Падение во вращающуюся чёрную дыру в изложении для красноармейцев, которых отправили туда приказом.
- На кью часто обсуждаются чёрные дыры (ЧД). Думаю многим уже понятно как происходит падение в невращающуюся чёрную дыру. Для достаточно большой дыры приливные силы на горизонте событий малы и свободно падающий человек попадёт внутрь не разорванным. Это возможно для ЧД с массами 1000 и более масс солнца. Попав за горизонт любое тело неумолимо падает в сингулярность - туда под горизонтом направлено время, там время и кончается. Время в пути от горизонта до сингулярности по часам падающего составит 2rg/3c, где rg радиус дыры, c- скорость света. Для ЧД с массой солнца это составит 0.01 секунды, для ЧД в миллион масс солнца 10 суток.
- Если же ЧД вращающаяся (ВЧД), а все реальные ЧД вращаются, то все происходит гораздо интереснее и даже загадочнее. Анна Кудина задала тонкий вопрос «Что собственно вращается внутри ВЧД» (https://yandex.ru/q/question/chto_sobstvenno_vrashchaetsia_vnutri_dyry_3a0edbd8/?answer_id=12c3b20d-1df0-4475-bbd5-bb429938dc27), Тонкость в том, что если с сжатием массы в точку сингулярности еще можно смирится, то что эта точка ещё и вращается принять трудно. На вопрос я по сути не ответил, сославшись на то, что описания ВЧД в учебниках не рассматривают внутренность ВЧД так как там есть замкнутые времениподобные кривые, а это не физично. На создание этого поста меня и толкнул поиск ответа на вопрос Анны. Спойлер: сингулярность ЧВД не точка а окружность она вращается и создаёт момент вращения
Далее развёрнутый ответ на вопрос и описание падения в ЧВД.
- Начнем с того что у ВЧД помимо горизонта событий есть ещё одна забавная поверхность - эргосфера. Внутрь ее можно влететь и вылететь, но под ней любое тело неумолимо будет летать по кругу, там время направлено вдоль угловой координаты в направлении вращения.
- Структура ВЧД определяется двумя параметрами: гравитационным радиусом для ее массы (rg=2*G*M/c^2) и моментом вращения который определяется параметром a (размерностью длины), так что момент равен a*M*c. Будем работать в сферических координатах :
- Итак попав внутрь эргосферы наш красноармеец-исследователь (КИ) может остаться летать по кругу с угловой скоростью от 0.2*rg/c до rg/c в зависимости от параметров ВЧД. Если же КИ добросовестный то он за счёт ненулевой радиальной скорости полетит к горизонту событий и пересечёт его. Там вначале ситуация будет мало отличаться от обычной ЧД - КИ будет неумолимо лететь к центру, причём, что удивительно , без принудительного вращения, его скорость
меньше скорости приближения к центру в обычной ЧД , если лететь из полюса вдоль оси она стремится к нулю, но время достижения центра остаётся конечным. Если же лететь к центру в экваториальной плоскости то скорость больше и при приближении к центру растёт быстрее, время достижения центра будет меньше.
- Однако при приближении к центру нашего КИ ждёт новое не имеющее аналогов в обычной дыре приключение - глубоко внутри первого горизонта есть ещё одна эргосфера и ещё один горизонт причём сначала горизонт а потом эргосфера. Сингулярность же теперь не точка а кольцо в экваториальной плоскости радиусом a.
- При прохождении внутреннего горизонта опять начинается неумолимое вращение, а при прохождении внутренней эргосфера и приближении к диску внутри сингулярного кольца азимутальная координата (угол долготы) становится времени подобной а так как она периодическая с периодом 360 градусов, то образуется замкнутая временная петля. Хокинг очень не любил замкнутые временные петли из-за нарушения принципа причинности, но советский учёный И. Новиков показал как можно устроить события в такой петле, что бы причинность не нарушалась (я писал об этом https://yandex.ru/q/question/vozmozhna_li_situatsiia_kogda_sledstvie_c546e38b/?answer_id=1190b85e-cfcf-4e05-a1cf-bc7f72ffcc36). Мне лень уже считать при каких размерах ВЧД моно достичь этого места не будучи разорванным приливными силами, но во вселенной много очень больших ВЧД, будем считать что это реально. Так у нас теперь есть ответ на вопрос https://yandex.ru/q/question/zdravstvuite_u_menia_sformirovalsia_li_vo_eff0d98e/ «Возможно ли попадание человека в настоящую временную петлю»
- Однако буржуазный учёный нобелевский лауреат Р.Пенроуз испортил описанную радужную картину. Во первых он заметил, что на диске внутри кольца сингулярности решение Керра (которое мы использовали) не является гладким). Гладким его можно сделать если добавить к нашему пространству времени пространство время другой вселенной, тогда указанный диск является порталом в другую вселенную. Во вторых наше описания полёта КИ годится если в дыре пусто. В реальности в дыру всегда что от падает (хотя бы наш КИ) и у нас и в другой вселенной. Эта материя движется навстречу друг-другу разгоняясь до скорости света, излучая ультрафиолет и создавая давление противостоящее гравитации, в результате на внутреннем горизонте нашему КИ придётся очень не сладко и до сингулярности он к сожалению не долетит.
- Известный исследователь ВЧД Andrew J. S. Hamilton создал анимацию падения в идеальных условиях с попаданием в другую вселенную и в условиях встречных потоков материи. Она доступна потадресу https://jila.colorado.edu/~ajsh/insidebh/rn.html
1 эксперт согласен
А. Н.
подтверждает
Вполне научная точка зрения.
Комментарий был удалён за нарушение правил
@Анна Кудина, как совместить тор с чёрной дырой, тор это горизонт событий или что ?