Обратимость гравитационного коллапса

[sergey zhukov]

В книге Новикова "Физика черных дыр" написано, что решение для коллапса звезды в черную дыру обратимо во времени (белая дыра). Ничто не мешает возникновению "обратного" коллапса. Обратный коллапс есть такое же корректное решение уравнений ОТО, как и прямой.

В классической термодинамике необратимость строгая, т.к. имеется строго неубывающая во времени величина - энтропия. В статистической физике такой строгости уже нет. Процессы, невозможные с точки зрения классической термодинамики, рассматриваются здесь лишь как очень маловероятные, но не запрещенные.

Является ли прямой коллапс очень вероятным (возникает при самых общих начальных условиях), а обратный - всего лишь крайне невероятным (возникает при строго определенных начальных условиях)? Обычно, когда приводят в пример обратимости физических законов, то говорят о кинопленке, пущенной задом наперед. Будет ли обратная запись процесса коллапса в черную дыру физичной?

[Dmitriy40]

Мне кажется симметрия между чёрной и белой дырой это упрощение для понимания. Например и та и другая должна излучать гравитационные волны, а при обращении коллапса во времени гравитационные волны надо очень специальным образом формировать везде снаружи и подавать в разрушающуюся чёрную дыру. Плюс наверняка будут аналогичные отличия и на квантовом уровне, для маленьких дыр. Так что поведение обращённого коллапсара и белой дыры лишь внешне похоже в некоторых аспектах (поглощение/выделение вещества), но не является тождественным. ИМХО.
Насчёт вероятностей говорить вообще бессмысленно так как различаются начальные условия каждого процесса: для прямого коллапса это более-менее нормальное состояние вещества (включая нейтронное), для белой дыры это сингулярность (или во всяком случае горизонт). Т.е. это два разных процесса и они не могут иметь одинаковые начальные условия, а тогда и вероятности сравнивать бессмысленно. Можно было бы сравнить вероятности хокингского испарения чёрной дыры и превращения её в белую дыру, но разве второй процесс не запрещён? Во всяком случае без [гипотетического] внешнего воздействия, которое снова нарушит идентичность начальных условий.

[epros]

Dmitriy40 в сообщении #1527540 писал(а):

при обращении коллапса во времени гравитационные волны надо очень специальным образом формировать везде снаружи и подавать в разрушающуюся чёрную дыру.

Почему Вы так решили? По-моему, антиколлапсар точно так же может излучать гравитационные волны, как и изначально несимметричный коллапсар.

Dmitriy40 в сообщении #1527540 писал(а):

Так что поведение обращённого коллапсара и белой дыры лишь внешне похоже в некоторых аспектах (поглощение/выделение вещества), но не является тождественным. ИМХО.

Антиколлапсар - это то, что может в один прекрасный момент по непонятной причине получиться из ранее долго существовавшей белой дыры, происхождение которой неизвестно. Но это потому, что нам приходится как-то объяснять явление белой дыры в уже существующей по факту вселенной. В некотором смысле Большой Взрыв очень похож на антиколлапсар, но с ним такой проблемы не существует, ибо вселенная появляется не отдельно от взрыва, как в случае с белой дырой.

Dmitriy40 в сообщении #1527540 писал(а):

Насчёт вероятностей говорить вообще бессмысленно так как различаются начальные условия каждого процесса: для прямого коллапса это более-менее нормальное состояние вещества (включая нейтронное), для белой дыры это сингулярность (или во всяком случае горизонт). Т.е. это два разных процесса и они не могут иметь одинаковые начальные условия, а тогда и вероятности сравнивать бессмысленно.

Вот это точно. Термодинамику тут вряд ли пришьёшь, ибо начальные условия неизвестны.

[Dmitriy40]

epros в сообщении #1527555 писал(а):

Почему Вы так решили? По-моему, антиколлапсар точно так же может излучать гравитационные волны, как и изначально несимметричный коллапсар.

Надеюсь под антиколлапсаром Вы подразумеваете обычный коллапс, но в обратном времени. Да, он может излучать гравитационные волны, ему это никто не запрещает (собственно даже и должен излучать), но тогда он не идентичен обычному коллапсару с инверсией времени.

Вообще давайте перечислим все три класса объектов:
1. обычный коллапсар, изначально обычная материя, результат чёрная дыра;
2. он же, но с инвертированным временем, всё остальное полностью идентично, изначально сингулярность (или минимум горизонт), в результате обычная материя;
3. белая дыра, испускающая вещество из под горизонта, изначально сингулярность (или минимум горизонт), в результате обычная материя.
Первый объект излучает гравитационные волны (совсем симметричные случаи не берём), которые уносят энергию.
Второй гравитационные волны поглощает, и энергия с ними поступает к нему снаружи.
Третий снова излучает гравитационный волны и они снова уносят энергию.
Видно что третий вовсе не идентичен второму, как раз из-за разных направлений энергии гравитационных волн. Хотя поведение материи, начальные условия и результат и похожи. Похожи, но не идентичны.

[epros]

Dmitriy40 в сообщении #1527594 писал(а):

Второй гравитационные волны поглощает, и энергия с ними поступает к нему снаружи.

Потому что второй - совершенно фантастический объект, вроде инвертированного по времени осциллирующего электрического диполя, который не изучает электромагнитную волну, а поглощает приходящую из бесконечности. Вовсе не это имеется в виду под антиколлапсаром.

Dmitriy40 в сообщении #1527594 писал(а):

Видно что третий вовсе не идентичен второму, как раз из-за разных направлений энергии гравитационных волн. Хотя поведение материи, начальные условия и результат и похожи. Похожи, но не идентичны.

Разумеется он не идентичен (с точностью до инверсии времени) никакому реальному коллапсару. Но идеальный сферически симметричный антиколлапсар идентичен идеальному сферически симметричному коллапсару просто в силу того, что ОТО - обратимая по времени теория.

[Geen]

Это если без сингулярностей.

[epros]

Geen в сообщении #1527633 писал(а):

Это если без сингулярностей.

Что Вы имели в виду? С сингулярностями, конечно, всё непросто. Ибо при наличии даже небольшого момента или заряда простой времени-подобной сингулярности не получится. Но чисто теоретически ничто не мешает рассмотреть идеальный сферически симметричный антиколлапсар - это когда из времени-подобной сингулярности сферически симметрично разлетается вещество.

[Dmitriy40]

epros
Даже в случае идеально сферического антиколлапсара будут квантовые явления (то же излучение Хокинга), которые снова нарушат симметричность времени. Но да, уже не в ОТО. Но мы уже точно знаем что ОТО не полна в части квантовых явлений и потому её решения не всегда физичны. Потому коллапсар с инвертированным временем (киноплёнка назад) не физичен, хотя и является точным решением ОТО. Вопрос же был не в правильности решений ОТО, причём именно коллапсара с инверсией времени, не абы какого антиколлапсара, а в их физичности.
Кроме того он не физичен из-за условия строгой сферической симметрии: малейшее отклонение (хоть менее постоянной Планка) сразу выбивает его из точной симметрии уравнений с коллапсаром. А во вселенной точно есть например реликтовый фон, который, о ужас, тоже не строго сферически симметричен и может являться нарушающим симметрию внешним воздействием.
По всем этим и другим причинам решение ОТО с инвертированным временем точное и правильное, но не физично. Как я это понимаю.

-- 30.07.2021, 11:42 --

Э, уточню, не физичен именно второй случай из моих трёх, коллапсар с инверсией времени, не абы какой антиколлапсар (белая дыра). Он возможен лишь как теоретическая модель, с отбрасыванием большой части явлений, которые из реальной вселенной никак не убрать.

[epros]

Dmitriy40, мы же договорились, что антиколлапсар - это не второй случай. Действительно, странно ожидать, что белая дыра антиколлапсирует в звезду, которая начнёт эволюционировать в обратном направлении до протозвёздной туманности.

Может быть не очевидны физические причины существования белой дыры, которая может стать антиколлапсаром. Тут остаётся только предположить, что они могут остаться как реликты после Большого Взрыва. Но в самом по себе антиколлапсе ничего принципиально нефизичного нет.

Что касается квантовой механики с излучением Хокинга и проч., то всё это становится существенным только при размерах чёрных и белых дыр, близких к Планковской. Ну и где-то близко к сингулярности, но там мы и так не знаем достоверно, что происходит.

[Dmitriy40]

epros в сообщении #1527638 писал(а):

мы же договорились, что антиколлапсар - это не второй случай.

Это Вы договорились, а ТС спрашивал именно про него:

sergey zhukov в сообщении #1527529 писал(а):

Будет ли обратная запись процесса коллапса в черную дыру физичной?

И отвечал я ему. Что такая запись не обязательно идентична белой дыре (вообще никогда в реальности не идентична, за исключением одного исключительного модельного случая).
Что белая дыра может существовать я не оспаривал, только что она не идентична коллапсару в обратном времени.

[epros]

Dmitriy40 в сообщении #1527641 писал(а):

ТС спрашивал именно про него:

sergey zhukov в сообщении #1527529 писал(а):

Будет ли обратная запись процесса коллапса в черную дыру физичной?

Это Ваша интерпретация, что к "процессу коллапса" нужно обязательно относить выгорание в звезде лёгких элементов с излучением света в окружающую среду и испускание гравитационных волн, которое имеет место в связи с несимметричным падением вещества на коллапсар. А в моей интерпретации под "процессом коллапса" имеется в виду некий идеализированный процесс, который мы и обращаем вспять, когда говорим про антиколлапсар.

[Geen]

epros в сообщении #1527634 писал(а):

это когда из времени-подобной сингулярности сферически симметрично разлетается вещество.

С каким темпом?

[epros]

Geen в сообщении #1527651 писал(а):

С каким темпом?

Как я понимаю, возможны разные варианты.

[Dmitriy40]

epros
ОК, на этом и остановимся, что коллапсар в обратном времени идентичен белой дыре (антиколлапсару) лишь в одном идеальном модельном случае, в реальности же белая дыра от коллапсара в обратном времени отличается даже в рамках ОТО (тот же реликтовый фон вполне в рамках ОТО). О значимости и наблюдаемости этих отличий можно рассуждать, но в уравнениях (которые я писать не готов) они есть.

[Someone]

И. Д. Новиков, В. П. Фролов. Физика чёрных дыр. Москва, "Наука", 1986.

Белые дыры рассматриваются в главе 13.
В § 13.2 рассматриваются два вида неустойчивости белых дыр.
1) Неустойчивость по отношению к падению вещества на белую дыру. Приводит к быстрому превращению белой дыры в чёрную.
2) Неустойчивость по отношению к квантовым эффектам рождения вещества в сильном гравитационном поле белой дыры. Также приводит к быстрому превращению белой дыры в чёрную.
Я склонен думать, что это означает, что реликтовая белая дыра либо взрывается сразу, либо не взрывается вообще, превращаясь в чёрную дыру.

Насколько я знаю, не известно никаких процессов, приводящих к образованию белых дыр в настоящее время.