Есть ли геометрическая причина, по которой две сливающиеся черные дыры никогда не «распадаются» на две отдельные черные дыры?

Все слияния черных дыр, по-видимому, приводят к образованию одной черной дыры Керра после отключения кольца.

Возможно ли, чтобы две исходные черные дыры с двумя отдельными горизонтами событий образовывали «промежуточное составное состояние» с одним горизонтом событий, который — позднее — «распадался» на две конечные черные дыры?

Я знаю, что ответ на этот вопрос «нет» при применении энтропии Бекенштейна-Хокинга, где распад нарушил бы второй закон, который постулирует г А / г т > 0 .

И ответ кажется «нет», если полагаться на числовую теорию относительности слияний черных дыр.

Мой вопрос заключается в том, существует ли более элегантное геометрическое доказательство, полностью вытекающее из общей теории относительности, которое исключает такой распад.

Спасибо

Я думаю, что есть теорема, которая точно говорит, что этого не может произойти из чисто классических соображений ОТО, надеюсь, кто-нибудь помнит больше деталей!
Я думаю, что это будет связано с утверждением "никогда не разбрасываться друг с другом"
Теорема Хокибга о площади является чисто геометрической / теоремой ОТО, из которой следует, что этого не может быть.

Ответы (2)

Эта геометрическая причина для этого утверждения состоит в том, что есть только одна нулевая геодезическая, лежащая на горизонте и проходящая через каждую точку горизонта. Если бы черная дыра разделилась на две, то на горизонте была бы точка, из которой начинались бы две разные нулевые геодезические, лежащие в пределах горизонта, что невозможно. Таким образом, черные дыры могли образовываться (начиная с одной точки, из которой возникает весь горизонт) и сливаться, но не разделяться.

Это не является следствием теоремы площади Хокинга, но также было сформулировано Хокингом:

  • Хокинг, С.В. (1972). Черные дыры в общей теории относительности . Communications in Mathematical Physics, 25(2), 152-166, doi , текст OA в ProjectEuclid . (раздел 2, стр. 156).

Смотрите также книгу :

  • Хокинг, С.В., и Эллис, СКФ (1973). Крупномасштабная структура пространства-времени . Издательство Кембриджского университета, глава 9.

В качестве т увеличивается, черные дыры могут сливаться друг с другом, а новые черные дыры могут образовываться в результате дальнейшего коллапса тел. Однако следующий результат показывает, что черные дыры никогда не могут раздваиваться.

Следующим результатом является предложение 9.2.5, которое просто формально утверждает это.

Кстати, кажется, что это свойство не имеет обобщения в более высоких измерениях, где, например, черные струны (протяженные черные дыры с топологией горизонта, скажем, р 2 × С 2 для 5D-гравитации) в результате неустойчивости Грегори-Лафламма распадется на множество черных дыр меньшего размера.

  • Ленер, Л., и Преториус, Ф. (2011). Окончательное состояние неустойчивости Грегори-Лафламма . arXiv:1106.5184 .
Спасибо AVS за ссылку на статью Хокинга о черных дырах. Мне нужно более подробно разобраться в некоторых технических темах, но по сути это ответ на мой вопрос!

Вот ссылки разброса исследований черных дыр:

Мы изучаем системы, состоящие из нескольких максимально заряженных невращающихся черных дыр («черных дыр Рейснера-Нордстрема»), взаимодействующих друг с другом. Мы представляем эффективное воздействие на систему в режиме замедленного движения в полностью сильном поле. Мы даем точный расчет рассеяния и коалесценции черная дыра-черная дыра в пределе медленного движения (но сильного поля).

Исследовано классическое и квантовое рассеяние двух максимально заряженных дилатонных черных дыр с малыми скоростями. Находим критическое значение дилатонной связи, a2=1/3. При a2>1/3 две черные дыры всегда рассеиваются и никогда не сливаются вместе, независимо от значения прицельного параметра.

Мы описываем квантово-механическое рассеяние медленно движущихся максимально заряженных черных дыр. Наша техника заключается в разработке канонической процедуры квантования на пространстве параметров возможных статических классических решений. При этом мы вычисляем сечения захвата для рассеяния двух черных дыр. Наконец, мы обсудим, как квантование в этом пространстве параметров связано с квантованием степеней свободы гравитационного поля.

Низкоэнергетическая динамика любой системы , допускающей континуум статических конфигураций, аппроксимируется медленным движением в пространстве модулей (конфигураций). Здесь, вслед за Ферреллом и Эрдли, это приближение пространства модулей используется для изучения столкновений двух максимально заряженных черных дыр Рейсснера-Нордстрема произвольной массы и для аналитического вычисления гравитационного излучения, генерируемого их рассеянием или слиянием. Движение остается медленным, несмотря на сильные поля и квадрупольное ведущее излучение. Выведено простое выражение для формы гравитационной волны, которое сравнивается в ранние и поздние моменты времени с ожидаемыми.

Курсив мой.

Итак, я думаю, что общее геометрическое доказательство невозможности рассеяния противоречило бы всем этим расчетам, а поскольку они приведены в рецензируемой литературе, вероятность такой ошибки мала.

Эта статья интересна:

Двойная черная дыра:

бинарная черная дыра (БЧД) — это система, состоящая из двух черных дыр, находящихся на близкой орбите друг вокруг друга.

Курсив мой.

Здесь он рассматривает форму горизонта, когда начинается слияние

Одна из проблем, которую необходимо решить, — это форма или топология горизонта событий во время слияния черных дыр.

В численных моделях тестовые геодезические вставляются, чтобы увидеть, встречаются ли они с горизонтом событий. Когда две черные дыры приближаются друг к другу, из каждого из двух горизонтов событий в направлении другого выступает форма «утконосого клюва». Этот выступ удлиняется и сужается, пока не встретится с выступом другой черной дыры. В этот момент горизонт событий имеет очень узкую Х-образную форму в точке встречи. Выступы вытянуты в тонкую нить. Место встречи расширяется до примерно цилиндрического соединения, называемого мостом.

В системе, где черные дыры рассеиваются друг от друга, от кинематики будет зависеть, произойдет ли рассеяние или слияние, как в бинарной системе черных дыр. См. рисунок два . Имо, как только происходит слияние, вопрос о «распаде» касается одной черной дыры, и по конструкции это не может произойти.

Рассеяние - хороший дескриптор, но если горизонты черной дыры никогда не соприкасаются, то я не уверен, что это соответствует намерениям ОП.
@EmilioPisanty Я ожидаю, что между слиянием и рассеянием существует математическая преемственность. В двух ссылках, к которым у меня есть доступ, горизонт событий не рассматривается отдельно. Мне кажется, что если существует один горизонт событий, произошло слияние, и распад имеет такое же значение, как и вопрос, может ли черная дыра распасться (независимо от того, как она образовалась).
Мой вопрос не о рассеянии, а о слиянии (слиянии) двух горизонтов в один с последующим распадом. Из простого обращения времени это должно быть разрешено. Итак, вопрос в том, существует ли теорема, гарантирующая, что после слияния последующий распад запрещен.
@Tom Честно говоря, описанный вами процесс, скорее всего , подпадает под определение рассеяния (хотя это не моя область, поэтому я не могу быть полностью уверен). У вас есть две входящие и две выходящие черные дыры, и, независимо от того, как выглядит их взаимодействие, этого часто бывает достаточно.
@TomS, ты уверен, что обращение времени выполняется? Не означает ли это, что гравитационные волны должны поглощаться?
@annav Как это отвечает на вопрос? Вопрос в том, «можете ли вы начать с одной черной дыры и получить более одной?». Рассеяние и коалесценция не имеет значения.
@MBN извините, в заголовке написано «две сливающиеся черные дыры». во-первых, это определение черной дыры, которая не допускает распада.
@annav Да, заголовок говорит об этом, но в основном тексте говорится, что после того, как две черные дыры сливаются в одну, почему эта одна не может разбиться на другие.
@MBN, и я отвечаю, что это сценарий рассеяния, в котором есть фазовое пространство для рассеяния два на два и слияние, как видно из предоставленных мной ссылок. В открытых работах поведение горизонта не обсуждается. Это либо рассеяние, либо слияние. После слияния остается одна черная дыра и один горизонт, поэтому возникает вопрос: может ли одна черная дыра распасться? чего по конструкции быть не должно.
@annav вопрос не в том, а в том. Это то, что вам нужно ответить. Пока ответ не касается вопроса.
@MBN Тогда он должен четко спросить: «Может ли распасться черная дыра?», А это не так, представляя две из них и говоря о слияниях.
@anna: да, как только вы забудете об истории (слияние двух черных дыр), вопрос действительно в том, «может ли одна черная дыра распасться?» Но ваше утверждение «чего по конструкции быть не должно» не доказательство и не объяснение, а просто утверждение. Таким образом, остается вопрос: «Почему черная дыра не должна распадаться на две черные дыры?» Есть ли теорема, решающая этот вопрос?
Относительно теоремы о площади: здесь говорится, что для площади A выполняется условие dA/dt > 0 при некоторых разумных предположениях. Однако это не означает, что «распад» вообще запрещен, он исключает распады для некоторых явно известных геометрий, таких как Шварцшильда и Керра.
Экстремальные черные дыры представляют собой несколько частный случай, например, они имеют нулевую поверхностную гравитацию и обладают суперсимметрией. Вот документ: arxiv.org/abs/hep-th/9205027 , в котором есть приложение B под названием «Расщепление экстремальных черных дыр».
Есть ли геометрическая причина, по которой две сливающиеся черные дыры никогда не «распадаются» на две отдельные черные дыры?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v