Musta aukko ja sen muoto, tapahtumahorisontti

[jussi_k_kojootti]

Kaikissa Hawkingin säteilyn syntymekanismeissa toinen (virtuaalisesta) hiukkasparista syntyy valmiiksi tapahtumahorisontin sisäpuolelle.  Toinen on -- jo syntyessään, ja vaikka vain hetken -- tapahtumahorisontin ulkopuolella, mikä näyttää ulkopuolisen havaitsijan mielestä siltä että aukko säteili hiukkasen -- semminkin kun aukon massa vähenee, taaskin virtuaaliparin syntymekanismista riippumatta, juuri säteillyn hiukkasen massan verran.

Virtuaalipari voi syntyä tapahtumahorisontin reunalle useammankin järkeilyn perusteella, kaikille on kuitenkin yhteistä se että hiukkaspari kuvitellaan syntymään aivan tapahtumahorisontin reunalle, niin että jo alkutilanteessa toinen hiukkasista on aukossa.

[spuge]

...kaukana olevan havaitsijan näkökulmasta mustaan aukkoon putoava astronautti ei koskaan läpäise tapahtumahorisonttia, vaan jäätyy sen pintaan litteäksi ”haamuksi”. ...

Jos näin on, niin eikö meidän silloin pitäisi pystyä havaitsemaan mustan aukon tapahtumahorisontin pinnalta kaikki sen aikojen saatossa imaisema aine tuollaisena haamuna?

[mistral]

Jos näin on, niin eikö meidän silloin pitäisi pystyä havaitsemaan mustan aukon tapahtumahorisontin pinnalta kaikki sen aikojen saatossa imaisema aine tuollaisena haamuna?

Kun materia putoaa horisonttiin, kasvaa aukon massa ja horisontti siirtyy ulemmas. Siksi vanhemmat kerrostumat jäisi uudempien alle eikä niitä voisi nähdä. Myös toinen syy estää näkemästä, horisontista nouseva säteily on niin pitkäaaltoista ettei siitä saisi valotettua kuvia. Tai en ainakaan tiedä, voiko esim meidän aurinkokunnan pituisen aallon valottaa, onko sellaisia laitteita olemassa.

[spuge]

No eipä sitten astronauttikaan jäisi siihen haamuksi. Eiköhän siihen päde ihan samat lainalaisuudet ;-)

[jussi_k_kojootti]

Kun materia putoaa horisonttiin, kasvaa aukon massa ja horisontti siirtyy ulemmas. Siksi vanhemmat kerrostumat jäisi uudempien alle eikä niitä voisi nähdä.

Tuollaiset "sipulit" ovat tavallisia tähtiä.  Mustissa aukoissa massa päätyy singulariteettiin.  Kerrostumia tai kuoria ei ole --itseasiassa mustia aukkoja tarkastellaan tyypillisesti 2-ulotteisina objekteina. Jos tämä tuntuu oudolta, niin pidä mielessä että tapahtumahorisontin sisäpuolella aika-avaruus on "äärimmäisen kaareutunut" -- tai ainakin niin kaareutunut, että se mikä astronautin mielestä hetkeä ennen tapahtumahorisontin ylitystä oli "sisäänpäin, kohti singulariteettia" on horisontin sisäpuolella "tulevaisuuteen, kohti singulariteettia".  Niin ikään kaikki maailmanviivat horisontin sisäpuolella johtavat singulariteettiin, ja kaikki yritykset käyttää (minkäänlaista) energiaa johtavat sinne vielä nopeammin.  Tämä on tarkoitus mieltää noiden kerrostumien vinkkelistä -- mikä niitä pitäisi paikallaan?

Edit:  vetäisin pöljäilyn yli -- visualisaatioissa avaruus pakataan 2:een, mutta itse matikka on 4-ulotteista (aika ja pallokoordinaatit).

[jussi_k_kojootti]

Tuo ajatusrakennelma tuntuu kovin kummalliselta ja epäloogiselta, voisitko avata perusteluja hieman enemmän?

Mustaan aukkoon putoavan tulevaisuudessa (tai, kaikissa tulevaisuuksissa) odottaa singulariteetti.  Ei kai se kovin epäloogista ole?

Tapahtumahorisontin jälkeen putoajan aikakomponentti muuttuu negatiiviseksi,

?

Loogisesti ajatellen putoajan suunnan pitäisi kulkea kohti menneisyyttä ja singulariteettia.

?

Muulle ajattelulle pitäisi olla erinomaisen hyvät perustelut.

Ei siltä vaikuta :-)

[mistral]

  Tämä on tarkoitus mieltää noiden kerrostumien vinkkelistä -- mikä niitä pitäisi paikallaan?

Ei mikään, siis jos aika ei ole pysähtynyt. Gravitaatiokaivon ulkopuolelta katsottuna horisontin aika on pysähtynyt ja meidän kannalta siellä olisi sipulin kerrostumia, tosin teoriat ei ehkä ennusta mitään jos ne menevät äärettömään jo horisontin pinnassa.

[mistral]

Joo, ulkopuolisen havaitsijan kannalta tilanne näyttää "jäätyneeltä", edes vapaata pudotusta ei ole koska nopeus on nolla. Mutta tosiaan g-vaikutus sieltä tulee täydellä teholla ja olettaisin ettei gravitaatioaallot edes punasiirry noustessaan syöveristä.

[jussi_k_kojootti]

Voi se olla. Kuten mainitsin, tapahtuman aikataulu on oleellinen: jos asia ei tapahdu maailmankaikkeutemme elinkaaren aikana niin ainut käytännön tulkinta asialle on että sitä ei tapahdu. Ilmaisu "kaikissa tulevaisuuksissa" on virheellinen ilmaisu kun ei edes oman kosmoksemme tulevaisuudessa ennätä tapahtumaan.

Aikakomponen osalta ks. esim. Kari Enqvist, Johdatus suhteellisuusteoriaan, sivu 83: (metriikan aikakomponenttia dt^2 ilmaiseva funktio) F^2(r) = 1 - rs/r, jossa rs = 2GM/c^2 on tapahtumahorisontin säde, r = tarkasteltava etäisyys singulariteetista. Jos r < rs niin negatiiviseksihan komponentti menee.

Vaikuttaako jo...

Ei vaikuta.  Samassa kirjassa on varmasti jossain kohtaa selvitystä käsitteestä "samanaikaisuuden suhteellisuus".  "Kaikki tulevaisuudet" ei tarkoita mitään sen kummempaa kuin "kaikki maailmanviivat", ja tapahtumahorisontin sisällä kaikki maailmanviivat johtavat singulariteettiin.

[jussi_k_kojootti]

Ei mikään, siis jos aika ei ole pysähtynyt. Gravitaatiokaivon ulkopuolelta katsottuna horisontin aika on pysähtynyt ja meidän kannalta siellä olisi sipulin kerrostumia, tosin teoriat ei ehkä ennusta mitään jos ne menevät äärettömään jo horisontin pinnassa.

Teoriat ei tällä hetkellä ennusta mitään keinoa rakentaa sipuleita sen jälkeen kun gravitaatio peittoaa degeneroituneen neutronikaasun paineen.  Tämän vuoksi teoriat sanovat, että tiettyä massaa suuremmat neutronitähdet romahtaa mustiksi aukoiksi, joissa tähden aine päätyy singulariteettiin. 

Huom, en nyt puhu siitä mikä on mahdollista tai mahdotonta, vaan siitä miten asia tunnettujen teorioiden valoissa tulkitaan/käsitellään.

Teoriat ei myöskään "mene äärettömään" horisontin pinnalla.  Omituista, jos lähteissänne ei ole näitä asioita selvitetty.

[jussi_k_kojootti]

ihan plankin epookkiin eli puhtaaksi singulariteetiksi saakka. Kvarkkitähden epäillään olevan olemassa,  tuntuisi että ainakin siihen saakka aine kompressaantuisi. Tapahtuisiko jotakin käänteistä inflaatiota (eli deflaatiota?) jossa häviäisi kvarkit ja gluonitkin jää selvitettäväksi, ehkä uusi gravitaatiotähtitiede joskus kertoo senkin. Mikäli taas aine jäisi kvarkki-gluonimassa tasolle niin silloinhan ainetta kerrostuisi aukkoon.

Kvarkkitähti on erittäin hypoteettinen objekti, en sanoisi että niitä ainakaan yleisesti "epäillään olevan olemassa".  Mutta kyllä, JOS kvarkeilla on degeneroitunut faasi, niin silloin tapahtumahorisontin sisällä voisi olla sipuli.

[jussi_k_kojootti]

Ajan hidastuminen tapahtumahorisontiin putoavan aineen osalta koskenee ko ainetta itseään, aineen toiminnot hidastuvat ja se muuttuu tapahtumahorisontissa täysin passiiviseksi.

Puutun vielä tähänkin -- nimenomaan noin ei käy, putoavan aineen värähtelyt ei hidastu yhtään sen enempää kuin aukkoon pudotetun astronautin kello (tai sydän).  Joka siis ei astronautin siihen katsoessa hidastu ollenkaan.  _Ulkopuolisen_ havaitsijan mielestä hidastuisi kyllä, mutta se on sitä suhteellisuutta.

[jussi_k_kojootti]

Juuri niin, ulkopuolisen eli muun kosmoksen kannalta (ajassa) putoava aine hidastuu, ja se on asiassa oleellista.

Eikö oleellisempaa ole se, mitä aineelle oikeasti tapahtuu kuin se mitä sille näyttää tapahtuvan?  Vertaa relativistiseen avaruusmatkaan.  Maahan jääneiden sukulaisten (arkijärjen) mielestä astronautti ehtii kuolla taittaessaan 1000 valovuoden matkan, vaikka astronautti itse tietää päässeensä perille.  Sukulaisetkin tietävät, jos hylkäävät tarkastelussa arkijärjen ja hyväksyvät suhteellisuuden.

[mistral]

Teoriat ei tällä hetkellä ennusta mitään keinoa rakentaa sipuleita sen jälkeen kun gravitaatio peittoaa degeneroituneen neutronikaasun paineen.  Tämän vuoksi teoriat sanovat, että tiettyä massaa suuremmat neutronitähdet romahtaa mustiksi aukoiksi, joissa tähden aine päätyy singulariteettiin. 

Siis näkökulma on nyt vapaasta avaruudesta käsin. Näin materia "jäätyy" horisontin pintaan, tämä lienee peruskauraa. Mutta nyt tulee sipulirakenne ja se syntyy kun miljoonien vuosien kuluessa tavaraa kertyy vanhan horisontin päälle jolloin jäätynyt kerros paksunee ja Schwartzildin säde kasvaa. Näin voidaan olettaa että pinnan alla olisi kerrosrakenne, ikäänkuin Loimaan savipatja joka on syntynyt hitaasti.

Mutta paikan päällä havaittuna ei tietenkään mitään kerrostumia näy, päinvastoin kaikki tavara syöksyy n. c nopeudella singulariteettia kohti.

Teoriat ei myöskään "mene äärettömään" horisontin pinnalla.  Omituista, jos lähteissänne ei ole näitä asioita selvitetty.

Tämä on vaan maalaisjärjellä tehty intuitiivinen johtopäätös, eli viivan alle tulee ääretön mikä pysäyttää ajan nopeuden nollaan.

[jussi_k_kojootti]

Menemättä avaruusmatkailun puolelle voisitko kertoa mitä ajattelet aineelle tapahtuvan, aineen itsensä näkökulmasta, kun sen aika on hidastunut niin että se = 0?

Ei aineen aika hidastu.  Kaikki kellot käyvät omassa koordinaatistossaan (siis "aineen itsensä näkökulmasta") ihan tasaisesti.