หากเหตุการณ์หลุมดำสองอันซ้อนทับกัน (สัมผัส) พวกเขาจะสามารถแยกออกจากกันได้อีกหรือไม่?


53

คำถามสมมุติฐานตามความเข้าใจของฉันว่าสองเหตุการณ์ที่ทับซ้อนกัน (สัมผัส) ไม่สามารถแยกจากกันได้อีก:

ลองจินตนาการถึงหลุมดำมวลดวงอาทิตย์ 1 พันล้านดวง (ดังนั้นขอบฟ้าเหตุการณ์มีขนาดใหญ่และความโน้มถ่วงต่ำมาก) กำลังเดินทางด้วยความเร็ว 0.9c ผ่านอวกาศอวกาศว่างเปล่า ตอนนี้ลองนึกภาพหลุมดำมวลดวงอาทิตย์ที่มีมวลเท่ากัน 1 พันล้านเท่าเดินทางไปที่ 0.9c แต่ในทิศทางตรงกันข้ามดังนั้นทั้งสองจึงมุ่งหน้ากัน เส้นทางของหลุมดำเมื่อพิจารณาพื้นที่แปรปรวนเวลาทั้งหมดไม่ได้อยู่ในการชนโดยตรง แต่ขอบนอกสุดของขอบฟ้าเหตุการณ์จะแค่ 'ตัด' ซึ่งกันและกันโดยปกติจะทับซ้อนกันเพียงเสี้ยววินาที ทั้งสองศพกำลังเดินทางด้วยความเร็วที่รวดเร็วอย่างไม่น่าเชื่อและในทิศทางตรงกันข้ามกับกันและกัน

ดังนั้นก่อนอื่นฉันคิดถูกเลยว่าถ้าเหตุการณ์สองเหตุการณ์ซ้อนทับกันพวกเขาจะไม่มีวัน 'หลุด'?

ประการที่สองอะไรจะเกิดขึ้นกับหลุมดำจำนวนมหาศาลที่ผลักดันซึ่งกันและกันอย่างไม่น่าเชื่อ มันจะกลายเป็นพลังงานความโน้มถ่วงทันทีหรือไม่? จำไว้ว่าเมื่อหลุมดำโดยรวมมันเกิดขึ้นช้ามากเมื่อหลุมดำเคลื่อนที่เข้ามาใกล้กันมากขึ้นเรื่อย ๆ ในระยะเวลาหลายล้านปีโดยให้พลังงานความโน้มถ่วงเหมือนที่เกิดขึ้นดังนั้นจึงไม่ใช่เศษเสี้ยวของนาโนวินาทีในกรณีนี้

และประการที่สามสิ่งนี้จะมีลักษณะอย่างไร ขอบเขตของเหตุการณ์จะยังคงเป็นทรงกลมและพลังงานที่ปล่อยออกมานั้นบ้าไปแล้วหรือพวกมันจะยืดและบิดงอเป็นเส้นขอบฟ้าเหตุการณ์อีลาสติกที่มีความยาวบางขณะที่พวกเขายิงผ่านกันและเมื่อเวลาผ่านไปช้าลง


1
FWIW หากพวกเขามุ่งหน้าไปยังกันความเร็วสัมพัทธ์จะเท่ากับ 180c / 181 ประมาณ 0.9945c จากข้อมูลของvttoth.com/CMS/physics-notes/311-hawking-radiation-calculatorรัศมี EH ของพวกเขาอยู่ที่ประมาณ 9853 วินาทีแสง และอย่าลืมว่ามันมีโมเมนตัมเชิงมุมขนาดใหญ่เช่นกัน
PM 2 ต.ค.

5
หากต้องการเครื่องเทศเพิ่มขึ้นอีกให้สมมติว่าพวกเขาหมุนไปตามขีด จำกัด ของเคอร์ในทิศทางตรงกันข้ามกับกันและกันดังนั้นเมื่อพวกเขาสัมผัสกับความยุ่งเหยิงจากมุมมองการอนุรักษ์โมเมนตัมเชิงมุม
Loadwick

1
ทว่า SMBH มีแนวโน้มที่จะหมุนได้ค่อนข้างใกล้เคียงกับขีด จำกัด อยู่แล้วดังนั้นนั่นจึงไม่ใช่สิ่งที่ไม่สมจริงซึ่งไม่เหมือนกับความเร็วสัมพัทธ์ที่คุณได้รับ ;) แต่มันจะทำการคำนวณที่ยากขึ้นไปอีก ไม่มีวิธีแก้ปัญหาการวิเคราะห์ปัญหาทั่วไปของร่างกาย 2 ใน GR ดังนั้นคุณต้องหันไปใช้วิธีการเชิงตัวเลขและพยายามจัดการ SMBH คู่หนึ่งด้วยความเร็วสัมพัทธภาพจะต้องมีจำนวนที่หนักมากเพื่อให้การประมาณการที่เชื่อถือได้
PM 2Ring


1
FWIW มีกระทู้ใน xkcd หนึ่งหรือสองเดือนที่เกี่ยวข้องกับหัวข้อนี้: เป็นไปได้ไหมที่จะหนีจากหลุมดำโดยใช้หลุมดำอีกหลุมหนึ่งได้หรือไม่
PM 2Ring

คำตอบ:


54

คุณมีคำตอบที่ดีอยู่แล้ว แต่ฉันจะพยายามหาวิธีแก้ปัญหาที่ใช้งานง่ายมากขึ้นว่าเหตุใดขอบเขตของเหตุการณ์จะไม่แยกออกจากกันหากซ้อนกัน:
ขั้นแรกให้จินตนาการถึงจุดฝุ่นที่อยู่ใน EH ของหลุมดำ . ฉันเชื่อว่าเราจะเห็นด้วยกับจุดนี้ไม่สามารถหนีหลุมดำได้เพราะไม่มีอะไรสามารถกลับมาจากด้านหลังขอบฟ้าเหตุการณ์ได้
ทีนี้ลองนึกถึงจุดฝุ่นเดียวกัน แต่ภายในส่วนที่ทับซ้อนกันของ EH ของหลุมดำสองแห่งที่ผ่านกันและกัน ฝุ่นละอองจุดนี้จะไม่รอดพ้นจากหลุมดำสองแห่งใด ๆ เพราะอยู่ภายใน EH ของพวกเขาทั้งคู่ หากหลุมดำเหล่านี้สามารถแยกออกได้อีกจุดที่จับระหว่างพวกมันจะหนีออกจากหลุมดำอย่างน้อยหนึ่งหลุมหลังจากอยู่ด้านหลังขอบฟ้าเหตุการณ์
เนื่องจากสิ่งนี้ไม่สามารถเกิดขึ้นได้หลุมดำทั้งสองจะรวมกันจากจุดที่ขอบเขตของเหตุการณ์ซ้อนทับกันไม่ว่าความเร็วจะเป็นเท่าไหร่ก็ตาม


19
นี่เป็นคำอธิบายที่ง่ายมาก!
Daniel B

ฉันชอบการสร้างภาพข้อมูลนี้ฉันคิดว่ามันยังคงเป็นไปได้ที่จะหลบหนีโดยใช้อุโมงค์ควอนตัม แต่ส่วนใหญ่ไม่เกี่ยวข้องยกเว้นว่าเราเรียนรู้ที่จะควบคุมการขุดอุโมงค์ควอนตัมสำหรับการเดินทางแบบทันที อย่างไรก็ตามฉันเห็นด้วยกับคุณและนี่คือเหตุผลที่ฉันคิดว่า EH จะยืดและบิดงอเหมือนวงยืดหยุ่น มันไม่สามารถแยกออกจากกัน แต่ก็ไม่สามารถหยุดได้ทันทีเช่นกัน
Loadwick

นี่เป็นข้อโต้แย้งในกระดาษของ Stephen Hawking
Steve Linton

3
คุณไม่จำเป็นต้องมีฝุ่น อนุภาคใด ๆ จะทำสิ่งเดียวกัน - แม้แต่อนุภาคเสมือน และมีอนุภาคเสมือนอยู่เสมอ
Loren Pechtel

1
สิ่งนี้ไม่ได้เกิดขึ้นกับฉันในฐานะคำอธิบายที่เข้าใจง่าย ตรรกะดูเหมือนเข้มงวดและหักล้างไม่ได้ เข้าใจได้ง่าย = ;-) ใช้งานง่าย
ปีเตอร์ - Reinstate Monica

52

หากขอบฟ้าเหตุการณ์สัมผัสและกลายเป็นพื้นผิวต่อเนื่องชะตากรรมของพวกเขาถูกผนึกไว้ - หลุมดำทั้งสองจะรวมเข้าด้วยกันพวกเขาไม่สามารถแยกจากกันได้อีกไม่ว่าอะไรจะเกิดขึ้น

มีหลายวิธีที่เป็นไปได้ในการอธิบายด้วยระดับความเข้มงวดที่แตกต่างกัน

คำอธิบายที่เข้าใจง่ายคือความเร็วในการหลบหนีที่ขอบฟ้าเหตุการณ์เท่ากับความเร็วของแสง แต่ไม่มีอะไรสามารถเคลื่อนไหวได้เร็วเท่ากับแสงแม้แต่หลุมดำ เพื่อให้หลุมดำทั้งสองแยกออกจากกันส่วนหนึ่งจะต้อง "หลบหนี" อีกหลุมหนึ่งหรือเคลื่อนที่เร็วกว่าแสงซึ่งเป็นไปไม่ได้

แก้ไข : "คำอธิบาย" ที่ใช้งานง่ายอีกอย่าง (handwaving จำนวนมาก aka) - ภายในเส้นขอบเหตุการณ์เหตุการณ์วิถีทั้งหมดนำไปสู่ศูนย์ ไม่มีเส้นทางที่เป็นไปได้จากที่ใด ๆ ภายในขอบฟ้าไปยังด้านนอก ไม่ว่าคุณจะเลี้ยวไปทางไหน ไม่ว่าคุณจะย้ายไปทางไหน หากขอบฟ้าเหตุการณ์ได้รวมเข้าด้วยกันเพื่อให้หลุมดำแยกออกอีกครั้งส่วนหนึ่งของพวกเขาจะต้องย้าย "อยู่ห่างจากศูนย์กลาง" (หรือห่างจากหนึ่งในศูนย์) ซึ่งเป็นไปไม่ได้

จากทั้งหมดที่กล่าวมาเป็นเรื่องเกี่ยวกับ "ความเข้มงวด" เหมือนกับ "การอธิบาย" สัมพัทธภาพทั่วไปกับลูกบอลเหล็กบนแผ่นยาง มันเป็นเพียงคำอุปมา

อย่างเข้มงวดยิ่งขึ้นดูบทความนี้โดย Stephen Hawking:

หลุมดำในทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป

เมื่อเวลาเพิ่มขึ้นหลุมดำอาจรวมเข้าด้วยกันและหลุมดำใหม่อาจถูกสร้างขึ้นโดยการยุบตัวของวัตถุอื่น แต่หลุมดำก็ไม่สามารถแยกไปสองทางได้ (หน้า 156)


แก้ไข : ขอบเขตเหตุการณ์ไม่ได้ "เพียงแค่คลิปกัน" ขอบเขตเหตุการณ์ทรงกลมอย่างสมบูรณ์แบบเป็นนามธรรมที่เป็นนามธรรม (หลุมดำที่ไม่หมุนในจักรวาลที่ว่างเปล่าเป็นอย่างอื่น) ในความเป็นจริงสิ่งใดที่อยู่ใกล้ BH จะทำให้เส้นขอบฟ้าเหตุการณ์เสียรูปซึ่งจะ "เอื้อมมือออกไป" ต่อมวลชนนั้น หากมันมีขนาดเล็กผลกระทบนั้นจะเล็กน้อย

แต่ถ้าหลุมดำสองหลุมเข้าใกล้กัน EHs จะกลายเป็นรูปไข่ราวกับพยายามที่จะแตะกัน หากพวกเขาอยู่ใกล้พอในที่สุดสะพานที่แคบก็จะก่อตัวขึ้นระหว่างนั้นและ EHs จะรวมกัน ในขณะนั้นการควบรวมกิจการเต็มรูปแบบจะถูกกำหนดและจะดำเนินการด้วยความมั่นใจแน่นอนจนกว่าจะเสร็จสมบูรณ์ ไม่มีอะไรสามารถหยุดมันได้

ดูคำตอบนี้:

หลุมดำเป็นทรงกลมระหว่างการรวมหรือไม่


อะไรจะเกิดขึ้นกับหลุมดำจำนวนมหาศาลที่ผลักดันกันอย่างไม่น่าเชื่อ

หลุมดำที่เกิดขึ้นหลังจากการควบรวมกิจการจะมีการหมุนวนมากหากการปะทะกันไม่ได้อยู่ด้านหน้าอย่างสมบูรณ์ พลังงานใดก็ตามที่ไม่สามารถยัดลงในสปินได้อาจจะถูกเปล่งออกมาในรูปคลื่นความโน้มถ่วง


10
หาก EH สองตัวสัมผัสกันจุดศูนย์กลางของหลุมดำยังไม่อยู่ในขอบฟ้าเหตุการณ์ของกันและกัน ศูนย์อาจอยู่ห่างจากขอบฟ้าเหตุการณ์ของคนอื่นค่อนข้างไกล ... ดังนั้นหากพวกเขาไปเร็วพอพวกเขาสามารถหลบหนีได้แม้หลังจากที่เหตุการณ์รวมเข้าด้วยกัน?
Rob

8
@Rob ศูนย์ไม่มีสิทธิ์พิเศษ ลืมจุดศูนย์กลาง เมื่อสร้างสะพานสำหรับทุกเจตนาและจุดประสงค์มันเป็นหลุมดำหนึ่งหลุม ไม่มี "ทับซ้อน" ภาพของคุณไม่ถูกต้อง - ทั้งสองเอนทิตีได้รวมเข้าด้วยกันแล้วมีเส้นขอบฟ้าเหตุการณ์เดียวไม่ใช่สอง (ดูคำตอบที่ฉันได้เชื่อมโยงไว้ในตอนท้าย) และคุณไม่สามารถแยกชิ้นส่วนออกจากขอบฟ้าเหตุการณ์ไม่ว่าคุณจะทำอะไร ลืม 0.999c นั่นคือไม่มีอะไร คนส่วนใหญ่ไม่ทราบว่าสัญญาณรบกวนอย่างแท้จริงเป็นระยะเวลาภายในขอบเขตเหตุการณ์ ไม่มีทางออกจริงๆมันไม่ใช่คำพูด
Florin Andrei

6
ฉันคิดว่าสิ่งที่ยากสำหรับฉันที่จะกระทบยอดในหัวของฉันคือถ้าความแปลกประหลาด (สมมติว่าทุกเรื่องตั้งอยู่ที่จุดเดียว) ไม่ข้ามขอบฟ้าเหตุการณ์อื่น - เหตุใดจึงไม่สามารถหลบหนีได้ ฉันเข้าใจว่าเหตุการณ์ที่เกิดขึ้นผสานอย่างไรก็ตามถ้าเราคิดว่าเอกพจน์ทั้งสอง (แน่นอนว่าพวกเขาไม่ได้รวมทันที?) มีรัศมีชวาร์สชิลด์ของตัวเองทำไมการแยกของพวกเขาควรสะกดชะตาสำหรับเอกพจน์ของพวกเขา? หากดวงอาทิตย์ข้ามขอบฟ้าเหตุการณ์บางส่วนฉันจะจินตนาการเพียงส่วนหนึ่งของดวงอาทิตย์ที่ข้ามขอบฟ้าเหตุการณ์จะถูกขังอยู่ตลอดกาล
Rob

10
@Rob ดูเหมือนว่าโมเดลจิตของคุณจะมีมวลและขอบฟ้าเหตุการณ์มีสถานที่อยู่ในอวกาศเหมือนกับวัตถุปกติ นั่นไม่ใช่วิธีการ ทั้งภาวะเอกฐานและเส้นขอบเหตุการณ์เป็นลักษณะของเวลาอวกาศที่โค้งมากและพฤติกรรมของพวกเขาสามารถเข้าใจได้โดยประมาณแม้ในช่วงเวลาที่โค้งนั้น ดูyoutube.com/user/SXSC ความร่วมมือสำหรับการจำลองบางอย่างที่คำนึงถึงเรื่องนี้
Steve Linton

5
@Fax ภูมิภาคที่มีรูปร่างเป็นไข่ป้องกันไม่ให้สิ่งของหลุดออกไป อะไรก็ตามที่ "ตั้งฉาก" ไปที่ "ขอบเขต" ระหว่างหลุมดำทั้งสองยังคงต้องการแรงกระตุ้นมากพอที่จะเอาชนะแรงโน้มถ่วงรวมที่ดึงกลับไปยังจุดลากรองจ์ระหว่างหลุมดำทั้งสอง (จำไว้ว่าคุณต้องต่อสู้กับทั้งสองแม้ว่าคุณจะทำได้ หลบหนีหากมีเพียงหนึ่งในนั้น) หากความเร็วของการหลบหนีที่จุดลากรองจ์เกินความเร็วแสงจุดลากรองจ์จะอยู่ภายในขอบฟ้าเหตุการณ์ที่รวมกันและหลุมดำรวมเข้าด้วยกัน
Draco18s
โดยการใช้ไซต์ของเรา หมายความว่าคุณได้อ่านและทำความเข้าใจนโยบายคุกกี้และนโยบายความเป็นส่วนตัวของเราแล้ว
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.