黑洞真的很奇怪吗?


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黑洞不能只是超稠密的物体吗?它们仍然可以是黑色的(毕竟,黑色具有从未真正需要的特殊物理性质),并且具有很强的引力场。如果我们怀疑它是由于重力而实际上吸收了光,那么就有可能存在足够强的引力来捕获光,而当物质掉入该物体时不会放出任何辐射。

我很难接受任何事物都可以具有无限大的性质存在,因为这将导致无限大的质量导致无限大的力量……那将无限快地摧毁宇宙,不是吗?因此,我认为一个超大质量的物体也可以是一个坏蛋,而不必是一个奇异的东西。


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奇异性正是我们的引力和时空定律崩溃的地方,它具有无限的潜力,因为它不能被我们目前的规则所​​解释,而不是因为它以某种方式聚集了宇宙中的所有物质并变得无限密集。
教务长

@Dean是正确的。用我们目前的数学奇点是不可能的。我们已经显示的方程式表明,如果它们存在,它们的影响将无限扩展。唯一的问题是,还没有人确定经典物理学和量子物理学之间的界限。现在,它们似乎是完全独立和不同的。数学还没有调和如何在不施加重力的情况下存在奇异性。
SDsolar

@Dean是的,我的最初想法是可以解释黑洞现象而无需奇异之处。光不能逃避它的引力,那又如何呢?看起来光子可以被足够强大的引力场捕获。也许我们可以找到阈值,请确保它是一个很大的数字,但是为什么它应该是无限的呢?
stevie

Answers:


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这个答案在某种程度上是基于观点的。我同意您对“广义相对论”所预测的严格数学奇点的存在的怀疑。这主要是因为严格正弦性的假设忽略了量子理论。一种克服奇异性的方法是Gravastar。相关的是普朗克星。两种方法都试图克服正弦性附近的悖论。仍需定义的量子引力最终可能提供完整的答案。

“真实”黑洞的另一个困难是旋转。该史瓦西解不被期望在现实世界中的黑洞发生。

相反,Kerr解(或可能是Kerr-Newman度量)将更接近真实的天文物体,因此至少包括旋转,并且可能是一些残余电荷。

根据狭义相对论,无质量的粒子以光速行进会产生不确定的能量。大自然通过允许无质量粒子吸收任何能量来解决这个不确定的范围,从而开启了一种致力于无质量粒子的物理学。大自然可以以类似的方式在黑洞内部开辟一种新的物理学,以解决广义相对论与量子理论之间的悖论。


感谢@ Gerald,Gravastars来了!正是我所需要的。最后,一些理论家不喜欢在我们的宇宙中充满无限讨厌的物体!您知道,这只是纯粹的感觉,但对我来说,黑洞听起来像是中世纪关于虫洞和所有事物的某种假设。
stevie 2016年

好吧,虫洞(爱因斯坦-罗森桥)将与广义相对论保持一致,而无需奇点。但是它们可能由于其他量子理论原因而不稳定,至少当组装成宏观的“时间机器”时是不稳定的。基普·索恩(Kip Thorne)曾在他的《黑洞与时间扭曲》一书中对此进行了详细讨论:en.wikipedia.org/wiki/Black_Holes_and_Time_Warps
Gerald,

我不同意这是基于观点的。也许OP没有正确编写它,但是问题是真实的。如果黑洞中存在奇异点,则事件范围将无法定义为有限的。调和量子世界和经典世界将是一个真正的突破。现在,我们甚至都不知道数学必须从一个切换到另一个的边界条件,更不用说平滑的网格划分了。
SDsolar

在所有经验示例中,奇异意味着数学模型是错误的或不再有效。此外,奇异性导致矛盾。在我看来,黑洞到处都是奇异的事实非常危险。
dgrat

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什么是奇点?

奇点是宇宙中物质无限密集的一点。奇异点位于黑洞的中心,并且通常隐藏在事件视界的后面。因此,从本质上讲,奇异点是空间中的一个点,其中很多物质在一个很小的空间中被压缩在一起。当您具有奇点时,事情就不会无限远。密度就是无穷大。密度和物质是不同的东西。

通常在超新星爆炸中会产生奇异性。当一颗超新星是恒星产生的地方,当恒星中心(生命尽头)中存在太多物质,恒星无法承受自身的引力时,恒星自身坍缩并爆炸。

超新星可能发生的第二种方式是在双星系统中-如果存在一个白矮星,它会从另一颗恒星中窃取物质,并最终积累如此多的物质,使其爆炸。

奇异性是由大星而不是小星引起的。在超新星中爆炸的小恒星产生称为中子星的东西。

那么什么是黑洞?

黑洞是空间中具有重力场的区域,因此即使光线也无法逃逸,强度很高。黑洞没有黑色,它们没有颜色,因为我们看不到任何光从它们回来。所以不,光不会被吸收。由于称为霍金辐射的机制,黑洞最终也可能消散。

黑洞有多种类型,包括:

  • 超大质量黑洞(通常位于星系中心)

  • 恒星黑洞

  • 原始黑洞

  • 旋转(Kerr)黑洞

最后,黑洞内有3个主要区域。

黑洞图

该图可以向我们展示很多事情,例如,黑洞如何不具有遍及整个宇宙的引力。

最后一点,我们可以使用Schwarzschild半径算出甚至光线也无法逃脱的区域。如您所说,这个答案不应该包含相对论,我也不包含任何数学。总之,Schwarzschild半径是事件视界位于黑洞中的位置。

摘要

很抱歉提供一个尴尬的长答案,我无法理解您不了解的内容,并且我认为如果我解释了一个单一性,那么我一定会为您提供帮助的,如果我刚才已经说了您已经知道的话,对不起。如果您想看看我用斜体字写的一些术语,我提供了一些Wikipedia链接。您可能还想看看黑洞的热力学


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好的,这就是我的怀疑:除了能够将无限想象为一种数学现象之外,将无限远应用于物体时在物理宇宙中可能没有任何意义。仅仅因为某事物具有不人道的大质量,我们没有理由相信它会崩溃成无限。大值在空间上没什么特别的。这个想法是出于历史原因,所以当科学家第一次意识到那里存在大量物体时,他们认为它们可能会引起奇异的行为吗?如果是这样,为什么不还幻想无限高频率的伽马射线呢?
stevie 2016年

1
奇点是体积为0的点。我想,您正在混淆某些事情。质量不会达到无限。质量变得如此密集,其体积变为0。您说“非人道的大质量”,该质量不会达到无穷大。密度达到无穷大。当点具有无限密度时才会创建奇异点。@stevie
Featherball

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我认为您是从一个前提开始的,即有某种方法可以稳定黑洞事件视界内的一个非常密集的对象。在经典的广义相对论中,奇点是不可避免的。一旦进入事件视界,就迫使对象在有限的时间内朝着奇点移动并达到奇点,就像您无论是否喜欢都被迫及时向前移动一样。

因此,经典 GR中不可能有看起来像黑洞且具有事件范围的东西,但不会形成某种奇异性。但是,我们知道经典GR必须在极小的(量子)尺度上分解,因此完全有可能发生某种事情来防止引力量子理论中的奇异性。

因此,人们可以完全自由地发明一种广义相对论,从而可以避免某种形式的奇点。但是(至少)有两个要求。(1)它应该解释经典GR很好解释的所有其他内容。(2)它应该在事件范围之外产生可观察的后果,因为否则它是毫无意义的肚脐注视(IMO)。

注意:在(经典的GR)旋转黑洞中可能会出现虫洞和类似现象,但我有限的理解是,尽管存在奇异点(不再是重点),但它们还是会形成。换句话说,奇异点仍然存在,但物质并不会不可避免地以奇点结束(而是到其他地方!)。

您写的关于无限质量,无限力等的东西是错误的。黑洞的质量及其引力效应是明确定义的。取零体积上的无限密度的积分仍会产生有限质量。


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通常将奇点描述为无限密度的点,但实际上它们比这更笼统:它们是时空度量标准中的某种病理行为。奇异性是实际的物理现象,还是它们只是表明理论(在这种情况下是广义相对论)不再能够描述自然的点,这是一个争论的问题。

彭罗斯的奇点定理证明,在一组非常合理的假设下,像恒星一样的物体的引力坍塌不可避免地导致奇点。请注意,尽管证明是测地线不完整的(即某些自由落体物体的时间线突然结束)。这(在必要情况下)与理想的黑洞解决方案(如Schwarzschild度量)中出现的“无限密度”曲率奇异点不同。


这是否意味着在没有无穷大值的情况下会出现奇点?这是否意味着在非常高的价值下,事情的表现可能与我们目前的知识有所不同?没有这样的价值是无限的?
stevie

曲率奇异性是指曲率在时空的某个点“爆炸”的位置(即,存在无法消除的无限值)。它不是唯一的奇点,例如,很容易构造没有曲率的时空,但仍然具有圆锥奇点。奇异性定理几乎没有告诉您奇异性的确切性质,曲率奇异性可能仅是高度对称度量的特征,另一方面,似乎并非如此。
约翰·戴维斯

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在物理上对此有很多好的答案,但是我看不到这个答案,因此我将简要给出一个答案。

我很难接受任何事物都可以具有无限大的性质存在,因为这将导致无限大的质量导致无限大的力量……那将无限快地摧毁宇宙,不是吗?

如果黑洞具有无限性,这只有在它们具有奇异性的情况下才有可能,那么根据定义,这些无限性是无限小的,并且在任何距离之外(甚至是原子距离的一小部分)都不是无限的。因此,“如果宇宙小于一个原子,或者可能是在事件视界内,它除了落在奇点之外什么也做不了,但是在任何安全合理的距离内,它都是黑色的,所以“用无限的力摧毁了宇宙”孔不是危险的,也不是对宇宙的威胁。

所以我认为一个超大质量的物体也可以是一个坏蛋,而不必是一个奇异的东西

Gravastars来营救!正是我所需要的。最后,一些理论家不喜欢在我们的宇宙中充满无限讨厌的物体!

初学者还可以,物理定律就是它们的本质,它们不在乎我们的想法。至于事物是“讨厌的”,那是情人的眼神。

2000年前,偶尔见到的火山喷出的是“地狱之火”,地狱在地球内部。今天,地球内部产生的磁场可以保护我们,并为我们提供板块构造,这对于有生命的行星确实非常有用。地球内部没有改变,但是我们对它的看法发生了巨大变化。现在,我们热爱地球的内部,但在2000年前,人们对此感到恐惧。

100年前,每个人都认为宇宙是银河系;而80年前,每个人都认为宇宙是永恒的,直到那糟糕的哈勃望远镜暗示宇宙是一个开始,而且,很多东西都是永恒的。如果哈勃说过300年前,他会被烧死在火刑柱上,那毫无疑问,上面写着“亵渎者”的匾

这就是观点的问题。这不是一幅完整的图画。黑洞造就了一个伟大的“布吉人”,因为它吞噬了一切并且无法逃脱,但这只是全局的一部分。

爱因斯坦本人发现黑洞是一个令人反感的想法(他也不是太热衷于量子力学),所以爱因斯坦以为宇宙中有一些物理定律阻止黑洞的形成,甚至可能是这样,但老实说,有何不同是在永恒中围绕事件视界缓慢压缩还是相对于奇异性或中心发生的一切快速压缩。从某种角度看,这几乎是同一件事。

一些理论甚至暗示黑洞是充满了整个婴儿宇宙的神奇场所。我发现,创新思维比科学更具创造性,但事实是,事件范围内发生的事情仍然留在事件范围内,没人知道。

通常在黑洞上

它们非常有用。黑洞的形成以及引力的坍塌和坍塌的反弹,在整个银河系中产生并分布了重元素,在塌陷中形成了黑洞或中子星,大约90%的恒星被吹散,如果可以的话,将其回收再回到银河系中,只有10%左右会形成坍塌的核。

您可以将黑洞看作是恒星死亡的一个令人讨厌的小残留物,但是我发现一个事实,即大恒星在整个银河系中循环利用并分布它们的大部分物质,从而使其变得非常凉爽。超大质量黑洞也有助于形成星系,所以简单的事实是,即使您不想与人穿越路径,黑洞也非常有用。


现在,关于黑洞内发生的事情,已经有了一些很好的答案,我也不想把它弄得太长,特别是因为我是一个外行,但是我发现在事件视界内这个异域的猜测考虑起来会很有趣。

我个人不相信奇异之处。我(认为),量子力学的波场性质以及空空间具有的性质,例如粒子反粒子对实际上可以一无所有而形成(这使霍金辐射成为可能),我认为某种从来没有完全奇异的奇异空间。

我认为黑洞内没有所谓的物理材料。我认为事物的行为将与此不同,更像是质子或电子的奇异性质而不是表面的物理性质,但这只是我对这个问题的看法。如果没有量子引力理论,那有点像盲人看着地图。没人知道。(太长?)


好的,所以我想我的真正问题是,为什么科学家认为有必要估计此处的无限密度或奇异行为。仅因为质量巨大且集中在少量体积中,就没有什么特别的了。发生在宇宙中的所有时间:)是什么让他们相信在那里发生的事情比巨大的引力还要多?
stevie 2016年

1

我认为,黑洞在本质上意义上是奇异的,没有定义为具有任何有意义的位置或已知的速度。从零半径的意义上讲,我认为这并不意味着奇异。

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