Гравитационное взаимодействие и горизонт событий.

[Akela]

Чёрные дыры. Горизонт событий. Это ужасно интересно и дико хитро и сложно.

Чёрную дыру не могут покинуть даже объекты, движущиеся со скоростью света, в том числе кванты самого света.

И вот вопрос. Свет - это ведь из области электромагнитных взаимодействий, так? А может ли покинуть чёрную дыру электромагнитное взаимодействие?
Ну типа того, продолжат ли взаимодействовать (электромагнитно) два объекта, один из которых "тут", а другой попал за горизонт событий? Кхм. Вообще-то, как написано, с точки зрения первого (удалённого) объекта второй объект будет падать в чёрную дыру бесконечно долго... И стало быть, электромагнитное взаимодействие никогда не прекратится... Но в этом случае мы никогда не получим второй объект за горизонтом событий. Да и взаимодействие ли это? Вот ведь в чём заковыка!..

И, собственно, мой вопрос сводится к следующему... Наверное, объекты (или даже один Объект) по ту сторону горизонта событий всё-таки должны как-то "протягивать" свои жадные (электромагнитные) руки в нашу Вселенную, чтобы таки взаимодействовать. Иначе дело дойдёт до того, что остальные взаимодействия Оттуда так же не смогут выйти за горизонт событий, поскольку и они распространяются со скоростью света (вроде бы). И это касается так же гравитационного взаимодействия. Дошли (или дошёл) до смешного. Если гравитационное взаимодействие не сможет выйти за горизонт событий... то это будет означать исчезновение самой чёрной дыры. А нет чёрной дыры, и нет тебе и горизонта событий, и нет у матросов вопросов...

Но может быть, я в чём-то переумничал? Вот подскажите, плиз. Возможно, гравитация - единственное взаимодействие, которое осуществляется между нашим миром и миром по ту сторону горизонта событий. Остальные же взаимодействия преодолеть горизонт событий наверное не могут. А может быть, и нет никакого гравитационного взаимодействия-воздействия Оттуда, а есть лишь только Область снаружи и ОКОЛО горизонта событий, насыщенная притянутой массой-материей. Ну, типа того сия Область и есть черная дыра. И образовалась она, быть может, будучи притянутой сколлапсированной массой-материей, которая и образовала горизонт событий с притянутой другой массой-материей. Типа того, первая (хронологически) масса-материя благополучно исчезла из нашей Вселенной (прекратив с ней взаимодействовать даже гравитационно).

[Dmitriy40]

Akela в сообщении #1378053 писал(а):

А может ли покинуть чёрную дыру электромагнитное взаимодействие?

Может: чёрные дыры могут быть и заряженными, т.е. электромагнитное взаимодействие в виде кулоновских сил вполне себе "покидает" (именно в кавычках) горизонт событий.
Если Вы различаете само взаимодействие/поле и его волны (возмущений). Волны покинуть не могут. Ни ЭМ, ни (слабые) гравитационные.
Аналогия для понимания: океанский пролив между материками, сильное однонаправленное постоянное течение в нём, вода и в проливе и с обеих сторон пролива есть, однако волны через пролив могут идти лишь по течению, против их сносит течением. Или другая такая же: гитарная струна, натянутая между двумя роликами и движущаяся со скоростью больше скорости звука в металле, колебания передающего ролика к приёмному (по движению струны) доходят, колебания принимающего ролика до передающего (против движения струны) не доходят. Разумеется обе аналогии неверны и приведены лишь для иллюстрации разницы между средой (поверхность океана, струна, само поле/взаимодействие) и волной возмущения среды (волна на поверхности океана, звуковые колебания струны, ЭМ или гравитационная волна): в и около чёрной дыры никаких течений нет.

Akela в сообщении #1378053 писал(а):

Дошли (или дошёл) до смешного.

Непрохождение волн на поверхности океана в одну из двух сторон пролива не означает отсутствие воды/океана вообще. Поле (и ЭМ, и гравитационное) есть, волны его возмущения покинуть горизонт событий не могут - и это разные вещи!

[Akela]

Dmitriy40 в сообщении #1378057 писал(а):

Может: чёрные дыры могут быть и заряженными, т.е. электромагнитное взаимодействие в виде кулоновских сил вполне себе "покидает" (именно в кавычках) горизонт событий.

Ринулся изучать матчасть, но из определений черной дыры пока не понял: является ли горизонт событий частью черной дыры, или всё-таки границей, черной дыре не принадлежащей? Если верно последнее, то то, что покидает горизонт событий - покидает не черную дыру. До сих пор я полагал последнее, то есть, горизонт событий получался неким барьером не только для материи, но и даже, может быть, и для полей.

[Pphantom]

Тема перемещена из форума «Астрономия» в форум «Помогите решить / разобраться (Ф)»
Причина переноса: тематика.

[Munin]

Akela в сообщении #1378053 писал(а):

И вот вопрос. Свет - это ведь из области электромагнитных взаимодействий, так? А может ли покинуть чёрную дыру электромагнитное взаимодействие?

А что такое "покинуть" для взаимодействия?

Взаимодействие - это фундаментальное явление, когда одни физические сущности везде во Вселенной взаимодействуют с другими физическими сущностями. Например, электромагнитное взаимодействие - это когда электрически заряженные частицы (или поля) взаимодействуют с электромагнитным полем. Гравитационное взаимодействие - это когда любые частицы и поля взаимодействуют с гравитационным полем.

Так что, взаимодействие - это не что-то конкретное материальное, где-то находящееся, оно не находится где-то, не движется куда-то, и не может чего-то покидать.

Дальше, надо различать статическое поле и волны (распространяющиеся возмущения поля). Статическое поле ничего не "покидает" именно потому что оно статическое, ему не надо ничего покидать. В существовании статического поля нет причинно-следственной связи с источником поля, они оба существуют, и оба - бесконечное время.

Волны покинуть чёрную дыру не могут, это ровно то же самое, что утверждение про свет. Относится это не только к электромагнитному полю, но и ко всем другим полям.

Dmitriy40 в сообщении #1378057 писал(а):

Волны покинуть не могут. Ни ЭМ, ни (слабые) гравитационные.


Сильные гравитационные тоже не могут.

Akela в сообщении #1378053 писал(а):

Ну типа того, продолжат ли взаимодействовать (электромагнитно) два объекта, один из которых "тут", а другой попал за горизонт событий?

Только в одну сторону: внешний объект может влиять на падающий, только недолго. Внутренний не может влиять на внешний.

Более строго так: у падающего объекта будет свой собственный горизонт событий (это понятие надо разъяснять отдельно), и оба объекта рано или поздно выйдут за горизонты друг друга. Каждый в свой момент на своей мировой линии. После этого объект не сможет повлиять на другой. Но для понимания этого объяснения, надо рисовать пространственно-временные диаграммы. Например, такие, как вот эта (диаграмма координат Эддингтона-Финкельштейна):

Akela в сообщении #1378053 писал(а):

Но может быть, я в чём-то переумничал?

Скорее, недоумничали. Вы думаете, что можно разобраться по обрывкам слов и всякой болтовни. А надо читать учебники и разбираться с формулами и настоящими физическими законами. Потому что истинны именно они, а не неудачные переложения полуумными "популяризаторами".

-- 24.02.2019 13:26:29 --

Akela в сообщении #1378061 писал(а):

Ринулся изучать матчасть

Это долгое занятие.

Сначала надо изучить основы теории поля, потому что даже их не дают в школе. Это:

- уравнения математической физики;
- специальная теория относительности (СТО).

Потом можно начать изучать теорию гравитации - общую теорию относительности (ОТО). Но не обязательно изучать её всю целиком. Для понимания чёрных дыр, достаточно изучить:

- дифференциальную геометрию искривлённых поверхностей и пространств (риманову геометрию);
- теорию физических явлений в искривлённом пространстве-времени (первые главы ОТО).

Всё это, даже если знать матанализ, дифференциальные уравнения, векторное, матричное и тензорное исчисление, - всё равно как минимум штуки 4 серьёзных учебника. Минимальное время освоения - год, ну или около того.

Akela в сообщении #1378061 писал(а):

но из определений черной дыры пока не понял: является ли горизонт событий частью черной дыры, или всё-таки границей, черной дыре не принадлежащей?

Это вопрос бессмысленный. Является ли поверхность холодильника частью холодильника, или всё-таки границей, холодильнику не принадлежащей? На самом деле, поверхность холодильника не состоит из каких-то атомов (атомы уже внутри поверхности), это вымышленная геометрическая поверхность

Akela в сообщении #1378061 писал(а):

До сих пор я полагал последнее, то есть, горизонт событий получался неким барьером не только для материи, но и даже, может быть, и для полей.

Ваша проблема в том, что вы слишком мало знаете о полях, и думаете, что для них могут быть "барьеры". На самом деле, всё гораздо сложней.

Ну и горизонт не является барьером, тут тоже всё гораздо сложней.

-- 24.02.2019 13:31:15 --

Dmitriy40

(Оффтоп)

Простите, а можно пару уточняющих вопросов, чтобы выяснить ваш уровень?
1. Какие виды горизонтов различаются в ОТО?
2. Про какие системы координат для статической незаряженной невращающейся чёрной дыры вы слышали?

[Dmitriy40]

Munin

(Оффтоп)

Munin в сообщении #1378071 писал(а):

Простите, а можно пару уточняющих вопросов, чтобы выяснить ваш уровень?

Это бессмысленно, считайте школьный.
Но тут и уровень вопроса не выше, ИМХО.

[Akela]

Munin в сообщении #1378071 писал(а):

Только в одну сторону: внешний объект может влиять на падающий, только недолго. Внутренний не может влиять на внешний.

Стало быть, здесь нет у них взаимодействия? (это я пытаюсь понять)
А как насчёт гравитационного взаимодействия? Оно как бы в обе стороны должно работать и типа "одновременно" на оба объекта (один объект "тут", а другой падает в дыру).

Munin в сообщении #1378071 писал(а):

Это вопрос бессмысленный. Является ли поверхность холодильника частью холодильника, или всё-таки границей, холодильнику не принадлежащей? На самом деле, поверхность холодильника не состоит из каких-то атомов (атомы уже внутри поверхности), это вымышленная геометрическая поверхность

Одно дело, когда поверхность - поверхность, а не граница. Насколько я знаю и если не ошибаюсь, "граница" между государствами представлена нейтральной полосой (отличной от нуля), ни одному государству не принадлежащая.

Условно: если радиус горизонта событий равен Х (радиус горизонта как граница но не поверхность черной дыры), то радиус чёрной дыры меньше или равен Х? Вот в чём вопрос.

ЗЫ Спасибо. Правда, спасибо. Буду разбираться. Вы (мн.число) экономите мне годы жизни из этого:

Munin в сообщении #1378071 писал(а):

Это долгое занятие.

Сначала надо изучить основы теории поля, потому что даже их не дают в школе. Это:
- уравнения математической физики;
- специальная теория относительности (СТО). Потом можно начать изучать теорию гравитации - общую теорию относительности (ОТО). Но не обязательно изучать её всю целиком. Для понимания чёрных дыр, достаточно изучить:
- дифференциальную геометрию искривлённых поверхностей и пространств (риманову геометрию);
- теорию физических явлений в искривлённом пространстве-времени (первые главы ОТО). Всё это, даже если знать матанализ, дифференциальные уравнения, векторное, матричное и тензорное исчисление, - всё равно как минимум штуки 4 серьёзных учебника. Минимальное время освоения - год, ну или около того.

[Munin]

Dmitriy40

(Оффтоп)

Dmitriy40 в сообщении #1378076 писал(а):

Это бессмысленно, считайте школьный.
Но тут и уровень вопроса не выше, ИМХО.

Увы, в оценке уровня вопроса мы с вами расходимся. ИМХО, он здесь таков, что требует знания ответов на те вопросы, которые я вам задал. (Был соблазн задать ещё некоторые, но они как раз уровню вопроса ТС не соответствуют.)

Akela в сообщении #1378084 писал(а):

Стало быть, здесь нет у них взаимодействия? (это я пытаюсь понять)

Есть такая ошибка: воспринимать термины как обычные слова, и начать копаться в их составе, происхождении, и делать из этого какие-то выводы. Нет, научный термин звучит как звучит, а что он значит - написано в определении. Не надо делить его на части, и ковыряться в них. Физика - это не филология.

Munin в сообщении #1144496 писал(а):

Слово "взаимодействие" используется в двух немного разных смыслах:
- Взаимодействие между частицами - это старинный смысл. В этом смысле, два электрических заряда взаимодействуют (посредством электромагнитного поля, или как-то по закону дальнодействия).
- Взаимодействие частиц с полем - это более современный смысл. В этом смысле, каждый электрический заряд отдельно взаимодействует с электромагнитным полем. Взаимодействие двух зарядов оказывается более сложным явлением, состоящим из двух таких элементарных взаимодействий.
В квантовой теории речь в основном идёт про второй смысл. Оказывается, что частицы и поле выступают в таком акте взаимодействия более на равных, чем казалось в классической теории. И поле передаётся частицами (здесь - фотонами), и частицы вещества становятся подобны полю.

Munin в сообщении #1144362 писал(а):

Дело в том, что такое взаимодействие, которое встречалось в классической физике, обычно проявлялось только как силы между частицами. Но в квантовом мире оказалось, что это только частный случай, а обычно происходят также много других явлений:
- частицы могут возникать и исчезать (в том числе, рождаться, распадаться, аннигилировать);
- частицы могут превращаться в другие частицы (в том числе, с испусканием или поглощением ещё каких-то третьих частиц);
- частицы могут взаимодействовать без сил: интерферировать как волны, или избегать одинаковых состояний, или наоборот, накапливаться в них.

(И далее перечислена рекомендуемая литература.)
Munin в сообщении #989047 писал(а):

Munin писал(а):

Теоретическая механика - основа всей теоретической физики - вводит общие правила для того, чтобы разные физические системы взаимодействовали друг с другом. Эти правила похожи на 3-й закон Ньютона (помните, "сила действия равна силе противодействия"?). Но здесь речь идёт уже не о взаимодействии, скажем, лошади и телеги, а о взаимодействии электрически заряженных частиц и электромагнитного поля - то есть, о взаимодействии целых подсистем законов физики. Именно это называется "заряженные частицы участвуют в электромагнитном взаимодействии". И те и другие (и частицы и поле) могут существовать и сами по себе. Но кроме того, они взаимодействуют.

Например, одно из уравнений Максвелла для электромагнитного поля гласит:


$$(\text{точки начала силовых линий})=4\pi\cdot q\cdot(\text{заряженные частицы}),\quad(\text{уМ1})$$

а для заряженной частицы соответственно 2-й закон Ньютона имеет вид:


$$(\text{масса})\cdot(\text{ускорение частицы})=q\cdot\left(\begin{array}{c}\text{плотность и направление}\\\text{силовых линий}\end{array}\right).\quad(\text{2зН})$$

Таким образом, две физические теории: механика и электромагнитное поле - взаимодействуют друг с другом. Это взаимодействие "управляется" коэффициентом $q,$ который называется зарядом частицы. Он может принимать разные значения, и например, если $q=0,$ то взаимодействия вообще нет, оно "выключено". Но при этом не выключается само поле: оно просто не имеет точек начала силовых линий. Но силовые линии могут не иметь начала, например, быть замкнутыми в кольца. Это бывает в индуцированном электрическом поле или в электромагнитных волнах. И даже если силовых линий вообще нет, это не значит, что поля нет - это всего лишь аналогично покоящемуся телу в механике. И аналогично, если заряда нет, то на частицу не влияет электрическая сила, но зато эта частица может летать по прямой, или чувствовать какие-то другие силы.

В математической теории поля, уравнения такого типа, как (уМ1), имеют свою терминологию. То, что стоит у них в правой части, называется "правой частью", или "источником". Но это просто сложившееся название.

Теперь, как взаимодействуют между собой две заряженные частицы? Напоминаю, что выше слово "взаимодействие" подразумевалось в более фундаментальном смысле: как частица взаимодействует с полем. Но если вдруг перед нами оказались две частицы, то получается такая картина: одна частица взаимодействует с полем, и поле передаёт это другой частице, как посредник. Одна частица через уравнение (уМ1) создаёт какие-то силовые линии в поле. Дальше они распространяются во все стороны (они не могут тут же оборваться, потому что это потребовало бы наличия в этих точках пространства других заряженных частиц, по тому же (уМ1); это уравнение оказывается очень требовательным даже там, где заряженных частиц нет). И эти линии доходят до того места, где находится вторая частица. И тут вступает в действие уравнение (2зН): на вторую частицу действует сила! И одновременно всё то же самое протекает и в обратную сторону: вторая частица тоже через (уМ1) создаёт силовые линии, они распространяются до первой частицы, и первая частица их чувствует через уравнение (2зН).

(В цитируемом сообщении - несколько больше.)

Akela в сообщении #1378084 писал(а):

Одно дело, когда поверхность - поверхность, а не граница. Насколько я знаю и если не ошибаюсь, "граница" между государствами представлена нейтральной полосой (отличной от нуля), ни одному государству не принадлежащая.

Это у вас ошибочная аналогия. В физике и математике граница - это не "нейтральная полоса". В математике говорят про точки (например, точки пространства), находящиеся ровно на границе, но в физике - это не какая-то реальная система. С другой стороны, в физике могут быть атомы холодильника, находящиеся на поверхности, - у них особые состояния и свойства; а кроме того, есть атомы и молекулы, прилипшие к холодильнику снаружи. Но про них не говорят "граница", про них говорят "поверхность".

В любом случае, горизонт событий чёрной дыры в классической теории относительности - это граница условная, математически нулевой толщины, и не являющаяся каким-то материальным барьером. Скорее, его свойства созданы самой чёрной дырой.

Akela в сообщении #1378084 писал(а):

Вы (мн.число) экономите мне годы жизни из этого:

Увы, нет. Дело в том, что полное понимание невозможно с экономией этих лет. Напротив, моя цель в том, чтобы ваш интерес подвинул вас на углублённое знакомство и изучение.

[Someone]

Akela в сообщении #1378084 писал(а):

если радиус горизонта событий равен Х (радиус горизонта как граница но не поверхность черной дыры), то радиус чёрной дыры меньше или равен Х?

Равен.

Akela в сообщении #1378053 писал(а):

Наверное, объекты (или даже один Объект) по ту сторону горизонта событий всё-таки должны как-то "протягивать" свои жадные (электромагнитные) руки в нашу Вселенную, чтобы таки взаимодействовать.

Есть закон сохранения заряда. Если заряженный объект падает в чёрную дыру, то его заряд присоединяется к заряду чёрной дыры. Внешний объект продолжает взаимодействовать с полем этого заряда.

[Akela]

Someone в сообщении #1378107 писал(а):

Равен.

Я правильно понял: горизонт событий совпадает с поверхностью чёрной дыры? (если о поверхности можно говорить).

-- 24.02.2019, 17:21 --

Someone в сообщении #1378107 писал(а):

Есть закон сохранения заряда. Если заряженный объект падает в чёрную дыру, то его заряд присоединяется к заряду чёрной дыры. Внешний объект продолжает взаимодействовать с полем этого заряда.

Тут, правда, есть нюанс: для внешнего достаточно удалённого объекта второй объект будет падать в дыру/на дыру бесконечно долго и таким образом, соединения зарядов не произойдёт. Разве нет?

[Someone]

Akela в сообщении #1378108 писал(а):

горизонт событий совпадает с поверхностью чёрной дыры? (если о поверхности можно говорить).

Совпадает. Если о поверхности можно говорить.

Akela в сообщении #1378108 писал(а):

Тут, правда, есть нюанс: для внешнего достаточно удалённого объекта второй объект будет падать в дыру/на дыру бесконечно долго и таким образом, соединения зарядов не произойдёт. Разве нет?

Нет. Это идеализированная картина падения пробного тела (пробное тело — это тело, которое не влияет на изучаемую систему никаким способом). Фактически падающее заряженное тело нарушает симметрию стационарной чёрной дыры. Заметные эффекты появляются, когда тело подходит к чёрной дыре достаточно близко. Гравитационное и электромагнитное поля чёрной дыры искажаются, возникают гравитационные и электромагнитные волны, которые уносят все асимметрии, и чёрная дыра очень быстро становится снова неотличимой от стационарной. Возможно, с другой массой, с другим электрически зарядом и с другим моментом импульса (величина, характеризующая "вращение"). "Радиус" горизонта при этом, вообще говоря, увеличивается. С пробным телом происходит то же самое, только ничего не излучается и характеристики чёрной дыры не изменяются. Обнаружить падающее пробное тело, начиная с некоторого момента времени, тоже становится невозможным.

[Munin]

Akela в сообщении #1378108 писал(а):

Я правильно понял: горизонт событий совпадает с поверхностью чёрной дыры? (если о поверхности можно говорить).

О поверхности чёрной дыры нельзя говорить - это не твёрдый материальный объект. Но иногда говорят в условном смысле, и при этом всегда подразумевают горизонт событий чёрной дыры.

Akela в сообщении #1378108 писал(а):

Тут, правда, есть нюанс: для внешнего достаточно удалённого объекта второй объект будет падать в дыру/на дыру бесконечно долго и таким образом, соединения зарядов не произойдёт. Разве нет?

Различие "несоединённого" поля и "соединённого" будет стремиться к нулю, и очень быстро (по экспоненте, с характерным временем $\sim r/c$).