Популярные заблуждения

[Dmitry67]

Участвуя на physicsforums, я составил список популярных заблуждений, которые возникают с завидной частотой.

Популярные заблуждения:

Черные дыры
При падении в черную дыру приливные силы разрывают космонавта при приближении к горизонту
Отнюдь: приливные силы велики лишь у маленьких черных дыр. В сверхбольшую черную дыру можно попасть, не заметив этого

Для создания черной дыры материю надо сжать до чудовищной плотности
Не всегда: радиус Шварцшильда пропорционален массе, а масса тела – при постоянной плотности – пропорциональна кубу радиуса. Поэтому черную дыру можно соорудить из любого материала постоянной плотности: воды, пуха и даже межгаллактического газа. Надо просто взять очень большой объем этого материала – сжимать его не нужно

При пересечении горизонта событий происходит чтото особенное
Не верьте Голливуду: в момент пересечения горизхонта событий с кораблем ничего не произойдет. Вы можете и не заметить этот момент

Нельзя сказать, что черные дыры существуют: ведь при приближении к горизонту событий время ‘замедляется', так что наблюдатель так никогда и не пересечет горизонт
Отнюдь: ‘замедление’ времени лишь оптический эффект: сигналы от самоубийцы приходят с все более и более длинными интервалами, так что вскоре они перестают приходить вовсе. По часам падающего в черную дыру самоубийцы проходит не так много времени.

Так как время замедляется до бесконечности, то падающий в черную дыру наблюдатель увидит все будущую историю Вселенной
Нет, так как самоубийца падает в черную дыру так быстро, что не всякий свет успевает его нагнать за время падения в дыру.

В черной дыре пространство и время меняется местами
Да и нет: в таких координатных системах удобно работать. Но опять таки, для наблюдателя внутри черной дыры все будетвыглядеть совершенно нормальным.


Большой взрыв
Теория Большого Взрыва (Big Bang - BB) занимается Большим Взрывом.
Увы. Она занимается лишь тем, что случилось ПОСЛЕ него. В частности, она НЕ отвечает на вопросы: ‘почему он случился’? И 'что было до BB'

BB был взрывом
Нет, Взрыв есть расширение вещества под большим давлением наружу, в 'пустоту'. Однако вся Вселенная была заполнена веществом равномерно, так что никаких перепадов давления не было

Чудовищное давление сжатой материи привело к расширению Вселенной
Нет, так как не было перепада давления. Напротив, как ни странно, большое давление тормозило расширение (особенность ОТО)

'Когда то вся материя во вселенной была сжата в одну точку'.
Это неправда. Есть два сценария: если вселенная бесконечна, то она бесконечной была всегда, лишь все более и более плотной. Если Вселенная замкнута, то было время когда ее объем был очень мал. Тем не менее, все точки во вселенной были равноправны. Существующие экспериментальные данные не дают возможности предпочесть какой то сценарий сейчас, однако в любом случае BB не 'случился' в какой либо определенной точке – он случился везде.

Вся материя, которую мы наблюдаем, сущестовала в момент большого взрыва.
Не вся. Как ни странно, в Космологии не действует закон сохранения энергии и массы. При увеличении ‘размера’ Вселенной в 10 раз плотность не падает, как следует ожидать, в 1000 раз. Плотность излучения падает быстрее, в 10000 раз, а плотность темной материи может остаться постоянной или даже вырасти.

‘Далекие галактики и квазары удаляются от нас'.
Правильнее сказать, между нами и ими становится все больше и больше пространства. Расширение Вселенной не может рассматриваться с точки зрения СТО (то есть может, но дает неправильные результаты). В частности, несмотря на то, что вселенной окол 14 миллиардов лет, самые далекие объекты находятся дальше 60 миллиардов световых лет. Это просиходит потому, что в Общей Теории Относительности сверхсветовые скорости для удаленных объектов возможны.

[Flash-04]

В черной дыре пространство и время меняется местами
Да и нет: в таких координатных системах удобно работать. Но опять таки, для наблюдателя внутри черногй дыры все будетвыглядеть совершенно нормальным.

насколько я помню, этот прием был придуман чтобы объяснить особое поведение материальных точек - невозможно в принципе стоять на одном месте (даже прикладывая бесконечную силу).

Так как время замедляется до бесконечности, то падающий в черную дыру наблюдатель увидит все будущую историю Вселенной
Нет, так как самоубийца падает в черную дыру так быстро, что не всякий свет успевает его нагнать за время падения в дыру.

это как? теоретически так и будет, хотя практические проблемы с наблюдением будут. свет таки нагонит наблюдателя

[Dmitry67]

В черной дыре пространство и время меняется местами
Да и нет: в таких координатных системах удобно работать. Но опять таки, для наблюдателя внутри черногй дыры все будетвыглядеть совершенно нормальным.

насколько я помню, этот прием был придуман чтобы объяснить особое поведение материальных точек - невозможно в принципе стоять на одном месте (даже прикладывая бесконечную силу).

имеются в виду подобные картинки
Они ОЧЕНЬ полезны поскольку позволяют ответить (Графически) на почти все вопросы о черных дырах:

http://www.valdostamuseum.org/hamsmith/DFblackIn.gif
http://www.illc.uva.nl/~seop/entries/sp ... one-bh.gif
http://www.orbiter-forum.com/gallery/da ... ration.jpg

в них песочные часы, символизирующие световые конусы, 'ложатся на бок', так что сингулярность оказывается не точкой в пространстве, а моментом в будущем. Соответственно, для космонтавта внутри черной дыры вопрос о том, как не попать в сингулярность, звучит подобно 'как измегнуть с встречей с моментом времени сегодня 5pm'

[Dmitry67]

Так как время замедляется до бесконечности, то падающий в черную дыру наблюдатель увидит все будущую историю Вселенной
Нет, так как самоубийца падает в черную дыру так быстро, что не всякий свет успевает его нагнать за время падения в дыру.

это как? теоретически так и будет, хотя практические проблемы с наблюдением будут. свет таки нагонит наблюдателя

Предположим что мы находимся совсем рядом с черной дырой
Я прыгаю туда и через 1 мин мое изображение тускнет, так как я слишком близко к горизонту

По моим часам я долечу до горизонта еще быстрее, а потом несколько секунд или десятков секунд - и конец.
Если я обернусь и буду смотреть на корабль, где установлено табло с часами, то я увижу как идет время - но недолго. Свет, испущенный через скажем две минуты после моего прыжка меня уже не достигнет: это свет дойдет до сингулярности, но я к этому моменту уже 'разобьюсь' о сигнулярность

[Flash-04]

действительно так, хотя и парадоксально!
http://ufn.ru/ufn09/ufn09_3/Russian/r093d.pdf

интересное замечание, что во внутренних координатах, сингулярность оказывается пространтсвенно подобна и её невозможно увидеть, пока не столкнешься с ней.
но там есть и "ложка дегтю": во заряженной или вращающейся ЧД есть второй горизонт "горизонт Коши" который и даст возможность увидеть все будущее Вселенной

[Dmitry67]

Со вторым горизонтом связана одна из нерешенных проблем. Внутри второго горизонта пространста и время 'снова меняются местами'. Там вы уже можете крутится вокруг кольцевой сингулярности (Она обычная, то есть просто колечко ) Вырваться из внутреннего горизонта уже не получится.

Но: то же самое верно для всей остальной материи и излучения. Поэтому, если дыра не абстрактная (сферическая в вакууме ) а с материей, то все излучение скапливается у второго горизонта в тщетной попытке вырваться наружу. Плотность такого излучения у этого горизонтса становится бесконечной. Это остановленное излучение назвается 'blue sheet' и может испепелить космонавта

Однако, по многим расчетам выходит, что хоть blue sheet бесконечно плотный и бесконечно горячий, он еще и бесконечно тонкий (so called 'weak' singularity) и через нее можно пройти не умерев!

Однако, бесконечная плотность излучения не может не воздействовать на кризивзну пространства времени, делая решение Керра неточным. Так что сейчас нет точного ответа на вопрос, что происходит во вращающихся черных дырах (а они все быстро вращаются)

Наконец, еще более интересный вопрос сами кольца - вокруг них возникают замкнутые петли времени... Это вообще чтото

[Flash-04]

т.е. получаются довольно противоречивые решения, что ставит под сомнение их реализуемость

[Dmitry67]

Вторая нерешенная прогблема Черных дыр - это проблема их экстремальности. Есть предел момента вращения, который может иметь черная дыра. Если этот предел превозойден, то дыра становится 'super extreme', горизонты исчезают и сингулярность обнажается 'naked singularity'. Соотвественно, нарушается 'принцип цензуры' и все эти замкнутые временные петли становятся видимыми воочию

Может ли черная дыра стать супереэкстемальной? Есть данные что большинство галактических дыр имеют момент равный по крайней мере 99% от предельного. Допустим, мы будем бросать в дыру камушки под нужным углом, подкручивая ее дополнительно. Что будет?

Аналитического решения данной задачи не существуют

Симуляции дают разный ответ: от ДА, такую дыру можно создать до НЕТ, экстремальная черная дыра начинает 'отвергать' (отбрасывать) предметы, момент которых привет к исчезновению горизонтов.

[Flash-04]

как это "решения не существует", они как раз правильные в рамках теории и дают эти "голые сингулярности"

[Dmitry67]

как это "решения не существует", они как раз правильные в рамках теории и дают эти "голые сингулярности"

Имеется в виду доказательство, что ни при каких начальных условиях экстремальной BH не добавить момента
Это слишком сложно уже для 1 черной дыры и одного добавочного тела.
А речь может идти и о N телах, и о передаче момента путем допустим свечения в ЧД поляризованного света с полюса

Я хотел бы верить что голые сингулярности существуют (хотя Хокинг со мной не согласен )
Во всяком случае версия о хитрых черных дырах, отбрасывающих некоторые тела мне кажется маловероятной

[vaduz]

‘Далекие галактики и квазары удаляются от нас'.
Правильнее сказать, между нами и ими становится все больше и больше пространства. Расширение Вселенной не может рассматриваться с точки зрения СТО (то есть может, но дает неправильные результаты). В частности, несмотря на то, что вселенной окол 14 миллиардов лет, самые далекие объекты находятся дальше 60 миллиардов световых лет. Это просиходит потому, что в Общей Теории Относительности сверхсветовые скорости для удаленных объектов возможны.

Нечетко сформулировано.
На самом деле, мы скорее всего никогда не узнаем, где они находятся, потому как они уйдут или уже ушли из видимой нам части вселенной.
Естественно, в модели равномерно или равноускоренно расширяющейся вселенной и если постоянная Хаббла соответствует действительности.

[Dmitry67]

Да, понятие 'где они находятся сейчас' действительно нечетко, скорее 'сейчас экстраполируя их движение по тому< что мы знаем'

Ну и в такой модели мы рано или поздно увидим очень далекие объекты
Однако мы знаем, что расширение ускоряется. В такой ситуации есть объекты, которые мы НИКОГДА не увидим - они скрыты так называемыми космологическими горизонтами

Интересно, что эти горизонты излучают излучение Хокинга (как и черные дыры), поэтому такая вселенная никогда не охладится до нуля, а достигнет температуры порядка 10^-33K

[vaduz]

Ну и в такой модели мы рано или поздно увидим очень далекие объекты

О! Еще одно заблуждение...

[Dmitry67]

Без космологической константы? Должны увидеть, а почему нет
Другое дело что она есть...

[vaduz]

Без космологической константы? Должны увидеть, а почему нет
Другое дело что она есть...

Если даже расширение равномерное, то расстояние между нами и удаленными об'ектами увеличивается, а значит со временем они удаляются все быстрее. Т.е. oб'екты уходят за расстояние Hubbla и становятся невидимыми.
Поскольку расширение ускоряется, то исчезнут они даже быстрее.

[Dmitry67]

неа

ЧТо по вашему 'расстояние хабла'?

[vaduz]

неа

Ну, излагайте.

ЧТо по вашему 'расстояние хабла'?

Hubble length
The Hubble length is a unit of distance in cosmology, defined as c / H0—the speed of light multiplied by the Hubble time. It is equivalent to 4228 million parsecs or 13.8 billion light years. (The numerical value of the Hubble length in light years is, by definition, equal to that of the Hubble time in years.)

[Dmitry67]

Стер отсебятину, вот Вика Педиевна:

http://en.wikipedia.org/wiki/Inflation_(cosmology)

In the standard hot big bang model, without inflation, the cosmological horizon moves out, bringing new regions into view. As we see these regions for the first time, they look no different from any other region of space we have already seen: they have a background radiation which is at nearly the exact same temperature as the background radiation of other regions, and their space-time curvature is evolving lock-step with ours.

A space with a cosmological constant is qualitatively different: instead of moving outward, the cosmological horizon stays put, for any one observer, the distance to the cosmological horizon is constant. Space is expanding exponentially, two nearby observers very quickly separate so far so fast that they can no longer communicate. In the global point of view, the spatial slices are expanding very fast to cover huge volumes. In the local point of view, things are constantly falling into the cosmological horizon, which is a fixed distance away, and everything becomes homogeneous very quickly

[vaduz]

In the model without inflation...

Я говорил как раз про inflation model: Если даже расширение равномерное...

[Dmitry67]

Давайте предположим что вселенная замкнута и имеет вид гиперсферы. (если она не замкнута то рассуждения сложнее)
Пометим две точки на сфере. Сфера расширяется. Однако угловое расстояние между точками будет одно и то же
При большом радуисе сферы увеличение расстояния между точками может быть больше скорости света

Теперь пустим свет от одной точке к другой. Свет будет иметь угловую скорость c/r и рано или поздно достигнет друго галактики, даже если r увеличивается.

[vaduz]

Теперь пустим свет от одной точке к другой. Свет будет иметь угловую скорость c/r и рано или поздно достигнет друго галактики, даже если r увеличивается.

Это было бы так, если бы радиус гиперсферы r увеличивался линейно.
Однако условие постоянства константы Хаббла во времени означает
экспоненциальное изменение r.
А это в свою очередь означает наличие границы (C/H) дальше которой свет не пойдет.

[Dmitry67]

Вот мы уже наполовину согласились

Экспоненциальное расширение действительно приводит к появлению горизонтов
Но оно происходит только при наличии космологической постоянной

ПРи 'классическом' расширении расширение линейное
hint: постоянная Хаббла - не постоянная, H=1/t, где t - время от BB

http://en.wikipedia.org/wiki/Hubble's_law
as the Hubble "constant" is not constant at all, but varies with time in a manner dictated by the choice of cosmological model, the radius of the Hubble sphere may increase or decrease over various time intervals. The subscript '0' indicates the value of the Hubble constant today

[picachu]

... в Общей Теории Относительности сверхсветовые скорости для удаленных объектов возможны.

Можно подробнее об этом?

[Dmitry67]

... в Общей Теории Относительности сверхсветовые скорости для удаленных объектов возможны.

Можно подробнее об этом?

В общей теории относительности (ОТО по русски = GR - General Relativity) все системы отсчета эквиваленты: все, а не только инерциальные
То есть в GR корректно считать, что Земля покоится, а СОлнце и звезды вращаются вокруг нее. Для рассчета это очень сложно и неудобно, но результат будет тот же.

В частности, далекие звезды, описывая поный круг каждый день, описывают огромные траектории. Да и вы можете обернуться вокруг оси, обернув вокруг себя всю вселенную с самыми далекими квазарами

Однако в GR все ЛОКАЛЬНЫЕ скорости <=c, то есть вы можете увидеть что ктото движется быстрее света далеко от вас, но не рядом. Это верно также для всех наблюдателей во всех точках. Поэтому никаких парадоксов изза таких сверхсветовых скоростей не возникает.

Следует однако понимать условность понятия расстояния (и значит скорости как изменения расстояния) для далеких объектов. В неевклидовом пространстве времени как правило можно предложить много способов определения расстояния, и они будут давать разный результат

Это одна из причин почему астрономы избегают говорить о расстояних до очень далеких объектов< ограничиваясь величиной z (красное смещение)

[venco]

Это одна из причин почему астрономы избегают говорить о расстояних до очень далеких объектов< ограничиваясь величиной z (красное смещение)

А я думал, это потому, что красное смещение они померяли, а расстояние - вычислили, предположив неизменность этого смещения.