Видимый горизонт

Альтернатива горизонту событий впервые предложена Стивеном Хокингом

В общей теории относительности кажущийся горизонт — это поверхность, которая является границей между световыми лучами , направленными наружу и движущимися наружу, и лучами, направленными наружу, но движущимися внутрь.

Видимые горизонты не являются инвариантными свойствами пространства-времени , и в частности, они отличаются от горизонтов событий . Внутри видимого горизонта свет не движется наружу; это контрастирует с горизонтом событий. В динамическом пространстве-времени могут быть исходящие световые лучи, внешние по отношению к видимому горизонту (но все еще внутренние по отношению к горизонту событий). Видимый горизонт — это локальное понятие границы черной дыры, тогда как горизонт событий — это глобальное понятие.

Понятие горизонта в общей теории относительности является тонким и зависит от тонких различий.

Определение

Понятие «кажущегося горизонта» начинается с понятия захваченной нулевой поверхности . ( Компактная , ориентируемая , пространственноподобная ) поверхность всегда имеет два независимых направленных вперед во времени светоподобных нормальных направления. Например, (пространственноподобная) сфера в пространстве Минковского имеет светоподобные векторы, направленные внутрь и наружу вдоль радиального направления. В евклидовом пространстве (т. е . плоском и не подверженном гравитационным эффектам) направленные внутрь светоподобные нормальные векторы сходятся, в то время как направленные наружу светоподобные нормальные векторы расходятся. Однако может случиться, что как направленные внутрь, так и направленные наружу светоподобные нормальные векторы сходятся. В таком случае поверхность называется захваченной . ^[1] Видимый горизонт является самой внешней из всех захваченных поверхностей, также называемой «погранично внешней захваченной поверхностью» (MOTS).

Отличия от (абсолютного) горизонта событий

В контексте черных дыр термин горизонт событий относится почти исключительно к понятию « абсолютного горизонта ». Кажется, возникает много путаницы относительно различий между кажущимся горизонтом (AH) и горизонтом событий (EH). В общем, эти два понятия не обязательно должны быть одним и тем же. Например, в случае возмущенной черной дыры EH и AH обычно не совпадают, пока какой-либо из горизонтов флуктуирует.

Горизонты событий, в принципе, могут возникать и развиваться в точно плоских областях пространства-времени, не имея внутри черной дыры, если полая сферически симметричная тонкая оболочка материи коллапсирует в вакуумном пространстве-времени. Внешняя часть оболочки является частью пространства Шварцшильда , а внутренняя часть полой оболочки является точно плоским пространством Минковского. Боб Герох указал, что если все звезды в Млечном Пути постепенно объединятся в направлении Галактического центра, сохраняя при этом свои пропорциональные расстояния друг от друга, они все попадут в свой совместный радиус Шварцшильда задолго до того, как они будут вынуждены столкнуться. ^[2]

В простой картине звездного коллапса, приводящего к образованию черной дыры, горизонт событий формируется перед видимым горизонтом. ^[3] По мере того, как черная дыра оседает, два горизонта приближаются друг к другу и асимптотически становятся одной и той же поверхностью. Если условие нулевой кривизны (где обозначает тензор Риччи, а нулевой вектор) выполняется, то AH находится внутри EH. ^[4] $R_{\mu \nu }\ell ^{\mu }\ell ^{\nu }\geqslant 0$ $R_{\mu \nu }$ $\ell ^{\mu }$

Видимые горизонты зависят от « нарезки » пространства-времени. То есть, местоположение и даже существование видимого горизонта зависит от того, как пространство-время разделено на пространство и время. Например, можно нарезать геометрию Шварцшильда таким образом, что видимого горизонта не будет вообще, несмотря на то, что горизонт событий, безусловно, есть. ^[5]

Смотрите также

Ссылки

^ Иван Бут (2005). «Границы чёрных дыр». Канадский журнал физики . 83 (11): 1073–1099. arXiv : gr-qc/0508107 . Bibcode : 2005CaJPh..83.1073B. doi : 10.1139/p05-063. S2CID 119350115.
^ Curiel, Erik (2019). «Множество определений черной дыры». Nature Astronomy . 3 : 27–34. arXiv : 1808.01507 . Bibcode : 2019NatAs...3...27C. doi : 10.1038/s41550-018-0602-1. S2CID 119080734.
^ SW Hawking & GFR Ellis (1973). Крупномасштабная структура пространства-времени . Cambridge University Press . doi :10.1017/CBO9780511524646.
^ V. Faraoni (2015). Космологические и видимые горизонты черных дыр . Springer Cham. doi :10.1007/978-3-319-19240-6.
^ Wald, Robert M. & Iyer, Vivek (декабрь 1991 г.). «Ловушечные поверхности в геометрии Шварцшильда и космическая цензура». Phys. Rev. D. 44 ( 12). Американское физическое общество : R3719–R3722. Bibcode : 1991PhRvD..44.3719W. doi : 10.1103/PhysRevD.44.R3719. PMID 10013882.

Внешние ссылки

Послушайте эту статью ( 4 минуты )

Этот аудиофайл был создан на основе редакции этой статьи от 10 ноября 2018 года и не отражает последующие правки. ( 2018-11-10 )

[1] Иван Бут (2005). «Границы чёрных дыр». Канадский журнал физики . 83 (11): 1073–1099. arXiv : gr-qc/0508107 . Bibcode : 2005CaJPh..83.1073B. doi : 10.1139/p05-063. S2CID 119350115.

[Curiel-2] Curiel, Erik (2019). «Множество определений черной дыры». Nature Astronomy . 3 : 27–34. arXiv : 1808.01507 . Bibcode : 2019NatAs...3...27C. doi : 10.1038/s41550-018-0602-1. S2CID 119080734.

[HawkingEllis-3] SW Hawking & GFR Ellis (1973). Крупномасштабная структура пространства-времени . Cambridge University Press . doi :10.1017/CBO9780511524646.

[Faraoni2015-4] V. Faraoni (2015). Космологические и видимые горизонты черных дыр . Springer Cham. doi :10.1007/978-3-319-19240-6.

[5] Wald, Robert M. & Iyer, Vivek (декабрь 1991 г.). «Ловушечные поверхности в геометрии Шварцшильда и космическая цензура». Phys. Rev. D. 44 ( 12). Американское физическое общество : R3719–R3722. Bibcode : 1991PhRvD..44.3719W. doi : 10.1103/PhysRevD.44.R3719. PMID 10013882.