Некоторые чёрные дыры стирают прошлое путешественника, но открывают бесконечное количество вариантов будущего


    Хронологическое будущее для точки p

    Поведение малых возмущений гравитационного и электромагнитного полей внутри чёрной дыры — давний предмет исследований в Общей теории относительности (ОТО). Нам нужно очень точно знать, как затухают эти возмущения, чтобы продвинуться в понимании природы гравитации, от интерпретации данных зарегистрированных гравитационных волн до более фундаментальных вопросов — таких как детерминистический характер ОТО.

    Появление горизонта Коши в астрофизических применениях вычислений Эйнштейна сигнализирует о возможном нарушении детерминизма в рамках ОТО. Как известно, горизонт Коши ограничивает «область предсказуемости»: За горизонтом Коши однозначные предсказания ни в классической, ни в квантовой теории невозможны, поскольку часть необходимой информации приходит туда из других областей пространства-времени, не пересекающихся с начальной частичной поверхностью Коши.

    Другими словами, мы уже не можем предсказать будущее наблюдателя, который пересекает горизонт Коши, исходя из начальных условий до пересечения горизонта и уравнений Эйнштейна. Тем не менее, в контексте пространства-времени чёрной дыры (ЧД) можно ожидать, что возмущения внешней области могут бесконечно усиливаться, превращая горизонт Коши изнутри в сингулярность (конечная граница), за пределами которой уравнения поля перестают иметь смысл. Такое предположение обосновывается в гипотезе Пенроуза о принципе «космической цензуры».

    Пенроуз сформулировал принцип следующим образом: «Природа питает отвращение к голой сингулярности». Это значит, что сингулярности пространства-времени появляются в таких местах, которые, подобно внутренним областям чёрных дыр, скрыты от наблюдателей.

    Группа математиков из Калифорнийского университета в Беркли, Института теоретической физики «Периметр» (Канада), Института теоретической физики и Центра экстремальной материи и эмергентных феноменов из Утрехтского университета (Нидерланды) опубликовала научную работу, в которой объясняется, что принцип «космической цензуры» напрямую связан с тем, насколько сильно внешняя граница горизонта Коши подавляет возмущения гравитационного и электромагнитного полей. Анализ характера этих затуханий даёт возможность предположить, что происходит на внутренней границе горизонта Коши, где проявляется сингулярность — и что это означает для путешественника, который туда попадёт.

    Конкретно, учёные изучили безмассовые скалярные поля снаружи чёрных дыр в модели Рейснера – Нордстрёма для пространства де Ситтера, то есть для релятивистской космологической модели. Скорость их затухания определяется квазинормальными модами чёрной дыры. Разумеется, измерения физических характеристик за пределами горизонта событий осуществляется чисто математическими методами: «Ни один физик не сможет попасть в чёрную дыру и измерить её, — говорит Питер Хинц из Беркли, один из авторов научной работы. — Этот вопрос действительно можно изучать только математически, но он имеет физические, почти философские последствия. С этой точки зрения уравнения Эйнштейна становятся математически более интересными».

    Авторы научной работы идентифицировали три семейства мод в этих пространствах-временах. Одно семейство напрямую связано с фотонной сферой и хорошо описано. Второй тип мод своим существованием и временной шкалой тесно связан с горизонтом де Ситтера. Наконец, третье семейство доминирует в почти экстремально заряженных чёрных дырах — и оно также присутствует в асимптотически плоских вариантах пространства-времени.

    Авторы говорят, что два последних варианта мод как будто остались незамеченными в существующей литературе по физике чёрных дыр. Поэтому в своей работе они дали детальное описание скалярных возмущений таких ЧД и обоснование гипотезы, что принцип «космической цензуры» нарушается в варианте ЧД с заряжённостью, близкой к экстремальной.

    Что означает нарушение принципа «космической цензуры» в этих чёрных дырах? Это значит, что некоторые сингулярности могут быть доступны для внешнего наблюдателя — хотя и со странными последствиями для него.

    Согласно моделированию, при проникновении в такую теоретическую чёрную дыру наблюдатель не прекратит своё существование, а будет стёрто его прошлое. Кроме того, перед ним откроется потенциально бесконечное количество возможных вариантов будущего, как у владельца Меча вероятностей из фантастического романа «Шрам» Чайны Мьевиля.

    Наблюдатель никогда не сможет выйти из чёрной дыры и рассказать свою историю, но это не имеет значения, потому что никого из прошлого уже не будет существовать, как не будет и самого прошлого.

    Научная статья опубликована 17 января 2018 года в журнале Physical Review Letters (doi: 10.1103/PhysRevLett.120.031103, pdf).
    Поделиться публикацией
    Ой, у вас баннер убежал!

    Ну. И что?
    Реклама
    Комментарии 31
      +4
      Насчёт путешественника, невредимым попадающим за горизонт Коши, как-то сомнительно. Это скорее фигура речи. Ведь если туда попадёт неразмазанный и не затухший всеми своими физическими полями путешественник, он принесёт туда информацию из прошлого (с нашей поверхности Коши), таким образом причинность будет соблюдена. Следовательно это либо не горизонт Коши, либо путешественник туда не попадёт в добром здравии по причине какого-либо запрета. Путешественник конечно не состоит из безмассового скалярного поля, которое обсуждается в статье. Понятно, что поля со спином и массой Питер Хинц со товарищи не осилили, но ведь горизонт Коши он по идее общий для всех.
        0
        причинность будет соблюдена

        А почему она не должна быть соблюдена с точки зрения падающего туда наблюдателя? Тут они как раз говорят кажется очевидную вещь:
        Согласно моделированию, при проникновении в такую теоретическую чёрную дыру наблюдатель не прекратит своё существование, а будет стёрто его прошлое.

        Что уже с моей точки зрения означает ровно то что назад за горизонт он не выберется. Не понятна только фраза:
        Это значит, что некоторые сингулярности могут быть доступны для внешнего наблюдателя
        Здесь возможно весь смысл в слове «доступны» Т. е. предполагается что туда все же можно упасть. Ведь само по себе «размазывание» приливными силами информационный парадокс и не решало. Более того — для сверхмассивных чд приливные силы меньше и в теории можно не быть размазанным даже после пересечения горизонта.
          +1
          Что уже с моей точки зрения означает ровно то что назад за горизонт он не выберется.


          Нет, горизонт событий и горизонт Коши — это разные вещи. При пересечении горизонта событий для наблюдателя ничего не меняется, его прошлое никуда не девается. Более того, наблюдатель будет продолжать получать информацию из нашего мира, хотя назад ничего отправить не может.

          Горизонт Коши находится уже внутри ЧД.
            +2
            А почему она не должна быть соблюдена с точки зрения падающего туда наблюдателя?

            Потому что сам факт попадания наблюдателя за Горизонт Коши — есть передача информации. Например летите вы туда с больным зубом. Пересекли Коши, зуб по идее болеть уже не должен, т.к. прошлое стёрто. Что это как ни нарушение причинности. Да и вообще там “вы уже не вы“… и не наблюдатель вовсе… и вообще теперь вы "то, чего не может быть". Всё это означает (если подумать), что наблюдатель туда проникнуть не сможет.


            Статью не читала, но вероятно имеется ввиду, что вблизи горизонта Коши нет бесконечно больших гравитационный полей, уничтожающих всё.

              +1
              «Пересекли Коши, зуб по идее болеть уже не должен, т.к. прошлое стёрто.»
              Нет зуба (головы, человека), нет боли.

              Математически можно сказать, что вещество, из которого состоит наблюдатель сплющится таким образом, что его невозможно будет восстановить. То есть «потеря истории» для вещества.
              Но пользоваться фразой «ваше прошлое будет стерто», которое приводит к неправильным ассоциациям — IMHO Некорректно.
                0
                Спасибо за уточнение про горизонт Коши. Перевод видимо сильно «самостиен» и прочитав дважды, я так и не понял за какой горизонт что куда распространяется и кто куда попадает.
                Потому что сам факт попадания наблюдателя за Горизонт Коши — есть передача информации

                Я практически ничего не знаю о теориях строения чд, но прочитав про горизонт Коши, наконец понял (как мне кажется) о чем статья: в некоторых чд можно попасть за горизонт коши, несмотря на то что теории до статьи предсказывали невозможность этого, однако возникает новый парадокс со «стиранием» прошлого.
                Дальше мои измышления такие: в определении горизонта коши сказано не про прошлое а про невозможность предсказания будущего. А с таким определением проблем вроде как нет. В той же квантовой системе будущие тоже предсказывается только с вероятностью. Т е по сути в статье говорится простая вещь: да фиг его знает что будет с этим телом упавшим за горизонт Коши.
                Пересекли Коши, зуб по идее болеть уже не должен

                Вот тут есть такой вариант, что зуб продолжит болеть, но причину этого нельзя будет определить так как причин может быть более одной. Согласен что ситуация странная конечно, но если посмотреть на это с философской точки зрения, то иногда такое и в обычной жизни бывает — что то происходит а кто натворил не известно.
              +2
              Наблюдатель никогда не сможет выйти из чёрной дыры и рассказать свою историю, но это не имеет значения, потому что никого из прошлого уже не будет существовать, как не будет и самого прошлого.
              До какого момента уничтожится прошлое наблюдателя (до самого большого взрыва)? Прошлое наблюдателя снаружи точно останется.
                0

                При "стирании прошлого" возникает ещё один большой вопрос: а что с энтропией?

                  0
                  Откуда вообще возьмётся наблюдатель, если у него не будет прошлого? И после проникновения в ЧД у него появится новое прошлое в силу течения времени или потенциально бесконечное количество вариантов будущего никогда не реализуют себя в его настоящем?
                  +1
                  Согласно моделированию, при проникновении в такую теоретическую чёрную дыру наблюдатель не прекратит своё существование, а будет стёрто его прошлое. Кроме того, перед ним откроется потенциально бесконечное количество возможных вариантов будущего,

                  Не понял. А что это «потенциально бесконечное количество возможных вариантов будущего» ограничивает без стирания прошлого?
                    0
                    Может я чего не понял? Но наше будущее каждую долю секунды (квант времени?) становится нашим прошлым. Если нет прошлого (оно ж стирается), то нет и будущего. Ну или огромная масса вариантов будущего… А может будущего какое-нибудь запредельное количество и оно тогда перестаёт существовать? Не судите строго. Просто версии
                    0
                    Я не физик и даже не инженер но, один вопрос меня интересует. Если кто может, объясните пожалуйста, почему физик, попавший в ЧД, должен быть всенепременно размазан и разорван там? Я понимаю, что там действуют очень большие силы но, почему они должны именно разнести каждую клетку в разные стороны? Они вполне могут и всё тело физика переместить в любую точку ЧД, не разрывая и не размазывая его. Может, даже и не повреждая его. Ну по аналогии с шаговым напряжением из электротехники, чем больше шаг, т.е. расстояние между ногами, тем выше напряжение. Чтобы выйти из этого места целым и невредимым, нужно держать ноги как можно ближе друг к другу и прыгая к выходу. Почему в ЧД так же не будет?
                      +1
                      Потому что при достаточном приближении к ЧД «шаговое напряжение» уже на длине стопы будет таким, что разорвёт в клочья. А то и на расстоянии порядка размеров молекул.
                        0
                        Но почему именно разорвёт, а не скажем, сдавит? Ну, а если допустим, попало тело в центр ЧД. Там, как будут действовать силы? В разные стороны? В одну точку? Или взаимно уничтожаться, взаимно уравновешиваться? Как- то не убедительно… Ну не могут же все силы действовать хаотично. Они должны подчиняться какому- то одному закону. Скажем, одну клетку начали разрывать на молекулы, а соседняя клетка, её молекулы, куда тянуть? К ней уже летит молекула соседней клетки, значит, две молекулы в противоположных направлениях нужно двигать, а там ещё другие молекулы… Бардак получается… В таком бардаке, наверное, частицы тела физика не смогут далеко разлететься? Опять взад (С) вернутся. А учитывая эластичность биоматериала, наверное даже и не повреждений тела не будет?
                          0
                          ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A1%D0%BF%D0%B0%D0%B3%D0%B5%D1%82%D1%82%D0%B8%D1%84%D0%B8%D0%BA%D0%B0%D1%86%D0%B8%D1%8F
                          Не в разные стороны, в одну, но с большой разницей в ускорении
                            0
                            Как- то трудно понять это… Когда тело приближается к точке, где начинают действовать силы гравитации, которые начнут разгонять конкретную молекулу, этот разгон начнётся же не скачком? А постепенно. А т.к. все молекулы связаны между собой какой- то силой, которая в начале превышает силу, которая начинает разгонять одну молекулу, остальные молекулы тоже начнут разгоняться и каждая, проходя через ту же точку, где была предыдущая молекула, так же получит такое же ускорение, отличное от ускорения предыдущей молекулы на величину, меньшую, чем сила удерживающая сами молекулы до ускорения… Похоже, этим вопросом действительно нужно заниматься, обладая определённым уровнем знаний т. е. физиком. Электрику это не по зубам.
                              +1
                              Да нет, всё очень просто и наглядно. Представьте, что ваш корабль падает в ЧД. Ваши ноги уже прошли точки с ускорениями 10, 50, 100g, а голова ещё только при 1g. Ноги уже движутся со скоростью 10 000 м/с, а голова (пока ещё) со скоростью 1000 м/с. Все точки между ними имеют промежуточные значения скорости. Ой, вы стали длиннее на 10-20 километров, пока читали это! Кажется, вас распылило… Наша транспортная компания приносит свои искренние извинения за этот досадный инцидент. Надеемся, ваша страховка включала резервное копирование.
                                0
                                У меня не получается просто… Предположим моё тело это длинная цепочка шариков, в поперечнике одна молекула. Эта цепочка движется к ЧД и по направлению вектора гравитации. В какой- то момент первая молекула начала испытывать ускорение и по- фигу, 10 g или 100 g важно, что это ускорение начинается плавно, а не мгновенно. Так вот, хотим мы этого или не хотим но, вторая молекула, хоть и не достигла точки ускорения за счёт своих сил связи между молекулами, тоже начнёт ускоряться. А за ней 3, и 4 и все остальные. Вот как вы их хотите разогнать с разными величинами g? Или вы считаете, что там, в ЧД, точка в которой начинается ускорение, есть столь мала что в ней может уместиться только одна молекула? А следующая точка по маршруту, лежит на удалении тоже в одну молекулу но, в этой точке действует сила уже скажем в 10 g? В 3 точке, тоже на удалении в одну молекулу, действует сила уже в 100 g. Я правильно понимаю Вас? Или же всё- таки разгон между точками не скачкообразный, а с каким- то диапазоном по расстоянию?
                                  0
                                  Перейдите в систему отчета, связанную со своим центром масс, и увидите, что ноги тянет в одну сторону, а голову — в другую.
                                    +1
                                    Вы путаете скорость и ускорение. Ускорение нарастает плавно, но это ускорение! То есть молекула не просто «летит всё быстрее и быстрее», а «ускоряется всё сильнее и сильнее». Пока первую молекулу притягивает с 10g, а вторую с 9g, всё нормально, они летят вместе, за счёт межмолекулярного притяжения. Когда ускорения получаются 30g и 20g, они ещё вместе, но уже на пределе. А когда на первую молекулу начинает действовать 1000g, а на вторую 100g, сил притяжения уже недостаточно, молекулы отрываются друг от друга.

                                    P.S. Под фразой «притягивает с ускорением 10g» я имел в виду, что на молекулу действует сила притяжения, равная 10mg, где m — масса молекулы.
                          0
                          Мне когда-то попадалось примерно такое описание на пальцах: градиент гравитационного поля — это когда в месте, где летит ваша голова, ускорение свободного падения 1g, а там, где ноги — 100g, и вам больше с ними не по пути, слишком уж разные параметры орбит вокруг ЧД. Ближе к центру пространство ещё кривее, градиент сильнее, чем с краю, а кусочки, которые могут оставаться связными — мельче.
                            0
                            Гравитационное поле — это искривление пространства-времени. Почему физика в градиенте гравитационного поля не может растянуть (искривить) вместе с окружающим пространством-временем без нарушения целостности? Я имею в виду, объект разваливается на кусочки при увеличении размера до некоторой критической величины, но ведь размер надо измерять относительно самого объекта, а он в сильном гравитационном поле…
                          –5

                          "чтобы продвинуться в понимании природы гравитации, от интерпретации данных зарегистрированных гравитационных волн до более фундаментальных вопросов"


                          Правильно, с интерпретации гравволн следует и начать.
                          У нас что колеблется в гравволнах — пустота или среда? Колебательные движения совершает среда, или пространство-время, обладающее свойствами среды. Или энергетически плотный вакуум, всё равно обладающий свойствами среды. Пустота не колеблется, не искривляется и не расширяется. Только физическая среда способна влиять на физические тела — раздвигать кластеры при космологическом расширении и сообщать колебательные движения телам, попавшим в гравволны. В частности, вызывать движение зеркал в гравитационных интерферометрах.
                          Такое естественное понимание гравволн буквально "тычет носом" физиков в искомое ими понимание природы гравитации. Ну если колебательное движение тел в гравволнах есть следствие колебательного движения среды — пространства-времени, то и ускоренное поступательное движение тел в гравполе есть следствие ускоренного поступательного движения среды к источнику гравполя — к массивному телу, например, к Земле. Всё просто, возражений нет (неудовольствие и минусы не в счёт).


                          Понимаю, сразу возникают сложности с объяснениями — что вызывает ускоренное движение пространства/среды к массивным телам? Если его поглощение материей тел, то куда оно в ней девается? Это же придётся вводить новую сущность — особое пятое измерение, в которое сбрасываются кванты поглощённого пространства. Да, придётся, если есть желание выйти на квантовое описание природы гравитации. И заодно описать природу, тоже квантовую, тёмной энергии. Ведь космологическое расширение пространства/среды логичнее всего объяснить постоянным и повсеместным поступлением в него его новых квантов, источником которых служит пятое измерение. Чем является пятое измерение — это более фундаментальный вопрос. Но приблизительный ответ на него есть в моей первой публикации.

                            0
                            Обоснуйте со ссылками на научные статьи свои основные утверждения, что «пустота не колеблется» и «пустота не может влиять на материальные объекты». Пока что у вас аргументация уровня детского сада: «… электричества не существует, я заглянул в розетку и ничего там не было, а невидимых вещей не бывает».

                            Вот вам наглядный пример «колебаний пустоты», которые влияют: представьте себе мир, где значение скорости света в вакууме или константы Пи не фиксированы, и форма их их изменения может быть градиентной, волновой или даже дискретной. Вы сможете их измерить по изменению поведения тел в разных точках мира. С гравитацией примерно так же.
                              +2

                              Не стоит ввязываться.

                                0
                                Да нет, это не тролль, гражданин искренне считает себя творцом «интуитивно понятной теории всего без цифр», так как не понимает каких-то элементарных базовых предпосылок физики. Типа того, что пространство и вакуум совершенно не синонимы. А раз он заблуждается искренне, я надеюсь, что однажды он поймёт, что его интуиция просто формирует неверное мироощущение, исходя из ложных посылок. И тогда он перестанет под каждым околофизическим текстом строчить эти простыни сюрреалистического словоизвержения…
                                  –2

                                  Поскольку ни у кого из физиков возражений нет, отвечу вам, архитектору. Спасибо вам за искреннее выражение своего мнения о моих искренних заблуждениях. Только мнение ваше ошибочное. И вас недаром предупредили: не стоит ввязываться. Вам поставили +1, а предупредившему +2 не за убедительное опровержение моих утверждений, а за проявленную верность местной секте догматической физики. Её образуют люди, которые считают, что пока в физике нет новых открытий, признанных научным сообществом, то следует пресекать философские рассуждения дилетантов, стремящихся их выразить на качественном уровне.
                                  Я считаю иначе, поэтому, лишённый возможности отвечать оперативно, "под каждым околофизическим текстом строчу эти простыни". И однажды вы поймёте, что их смысл совпадает с очередным научным открытием, которое здесь опубликуют.


                                  "пространство и вакуум совершенно не синонимы"


                                  Синонимы — это слова с одинаковым смыслом. Разные понятия могут быть тождественны в общей для них области. Я их и использую в такой области, рассуждая о гравитации. Хотите возразить по существу — цитируйте моё выражение и опровергайте, а не придумывайте ему аналогию. Но лучше берите пример с физиков-ортодоксов — не ввязывайтесь. Одной искренности для возражений не достаточно.

                            0
                            я боюсь, что 99,99 % чёрных дыр попросту стирают путешественника.
                              –2
                              По-моему, они доказали очевидную вещь: наблюдатель, попав в ЧД, не может вернуться обратно и поэтому не может взаимодействовать ни с чем из предыдущей истории; прежней истории для него нет. У него новая история.

                              А поскольку в новом мире у него нет прежней истории, то его будущее там ничем предыдущим не определено. Поэтому для него возможно всё, что там в принципе возможно.
                                0
                                Поскольку ЧД покидает только излучение Хокига, то будущее наблюдателя будет ярким, но крайне однообразным. Лет через несколько миллионов.
                                  –2
                                  Согласно моделированию, при проникновении в такую теоретическую чёрную дыру наблюдатель не прекратит своё существование, а будет стёрто его прошлое.

                                  Это утверждение напоминает о теории кармического перерождения. Каждый раз, когда «человек» рождается заново, он ничего не помнит о своих прошлых жизнях. Вообще, не секрет, что большинство американских ученых исповедуют буддизм, но дело даже не в этом.
                                  Хотелось бы поинтересоваться, кто проникает в черную дыру? Очевидно ведь, что плотную тушку дотащить до туда невозможно никакими средствами.

                                  Только полноправные пользователи могут оставлять комментарии. Войдите, пожалуйста.

                                  Самое читаемое