Horyzont zdarzeń czarnej dziury - fakty i mity

[dokowski]

W bardzo wielu książkach i publikacjach znanych i szanowanych autorów pojawia
się bardzo uproszczony i wprowadzający w błąd obraz czarnej dziury i jej
horyzontu zdarzeń. Kiedy czytam niektóre kawałki, to widzę oczyma duszy jak
jednoroczniak Marek (ten ze "Szwejka") tłumaczy jakiemuś kapralowi, jak to
bardzo niebezpieczne jest dla okrętu przypływanie przez koło podbiegunowe.

Nie będę przytaczał autorów ani bredni, które wypisują, bo nie chcę stać się
znów celem ataków obrońców autorytetów, zamiast tego zaproponuję dyskusję
czysto merytoryczną, taką wymianę wyobrażeń na temat horyzontu zdarzeń i jego
okolic.

Aby ułatwić sobie dyskusję i kształtowanie intuicji proponuję od razu dużą
skalę. Wyobraźmy sobie, że w centrum pobliskiej gromady galaktyk, zasłoniętej
przez jądro naszej Galaktyki, gdzieś tam gdzie jest słynny Wielki Atraktor,
znajduje więc wielka czarna dziura, taka której "średnica" (horyzontu
zdarzeń) znacznie przekracza średnicę naszej Galaktyki.

Czy macie wyobrażenie o tym, jak silne pole grawitacyjne występuje w okolicy
horyzontu zdarzeń takiej czarnej dziury?

Wyobraź sobie, kochanie ty moje, że jesteś nieśmiertelny(a) i masz do
dyspozycji statek kosmiczny przyszłości z dostępem do nieograniczonych
zapasów paliwa i wielu stacji remontowych na trasie pomiędzy Galaktyką a
Wielkim Atraktorem. O ile wiem, Galaktyka jest satelitą Wielkiego Atraktora,
więc nie musimy się martwić kosmiczną ekspoansją, mamy mnóstwo czasu, żeby
tam wiele razy polecieć i wrócić.

Jak myślicie, co zobaczycie podczas podróży do Wielkiego Atraktora i z
powrotem? Czy zobaczycie horyzont zdarzeń? Czy, kiedy i w jaki sposób realnie
odczujecie bliskość horyzontu zdarzeń?

Czy wiecie, że możecie w pewnym sensie wlecieć pod horyzont zdarzeń i wrócić
na Ziemię?

Dokowski, żeby zwrócić Ci honor...

[t0g]

...przynajmniej czesciowo, donosze, iż dziś dostałem w poczcie nowy numer
(kwietniowy) Scientific American i od razu znalazlem tam błąd.

Mianowicie, jest tam artykuł o niedawno odkrytym nadprzewodnictwie w MgB2. Do
artykułu dołaczono "box", w ktorym jest na temat przewodnictwa zwykłych,
nie-nadprzewodzacych metali. I stoi tam, że ich opornosc jest spowodowana
"defektami i niedoskonałosciami sieci krystalicznej".

Jest to wciskanie kitu, albowiem defekty i niedoskonałosci sieci istotnie moga
prowadzic do zwiększenia opornosci - ale każdy fizyk od ciała stałego wie, iż
ZASADNICZYM mechanizmem odpowiedzialnym za opornosc elektryczną jest
rozpraszanie nosników na fononach, czyli kwantach kolektywnych drgań termicnych
sieci. Z tego, co oni napisali, niezorientowany czytelnik wyciagnie wniosek, ze
kryształy DOSKONAŁE nie powinny mieć oporu! A byłby to wniosek kompletnie mylny.

Kilka numerow wczesniej byl artykul o kryptografii kwantowej. Stwierdzonow nim,
ze jak na drodze spolaryzowanej wiazki światła postawic polaryzator odkrecony o
45 stopni, to prawdopodobieństwa przejscia fotonu lub jego zaabsorbowania
wynoszą 50% każde, wiec nie mozna przwidziec, czy foton przejdzie, czy nie. To
akurat prawda. Ale dalej stwierdzono, ze wynika to "z zasady nieoznaczonoci
Heisenberga". A to juz bzdura. Zasada Heisenberga akurat nic do tego nie ma.
Prawidłowe wyjasnienie jest takie, że przy takim ustawieniu polaryzatora foton
znajduje sie w stanie superpozycyjnym bedacym kombinacja liniowa dwóch
eigenstanow w równych proporcjach. A mechanika kwantowa uczy, ze w wyniku
pomiaru mozna zaobserwowac jedynie "czyste" eigenstany - wiec stąd owe 50%
szansy, nie tam z żadnego Heisenberga.

Zatem ja przyznaje, ze "Scientific American" nie jest źródłem "niepokalanej
wiedzy" i dezinformacja tam się zdarza.

Szkoda, że nie na temat

[dokowski]

Czy naprawdę nikt na tym forum nie potrafi sobie wyobrazić horyzontu zdarzeń
czarnej dziury? Może więc powinienem zacząć od definicji i wstępnego opisu?

Trudno, więc ułatwię to Wam

[dokowski]

dokowski napisał:

> Czy macie wyobrażenie o tym, jak silne pole grawitacyjne występuje w okolicy
> horyzontu zdarzeń takiej czarnej dziury?

Jest bardzo słabiutkie.

> Wyobraź sobie, kochanie ty moje, że jesteś nieśmiertelny(a) i masz do
> dyspozycji statek kosmiczny

Możesz sobie spokojnie latać w okolicy bez obawy, że grawitacja Cię ściągnie

> Jak myślicie, co zobaczycie podczas podróży do Wielkiego Atraktora i z
> powrotem? Czy zobaczycie horyzont zdarzeń? Czy, kiedy i w jaki sposób realnie
> odczujecie bliskość horyzontu zdarzeń?

Nie znajdziecie tam żadnego horyzontu zdarzeń.

> Czy wiecie, że możecie w pewnym sensie wlecieć pod horyzont zdarzeń i wrócić
> na Ziemię?

Czy już zaczynacie rozumieć?

[w_r_e_d_n_y]

dokowski napisał:

> > Czy macie wyobrażenie o tym, jak silne pole grawitacyjne występuje w okol
> icy horyzontu zdarzeń takiej czarnej dziury?
>
> Jest bardzo słabiutkie.

a ta "okolica" to jak rozlegla ?

> Możesz sobie spokojnie latać w okolicy bez obawy, że grawitacja Cię ściągnie

racja - od urodzenia latam w okolicy Jowisza i mnie jeszcze nie sciagnal

> > Czy wiecie, że możecie w pewnym sensie wlecieć pod horyzont zdarzeń i wró
> cić na Ziemię?

tak,ale tylko "w pewnym sensie"

> Czy już zaczynacie rozumieć?

zaczynam rozumiec,ale pojac jeszcze nie potrafie

[w_r_e_d_n_y]

dokowski napisał:

dokowski sam odpowiada !

to chociaz rozumiem - tez czasami musze pic do lustra

Chyba jednak wiecie, to dobrze.

[dokowski]

dokowski napisał:

> Czy wiecie, że możecie w pewnym sensie wlecieć pod horyzont zdarzeń i wrócić
> na Ziemię?

Bo tylu popularyzatorów fizyki pisało kiedyś bzdury o czarnych dziurach, o
nieskończonym polu grawitacyjnym pod horyzontem zdarzeń, o statkach
kosmicznych, które, gdyby nawet udało im się przeżyć i wlecieć pod horyzont, to
w żaden sposób już nie będą mogli wrócić z powrotem i wiele innych. Cieszę się,
że wśród tutejszych forumowiczów nie ma wierzących w takie mity.

[Gość: gosc]

Dr Pająk mieszkający w Australii(nie tylko on)studiując stare konstrukcje i
rysunki dokonał nie tylko poznania konstrukcji urządzenia alarmowego
wykrywającego z wyprzedzeniem trzesienia ziemi(urządzenie oparte o nowy rodzaj
fal nieinercyjnych)ale także skonstuował proste urządzenie którego replikę
można wykonać we własnym zakresie.Urzadzenie to umożliwia łatwe zobaczenie
horyzontu masywnej czarnej dziury.Obserwacje najlepiej prowadzić w nocy.

[Gość: gosc]

Gość portalu: gosc napisał(a): Tekst był napisany 1 kwietnia na primaaprilis w
oparciu o materiały własne i internetowe.

[Gość: jer]

Ja jednak nie wiem. Jak może statek kosmiczny, o niewyczerpalnych nawet
zapasach paliwa, uciec spod horyzontu zdarzeń czarnej dziury? To ja poproszę
jednak o definicję horyzontu zdarzeń.

Nie mówię o uciekaniu, to nie jest termin fizyczny

[dokowski]

Gość portalu: jer napisał(a):

> uciec spod horyzontu zdarzeń czarnej dziury?

Napisałem tylko o powrocie na Ziemię

> To ja poproszę jednak o definicję horyzontu zdarzeń.

Najprostsza definicja horyzontu zdarzeń mówi, że jest ta "powierzchnia" wokół
czarnej dziury, z której jeżeli wystrzelimy coś pionowo w górę to, to coś w
końcu spadnie na nas z powrotem niezależnie od tego z jaką prędkością to
wystrzelimy. Jeżeli spod horyzontu zdarzeń zaświecimy światłem pionowo w górę,
to światło to spadnie na nas z powrotem. Ten horyzont zdarzeń nazwę Horyzontem
Zdarzeń.

Jednak ciekawsza jest definicja horyzontu zdarzeń dla obserwatora zewnętrznego.
Dla niego horyzontem zdarzeń jest "powierzchnia" położona pod (za) Horyzontem
Zdarzeń, jest to powierzchnia, której nie może obserwować, bo światło z tej
powierzchni do niego nie dociera.

Jednak statek kosmiczny z własnym napędem może wlecieć pod Horyzont Zdarzeń, a
nawet pod ziemski horyzont zdarzeń, i wrócić

To jest termin fizyczny.

[jeroh]

Myślałem, że się zorientujesz, że pisząc "może uciec" mam na myśli "może
osiągnąć prędkość ucieczki" (tak się mówi).
W każdym razie masz rację, mimo że statek kosmiczny nie może osiągnąć prędkości
ucieczki pod HZ czarnej dziury (nawet gdyby miał nieskończone zasoby energii -
uwaga dla Walgierza) to może sobie lecieć, gdzie chce, na przykład na Ziemię. I
rzeczywiście zadziwiające, jeżeli znani naukowcy popularyzujący fizykę i
kosmologię przedstawiają opisy, z których wynika co innego. Tylko co będzie z
czasem, gdy statek się już wynurzy? Dla obserwatora z zewnątrz minęła
wieczność, prawda?

[Gość: guess]

Ten temat był chyba wałkowany w latach sześćdziesiątych i siedemdziesiątych w
literaturze fantastyczno naukowej.Nie wiem dokładnie o co tam chodziło-czy o to
że wlatując do jednego końca czarnej dziury można wylecieć drugim końcem czy o
tunelowanie podobne jak na barierach potencjału i cząsteczkach czy wręcz o
tunel który może otworzyć się w jakimś pobliżu czarnej dziury?

Nieskończoność oznacza osobliwość

[dokowski]

jeroh napisał:

> Dla obserwatora z zewnątrz minęła wieczność, prawda?

Z jakiego "zewnątrz"? Nie ma czegoś takiego, chyba że w nieskończoności. To po
pierwsze. A po drugie, jeżeli w OTW pojawia się nieskończoność, to znaczy, że
mamy do czynienia z osobliwością teorii, czyli z błędem wynikającym z braku
uwzględnienia efektów kwantowych

[Gość: jer]

> Z jakiego "zewnątrz"? Nie ma czegoś takiego, chyba że w nieskończoności. To
po
> pierwsze.
Z zewnątrz horyzontu zdarzeń.

> A po drugie, jeżeli w OTW pojawia się nieskończoność, to znaczy, że
> mamy do czynienia z osobliwością teorii, czyli z błędem wynikającym z braku
> uwzględnienia efektów kwantowych

A skąd pewność, że uwzględnienie efektów kwantowych rozwiąże problem? To tylko
nadziejowe myślenie niektórych fizyków.

W ogóle to jednak nie masz racji.

[Gość: jer]

Osobliwość do odrębny problem.

W ogóle teza całego tego Twojego wątku jest wątpliwa. Pohopnie się z tobą
zgodziłem. Fizycy od popularnych książek najpewniej mają rację - niezależnie od
masy czarnej dziury nie wydostaniesz się spod jej horyzontu tak "klasycznie".
Czasoprzestrzeń dla kosmonauty, który wpadł do czarnej dziury jest zamknięta i
nie ma znaczenia, jaka jest siła wynikająca ze wzoru Newtona dla powierzchni
Schwarzschilda - to znaczy czy ta siła jest ogromna, czy jest mała (jak dla
supermasywnych czarnych dziur).

Takie jest moje zdanie; nie zgłębiłem OTW, ale nie będę łatał swojej niewiedzy -
jak łatasz Ty - nieogólną teorią. Teoria Newtona nic nie "wie" o geometrii
czasoprzestrzeni. Wolę raczej wierzyć specjalistom.

To jest tylko teoretyczny wynik uzyskiwany przez..

[dokowski]

Gość portalu: jer napisał(a):

> Fizycy od popularnych książek najpewniej mają rację - niezależnie od
> masy czarnej dziury nie wydostaniesz się spod jej horyzontu tak "klasycznie".
> Czasoprzestrzeń dla kosmonauty, który wpadł do czarnej dziury jest zamknięta

... obserwatora patrzącego (liczącego) z bardzo dużej odległości.

Zapominasz, że OTW jest też teorią WZGLĘDNOŚCI. Obserwator położony bliżej
czarnej dziury uzyskuje inny wynik, dla niego horyzont zdarzeń ma mniejszy
promień.

[Gość: jer]

> Zapominasz, że OTW jest też teorią WZGLĘDNOŚCI. Obserwator położony bliżej
> czarnej dziury uzyskuje inny wynik, dla niego horyzont zdarzeń ma mniejszy
> promień.

Właśnie większy.

Czy na pewno rozumiesz co napisałeś?

[dokowski]

Gość portalu: jer napisał(a):

> Właśnie większy.

Czy twierdzisz, że im bliżej czarnej dziury znajduje się obserwator, tym
większa i masywniejsza wydaje mu się czarna dziura?

Jeżeli mamy więc czarną dziurą w centrum supergromady galaktyk, taką o masie
milion razy większej niż masa Galaktyki, a wokół tej czarnej dziury krążą
galaktyki z tej gromady, to z punktu widzenia mieszkańców tamtych galaktyk są
oni już wewnątrz czarnej dziury?

To termin matematyczny

[dokowski]

jeroh napisał:

> Myślałem, że się zorientujesz, że pisząc "może uciec" mam na myśli "może
> osiągnąć prędkość ucieczki"

W świecie fizycznym nie ma takiej samotnej masy, od której możnaby się oddalić
tak daleko, aby choć w przybliżeniu można było mówić o tej "ucieczce". Prędkość
ucieczki w sensie fizycznym jest dla Ziemi zupełnie inna w kierunku Wenus a
inna w kierunku Marsa. Uciekając z Układu Słonecznego trafiamy w pole
grawitacyjne innej gwiazdy zanim jeszcze "uciekniemy" z zasięgu grawitacji
Słońca.

[walgierz]

Gość portalu: jer napisał(a):

> Ja jednak nie wiem. Jak może statek kosmiczny, o niewyczerpalnych nawet
> zapasach paliwa, uciec spod horyzontu zdarzeń czarnej dziury? To ja poproszę
> jednak o definicję horyzontu zdarzeń.
Statek o niewyczerpalnych(nieskończonych) zasobach energii(paliwa) wyleci zawsze z każdej czarnej dziury, bo jej masa jest skończona i siła jej pola grawitacyjnego też;)))

[Gość: guess]

walgierz napisał:

> Gość portalu: jer napisał(a):
>
> > Ja jednak nie wiem. Jak może statek kosmiczny, o niewyczerpalnych nawet
> > zapasach paliwa, uciec spod horyzontu zdarzeń czarnej dziury? To ja popro
> szę
> > jednak o definicję horyzontu zdarzeń.
> Statek o niewyczerpalnych(nieskończonych) zasobach energii(paliwa) wyleci
zawsz
> e z każdej czarnej dziury, bo jej masa jest skończona i siła jej pola
grawitacy
> jnego też;)))
Dle mnie dobrym argumentem jest to,że na pewno nie uzyskamy perpetuum mobile z
czarnej dziury-bo tak by wynikało z faktu,że statek o nieskończonej energii
silników nie doprowadził by do wyczerpania i zaniku czarnej dziury.

[walgierz]

Gość portalu: guess napisał(a):
> Dle mnie dobrym argumentem jest to,że na pewno nie uzyskamy perpetuum mobile z
> czarnej dziury-bo tak by wynikało z faktu,że statek o nieskończonej energii
> silników nie doprowadził by do wyczerpania i zaniku czarnej dziury.
Gdzieś te perpetum mobile musi być, bo skądś się materia czyli energia
wzieła w tym wszchświecie, a może bierze cały czas.
Ale taki przypadek czy foton traci energię czy ją zyskuje,
trafijąc w osobliwy punkt czarnej dziury, z jaką energią ją trafia;)
może z nieskończenie wielką.

Podnoszę ten wątek dla przeciwwagi dla bzdur...

[dokowski]

... na temat grawastarów. Jak widać ten mój wątek był niemal proroczy, jakbym
przewidział, że pojawią się tego typu bzdury

[losiu4]

dokowski napisał:

> Czy macie wyobrażenie o tym, jak silne pole grawitacyjne występuje w okolicy
> horyzontu zdarzeń takiej czarnej dziury?

zapewne stosunkowo niewielkie. Cóż za kłopot z promienia Schwarzschilda masę
oszacować i policzyć ewentualne siły :)

Pozdrawiam

Losiu

[Gość: guess]

losiu4 napisał:

> dokowski napisał:
>
> > Czy macie wyobrażenie o tym, jak silne pole grawitacyjne występuje w okol
> icy
> > horyzontu zdarzeń takiej czarnej dziury?
>
> zapewne stosunkowo niewielkie. Cóż za kłopot z promienia Schwarzschilda masę
> oszacować i policzyć ewentualne siły :)
> Losiu
Problem jest tylko z tym,na ile granicę traktujemy jako realną fizycznie.Bo
jeśli prędkość ucieczki dąży do prędkości światła,to siła rośnie
nieograniczenie.

[Gość: jer]

>> zapewne stosunkowo niewielkie. Cóż za kłopot z promienia Schwarzschilda masę
>> oszacować i policzyć ewentualne siły :)
>> Losiu
> Problem jest tylko z tym,na ile granicę traktujemy jako realną fizycznie.Bo
> jeśli prędkość ucieczki dąży do prędkości światła,to siła rośnie
> nieograniczenie.

Problem niewielki. Dla czarnej dziury o masie gwiazdowej siła w pobliżu
horyzontu zdarzeń jest rzędu 10^14 g. Dla czarnej dziury o masie 10 mld. mas
Słońca (takiej jak w środku kwazara) ta siła wychodzi tylko około 155 g - czyli
stosunkowo mało,
tak jak pisze dokowski.

Zatem jeśli chodzi siłę, to jak widać nie rośnie nieograniczenie, mimo że w
przypadku gwiazdowej czarnej dziury jest niezwykle duża.

Siła o której mówicie to siła, którą trzeba przyłożyć do ciała, żeby oderwać je
od czarnej dziury. Ta siła jest skończona dla ciała na horyzoncie zdarzeń i w
przypadku masywnej czarnej dziury nawet nie jakaś wielka. Pod horyzontem
zdarzeń też jest skończona, wyjąwszy miejsce osobliwości. Czy osobliwość tzw.
nieusuwalna istnieje rzeczywiście, czy tylko w równaniach - to odrębny problem
(moim zdaniem tylko w równaniach). Co innego siła, którą trzeba przykładać pod
horyzontem zdarzeń, żeby nadać ciału prędkość ucieczki.
Tutaj nawet nieskończona nie wystarczy.

Tylko że wszystko, co napisałem w poprzednim akapicie o "sile odrywającej", to
wnioski z teorii newtonowskiej. Są one fałszywe, skoro ludzie, którzy dobrze
poznali ogólną teorię względności, twierdzą, że nie da się wyjść spod HZ.

Dokowski mimo że zna OTW tylko powierzchownie, twierdzi coś przeciwnego.
Według niego rzetelni i sprawnie posługujący się OTW (i nie tylko) specjaliści
nie mają racji, bo jego newtonowska intuicja nie może się pogodzić z ich
stwierdzeniami. Ja również nie zgłębiłem OTW, ale bardziej ufam ludziom, którzy
się na niej znają niż dokowskiemu. Wiadomo, że naukowcy popełniają czasem
zaskakująco głupie pomyłki, ale bez przesady.

Przedtem, w jednym z postów, pohopnie zgodziłem się z dokowskim - teraz się z
tego wycofuję.

[Gość: Smalec z okna]

czarna dziura nie istnieje i oczym ta dyskusja, pokaż mi tą dziurę ha ha