentrum oder entlang der Oberfläche wäre). Es kann also keine Struktur im Inneren geben. Andernfalls wäre es möglich, Informationen aus dem Inneren von BH nach außen zu übertragen, indem man Massenkörper im Inneren bewegt.

Offenbar ist es theoretisch möglich, dass ein Planet innerhalb des Ereignishorizonts eine stabile Umlaufbahn um die Singularität im Zentrum eines Schwarzen Lochs erreicht.

Nein, auch mathematisch ist es unmöglich. Nicht einmal nah genug an der BH draußen. Innerhalb der Ergosphäre (die sich außerhalb der BH-Oberfläche befindet) ist die Zentrifugalkraft auf das BH-Zentrum gerichtet. Je schneller Sie sich also um den BH drehen, desto schneller fallen Sie. Jeder Körper, der BH umkreist, fällt also schneller als ein direkt frei fallender Körper.

Auf ein Schwarzes Loch zuzugehen, wird schließlich dazu führen, dass die Richtung zur Singularität umkehrt und zu einer zeitähnlichen Dimension wird. Da niemand eine Ahnung vom Umrechnungsverhältnis zwischen Raum und Zeit hat, ist unklar, wie viel Zeit ein Objekt in einem Schwarzen Loch hat. So oder so ist der Versuch, sich das Innere des Schwarzen Lochs so vorzustellen, als ob es normaler Weltraum wäre, ein Fehler.

Über den gleichmäßigen Horizont hinaus, egal was du tust, wirst du dich der Singularität nähern. Dies liegt daran, dass hinter dem Ereignishorizont eine Geschwindigkeit erforderlich ist, die höher ist als die Lichtgeschwindigkeit in einem Vakuum, um sich nach außen zu bewegen, sodass eine Bewegung nach außen unmöglich wird. Dies macht die Vorwärtsrichtung zeitartig.

Wahrscheinlich könnten Sie sich in der ehemals zeitähnlichen Dimension auf und ab bewegen, sodass jeder kugelförmige Schnitt, den wir uns vorstellen können, durch einen Ereignishorizont eines Schwarzen Lochs zu machen, ein Schnitt durch eine Vielzahl von zeitähnlichen Pfaden ist und nicht ein Zeit- wie augenblicklich, wie es im normalen Raum wäre. Wenn Sie mich jetzt fragen, wie das sinnvoll ist, da Schwarze Löcher in unserer Raumzeitperspektive einen bestimmten Ursprungspunkt haben und in der unmöglich fernen Zukunft wahrscheinlich den Tod durch Hawking-Strahlung erleiden werden, habe ich keine Ahnung ...

Ok, dies beinhaltet keine exakte Mathematik ... dafür überlasse ich Sie den Physikern.

Erstens: Hawking-Strahlung würde Ihr Schwarzes Loch anscheinend nicht beeinflussen ... es ist nur für sehr kleine wichtig:

Diese überraschende neue Erkenntnis zeigte, dass es noch viel über Schwarze Löcher zu lernen gibt. Hawkings Leuchten ist jedoch völlig irrelevant für eines der Schwarzen Löcher, von denen bekannt ist, dass sie im Universum existieren. Für sie ist die Glühtemperatur fast Null und der Energieverlust vernachlässigbar. Die Zeit, die die Schwarzen Löcher brauchen, um einen Großteil ihrer Masse zu verlieren, ist unvorstellbar lang. Wenn es jedoch jemals viel kleinere Schwarze Löcher im Universum gegeben hätte, wären Hawkings Ergebnisse katastrophal gewesen. Ein Schwarzes Loch, so massiv wie ein Kreuzfahrtschiff, würde in weniger als einer Sekunde in einem hellen Blitz verschwinden.

Quelle

Gekürzt, weil ich die Richtung vermasselt habe....

Die Raumfahrt würde sie vor einige ernsthafte Herausforderungen stellen: Schicken Sie ein Schiff näher an das Schwarze Loch oder weiter davon weg, sie würden sehr schnell in nachweisbare Zeitdilatationsunterschiede geraten ... jede bemannte Mission müsste das berücksichtigen.

Es bietet ihnen jedoch nette Möglichkeiten für die Wissenschaft. Müssen Sie Ihre Berechnungen sehr schnell durchführen? Stellen Sie einen automatischen Satelliten auf, um Berechnungen in größerer Entfernung von Ihrem freundlichen Schwarzen Loch durchzuführen.

Ich bin mir nicht 100% sicher, wie die Beobachtbarkeit weit entfernter Objekte mit der Zeitdilatation funktioniert, aber das Senden von etwas IN, damit Sie beobachten können, dass dies langsamer geschieht, als dies normalerweise der Fall wäre, klingt nach einem machbaren Schema.

Außerdem könnten Sie Objekte (oder sogar Personen), die Sie weiter innen konservieren möchten, versenden ... und sie zurückbringen, wenn Sie sie möchten, noch relativ "frisch".

Leben könnte sich in (zumindest einigen) Schwarzen Löchern ohne Einschränkung entwickeln.

Wir wissen (und können es anscheinend wissen) nichts über die innere Struktur von Schwarzen Löchern im Allgemeinen. Sie sind ein mathematisches Konstrukt, das wir uns ausgedacht haben, um der Tatsache Rechnung zu tragen, dass wir uns nicht vorstellen können, dass irgendetwas die Struktur eines sterbenden Sterns bewahrt, sobald er massereich und degeneriert genug ist, um seine Neutronen zu verschmelzen. Alles, was wir aus der Mathematik über das Innere wissen, ist buchstäblich nichts.

Wenn Sie sich jedoch die Debatte um die kosmologische Konstante und die "Form" des Universums (offen, flach oder geschlossen) ansehen, werden Sie feststellen, dass arbeitende Wissenschaftler zu glauben scheinen, dass wir in einem Universum leben, das sehr nahe an der Grenze liegt der "Flachheit", dh eines Universums mit einem maximalen Ausdehnungsgrad, über den es sich niemals ausdehnen wird. Flache und geschlossene Konten unseres Universums sehen im folgenden Sinne sehr nach Schwarzen Löchern aus: der Schwarzschild-Radius (der Radius, in den Sie die gesamte Masse packen müssten, um daraus ein Schwarzes Loch zu machen, 2GM/c^2) des Universums gleich oder größer als der Radius des beobachtbaren Universums ist. Das bedeutet, wenn diese Kosmologen (die Theorien über flache und geschlossene Universen vorschlagen) Recht haben, leben wir derzeit in einem Schwarzen Loch.Daher ist es absurd anzunehmen, dass der Aufenthalt in einem Schwarzen Loch der Entwicklung des Lebens einige Einschränkungen auferlegt, die wir nicht berücksichtigt haben.

Eine wichtige Einschränkung: Sie haben sicher schon von dunkler Materie und Energie gehört. Nun, damit unser Universum flach oder geschlossen ist, muss es MEISTENS aus dunkler Materie und Energie bestehen. Wenn sich also die Geschichten über dunkle Energie als Bullshit herausstellen, werden wir uns in einem offenen Universum wiederfinden, ohne eine Ahnung zu haben, wie das Innere von Schwarzen Löchern aussieht.

Ihre Teilfragen zur Zeitdilatation innerhalb des Schwarzen Lochs erscheinen mir bedeutungslos, es gibt einfach keinen Zugang zur Außenseite des Schwarzen Lochs, um einen Vergleich zwischen inneren und äußeren Bezugsrahmen zu ermöglichen.

Hier ist ein lustiger Link (Achtung, er ist alt): ( http://jila.colorado.edu/~ajsh/insidebh/schw.html ), der zeigt, wie es ist, in ein schwarzes Loch zu fallen. Das Video ist kurz und hat einige künstliche Einlagen, die Ihnen helfen zu verstehen, was vor sich geht, und es erklärt Bild für Bild, was passiert.

Grundsätzlich ist die Prämisse fehlerhaft, denn sobald Sie sich innerhalb des Ereignishorizonts befinden, fallen Sie jetzt mit einer Geschwindigkeit, die sich der Lichtgeschwindigkeit nähert, auf die Singularität zu. Der Raum wird an diesem Punkt durch die Schwerkraft so verzerrt, dass jedes Objekt jetzt mit unendlich zunehmender Lichtgeschwindigkeit fällt (wenn Sie auf Lichtgeschwindigkeit kommen, können Sie herauskommen ... wenn Sie nicht zu weit gefallen sind ... .man wird einfach immer schneller und nähert sich ihm). Sie lassen Materie auch speghettifazieren, was eine Verlängerung und Ausdünnung des Objekts beim Fallen ist.

Jetzt zeigt der Link hilfreich die Punkte, an denen Sie eine Umlaufbahn halten können. Beim 1,5-fachen des Ereignishorizenradius ist eine Umlaufbahn mit einem gewissen Maß an Unterstützung möglich, und Photonen können eine stabile Umlaufbahn aufrechterhalten, was im Wesentlichen einen seltsamen Effekt erzeugt, bei dem unsere Wahrnehmung des Materials hinter dem Schwarzen Loch darum herum verzerrt wird.

Beim 3+-fachen des Event Horizen Radius ist eine Umlaufbahn stabil.

Ihre Verwirrung rührt von der Tatsache her, dass Supermassive Schwarze Löcher eine überraschend niedrige durchschnittliche Dichte im Raumvolumen innerhalb des Event Horizen haben. Das größte bekannte Schwarze Loch hat eine Masse von 21 Milliarden Sonnenmassen und einen Ereignishorizont mit einem Radius von 63 Milliarden Kilometern. Da der Großteil all dieser Materie in der Singularität enthalten ist, gibt es wirklich nichts zwischen dem Punkt ohne Wiederkehr und der Singularität, das Ihnen im Weg steht.

Zum Vergleich: Wenn unsere Sonne in ein Schwarzes Loch kollabieren würde (das kann sie nicht, zu klein), hätte sie einen Ereignishorizont mit einem Radius von 3 km. Während die Erde dem Untergang geweiht wäre, würde dies auf den Mangel an und die von der Sonne bereitgestellte Wärme zurückzuführen sein, nicht auf das Schwarze Loch. Tatsächlich ist die Masse der Sonne nirgendwohin gegangen und wir würden die Erde und alle anderen Planeten et. Al. würden ihre Bahnen beibehalten. Es ist wichtig anzumerken, dass wir von Anfang an nie innerhalb des Ereignishorizens waren.

Bis das Innere des Schwarzen Lochs den Hitzetod erleidet .

Diese Zeit hängt vollständig von der Größe des Schwarzen Lochs ab, das (soweit mir bekannt ist) keine theoretische Grenze hat - Sie können es so groß machen, wie Sie möchten, was bedeutet, dass Sie eine ganze Galaxie oder einen Galaxienhaufen hineinstecken können es, um deine Lebensformen zu unterstützen, die sich langsam nach innen winden.

Bearbeiten: Die Referenz "unser Universum" entfernt, da der Artikel nicht ganz das war, was ich ursprünglich dachte.