Wiem, że nawet światło nie może uciec grawitacji czarnej dziury, a prędkość światła i fal grawitacyjnych jest taka sama. Jak tylko fale grawitacyjne mogą uciec z grawitacji?
Wiem, że nawet światło nie może uciec grawitacji czarnej dziury, a prędkość światła i fal grawitacyjnych jest taka sama. Jak tylko fale grawitacyjne mogą uciec z grawitacji?
Odpowiedzi:
Cały czas widzę to zdanie i muszę powiedzieć, że bardzo go nie lubię, ponieważ jest to bardzo mylne określenie. Dziewięć razy na dziesięć, gdy ktoś mówi o czarnej dziurze, opisują ją jako obiekt o tak silnej grawitacji, że „nawet światło nie może uciec”.
Jednak to nieuwzględnione stwierdzenie stanowi poważne nieporozumienie co do tego, czym tak naprawdę są czarne dziury i jak działają i nie osiąga niczego poza dezorientacją niewinnych obserwatorów, takich jak ty. Grawitacja czarnej dziury jest nie mniej lub bardziej silna niż jakikolwiek inny obiekt we wszechświecie. Czarne dziury nie są kosmicznymi próżniami, które wykorzystują swoje potężne siły grawitacyjne do zasysania całej pobliskiej materii, światła itp. W rzeczywistości, jeśli zastąpisz nasze Słońce czarną dziurą o dokładnie takiej samej masie, wszystkie planety w naszym systemie poruszałyby się orbituje dokładnie w ten sam sposób i wcale nie zauważyłby różnicy (poza masowym wyginięciem na Ziemi z powodu nieotrzymywania żadnej energii ze Słońca).
To powiedziawszy, namalujmy lepszy obraz tego, czym jest czarna dziura i jak ona działa. Czarna dziura jest gromadą masy, która stała się tak masywna, że siła grawitacji tej masy na sobie, usiłując ją przyciągnąć, faktycznie zapada masę w osobliwość. Osobliwość to punktowy obszar przestrzeni, w którym cała masa zostaje zamknięta. Nieco poza tą osobliwością fizyka staje się dziwna. Na przykład, jeśli znajdujesz się tuż obok tej osobliwości i obliczasz prędkość potrzebną, aby uciec od tej osobliwości (np. Musisz podróżować ~ 11 km / s, aby uciec od Ziemi), znajdziesz prędkość, która jest znacznie większa niż prędkość światła. Taki jest początek frazy „nawet światło nie może uciec”. Ale, jeśli zaczniesz dalej od osobliwości, potrzebujesz mniejszej prędkości, aby z niej uciec, ponieważ odczuwasz mniejsze przyciąganie grawitacyjne z niej (grawitacja zmniejsza się wraz z odległością). Oznacza to, że w pewnej odległości od osobliwości prędkość światła jest wystarczająco duża, aby uciec przed czarną dziurą. Odległość ta jest tak ważna, że naukowcy nadali jej specjalną nazwę, horyzont zdarzeń . Może stać się o wiele bardziej skomplikowane niż prosty obraz, który namalowałem powyżej, ale to jest ogólny pomysł.
Jeśli złożysz to wszystko razem, oznacza to, że każde światło znajdujące się poza horyzontem zdarzeń nie ma problemów z ucieczką z czarnej dziury. Tylko światło wewnątrz tego horyzontu zdarzeń nie może uciec. Podobnie wszelkie fale grawitacyjne poza horyzontem zdarzeń mogą równie łatwo uciec. To właśnie miała na myśli odpowiedź StephenG, mówiąc, że byli „na zewnątrz” czarnej dziury. Przez zewnątrz miał na myśli poza horyzont zdarzeń. I prawdą jest, że dopóki powstanie fali grawitacyjnej nastąpi poza horyzontem zdarzeń, będzie ona uciekać z czarnej dziury.
I tylko dla odniesienia wielkości, supermasywna czarna dziura w centrum naszej galaktyki, która jest 4 000 000 razy masywniejsza niż nasze Słońce, ma horyzont zdarzeń, który rozciąga się tylko na 10 000 000 km. To ledwo wychodzi na orbitę Merkurego, gdyby znajdowała się w pozycji naszego Słońca. Jak widać, nie jest bardzo trudno być poza horyzontem zdarzeń, ponieważ horyzont zdarzeń nie jest tak duży z astronomicznego punktu widzenia.
Fale grawitacyjne są zniekształceniem czasoprzestrzeni poza czarną dziurą. Nie muszą uciekać, ponieważ są już na zewnątrz.