Коллапс звезды в черную дыру

[xd]

Вас позабавило то, что

Меня это нисколько не позабавило. Я хотел обратить внимание на характер зависимости указанных характеристик от массы ЧД. Ничего более.

[Геральдинка]

как много лишних слов...

Вот тут слов ещё больше.

https://nasa.tumblr.com/post/177447402989/black-holes-are-nicer-than-you-think

Но так интересно! Я почитала) И теперь знаю про ЧД ещё больше

[xd]

Главное чтобы знания эти были корректными.

[Дрюша]

А если, хотя бы чисто теоретически, рассматривать разные процессы коллапса:

а) абсолютно холодное пылевое облака. Отдельные пылинки не сталкиваются, и даже не давят друг на друга, а просто тупо падают к центру масс. По крайней мере, до достижения гравитационного радиуса взаимодействия (кроме гравитационного) между ними - никакого. Положим, это ЧД галактических масс (сотни миллионов или миллиарды солнечных), размер которой - примерно с Солнечную Систему (по орбиту Плутона), а плотность (на момент достижения гравитационного радиуса) сравнима с плотностью воздуха.

б) коллапсирует горячее вещество - смесь из фотонов, тяжёлых частиц и всего прочего. Вклад давления - существен. Но и вклад масс - сопоставим.

в) Вся ЧД состоит из излучения (т.е. массы-энергии фотонов), которое направлено (сфокусировано) к центру. То есть, она каким-то образом (положим, - искусственно) изначально задано так, что являет собой сходящуюся (сфокусированную) сферическую волну.

Мне кажется, что решения уравнений Эйнштейна (ОТО) для этих трёх случаев - должны же как-то различаться! Другое дело, что среди существующих космических объектов (известных современной науке) - просто нету никаких предпосылок для возникновения подобных условий. Но это - другой вопрос. А тут - чисто цеорецыцецки, если бы были какие-то очень технологически развитые инопланетяне, то они могли бы, наверное, устроить что-то подобное.

[Geen]

Мне кажется, что решения уравнений Эйнштейна (ОТО) для этих трёх случаев - должны же как-то различаться!

В каком-то смысле они различаются, но в каком смысле Вас интересует?
А то ж ведь можно и совсем простой вариант коллапса устроить: сферическую сходящуюся гравитационную ударную волну...

[Дрюша]

Насколько мне помнится, Оппенгеймер решал задачу про коллапс холодного пылевого облака. У меня это обозначено как вариант а). Вариант б) - не знаю, соответствует ли реальным условиям возникновения ЧД, хоть звёздных масс (предположительно - гамма-всплески), хоть галактических (предположительно - квазары), или это практически та же задача оппенгеймера, бо "вклад давления" в реальных космических условиях - всё равно, исчезающе мал...? Но, вот, когда ЧД формируется из чисто лучистой энергии (вклад давления 100%, вклад масс 0%). Ведь возьмём какую-то точку внутри той полости, которая сжимается. Положим, она ничего не знает про то, что скоро ей предстоит оказаться в ЧД. Пока формируется тот могучий волновой фронт, который будет сжиматься в точку (а это, положим, какая-то среда в неком метастабильном возбуждённом состоянии, которая по принципу импульсного лазера готова усилить проходящее излучение, она имеет массу, энергию, но располагается сферически симметричным образом вокруг своего центра, но внутри там - полость, и в этой полости - никакого тяготения не ощущается), так вот, в той нашей точке, которая находится в этой полости, которой суждено потом оказаться внутри гравитационного радиуса, но которая даже может быть - не в самом центре... Там - ничего не известно о надвигающейся волне (не важно, электромагнитной, гравитационной или какого-то ещё дальнодействующего взаимодействия). Волна идёт со скоростью света, а вперёд неё - никакая информация - не распространяется. И ни с ближней, ни с дальней стороны - не доходит. Наблюдатель в той точке видит вокруг себя вполне себе плоское (эвклидовое, нулевой кривизны) пространство-время, и - даже ничего не подозревает. И, вот, фронт сходящейся волны - уже прошёл свой гравитационный радиус... А наблюдатель в той точке - и в ус не дует, и даже не подозревает, что он уже по факту находится в "чёрной дыре". Потом через него проходит волновой фронт... Интенсивность его... Зависит от масштаба явления. Если формируется микро-ЧД или ЧД звёздной массы, то интенсивность, надо думать, - будет очень велика. Вряд ли кто выстоит. Интенсивность и напряжённость колеблющегося ЭМ поля будет такой, что она вызовет электрический пробой вакуума, рождение пар частиц-античастиц в форме кварк-глюонной плазмы... Если же ЧД формируется галактической массы (масса-энергия которой - миллиарды солнц, размер - примерно с Солнечную Систему, а плотность на момент формирования ЧД - меньше чем у воздуха, хотя энергия (плотность энергии), несущая такую массу - довольно велика), то удар будет сильным, но уже более терпимым. По крайней мере, атомные ядра, - авось, - выстоят. Ну, а если формируется ЧД вселенской массы-энергии... Вполне возможно, что мы с вами сейчас именно в такой - и живём. Ну, так вот, волновой фронт - промчался мимо. Досконально известно - только о небольшом, очень маленьком участке волнового фронта, который лежит в пределах светового конуса, проведённого от той точки. О противоположной стороне волнового фронта - по прежнему ничего не известно, есть ли он вообще. И - как наблюдатель в той точке узнает, что он оказался в жо , пардон, в этой самой "чёрной дыре"? Или - когда он это узнает? Когда волновой фронт достигнет центра? И там обратится в сингулярность? А информация оттуда - как-нибудь дойдёт до той нашей точки? Ну, чтобы - известить её о том, что "Ну, теперь-то ты - уж совсем в ЧД!"...

Или в данном случае - вообще уместна другая топология пространства-времени? Например, типа "горловина" с последующим расширением этой волны в бесконечность? Рождение новой вселенной, в которой эта "дыра" представляется как "белая" (тоже, кстати, - один из вариантов решения уравнений ОТО, представляющее собой тот же коллапс, только обращённый во времени, только, вот, практически непонятно, откуда в реальном космосе таким условиям было бы взяться, а тут, - вот, - оттуда и взяться).

[6th Book]

И - как наблюдатель в той точке узнает, что он окажался в  жо , пардон, в этой самой "чёрной дыре"?

Элементарно, наблюдательно-экспериментально по средней плотности, гравитационной постоянной и космологической постоянной

[Дрюша]

И - как наблюдатель в той точке узнает, что он окажался в  жо , пардон, в этой самой "чёрной дыре"?

Элементарно, наблюдательно-экспериментально по средней плотности, гравитационной постоянной и космологической постоянной

Откуда? Досконально он знает только об очень небольшом участке волнового фронта, который только что прошёлся непосредственно по нему. О другой (противоположной) стороне этого волнового фронта он знать - не может, потому что никакая информация не может двигаться вперёд быстрее этого самого волнового фронта. И даже о боковых сторонах этого сходящегося волнового фронта он не знает. Есть ли они вообще, или их нет... Достоверной инфы - никакой. Соответственно, и пространство-время - не может как-то заранее "выгибаться" в ту или другую сторону, покамест "официальные данные" - не дошли.

[6th Book]

Откуда?

А вменяемые физики и астрономы на планете Земля знают.
Эксперименты ставят, орбитальные телескопы запускают ...
 

[Дрюша]

Вменяемые астрономы знают, что Солнце они видят таким, каким оно было 8 минут назад, туманность Андромеды - 2-миллионно-летней давности и т.д. И ещё они предполагают (верят в это), что коль скоро вот уже 13 млрд лет ничего такого особенного не случалось, - авось не случится и в ближайшие 8 минут или 2 млрд лет. Всё будет идти своим чередом, потому что Вселенная (в общем и в целом) - однородная, изотропная, вся из скбя такая симметричная... А тут, в предлагаемой задачке, условия относительно той точки - ну, очень уж несимметричные! С какой-то стороны ни с того ни с сего вдаряет какая-то ударная волна, которая всё сносит... И, ведь, пока она не дойдёт, - никто её и не видит!

[6th Book]

С какой-то стороны ни с того ни с сего вдаряет какая-то ударная волна, которая всё сносит...

Знакомая картина ... 
... сидишь-сидишь себе в пятницу вечером за барной стойкой и ВДРУГ ... хрясь, ударная волна.
 И только наутро друзья или сержант ( как повезёт ) рассказывают как оно было на самом деле

[Geen]

И - как наблюдатель в той точке узнает, что он оказался в жо , пардон, в этой самой "чёрной дыре"?

Элементарно - он очень скоро окажется в сингулярности.
Но до этого он обнаружит анизотропию, кривизну и приливные силы....

[xd]

Но не обязательно в момент пролёта ГС. Крутильные весы на всякий случай вряд ли у него завалялись.

[Дрюша]

А если ЧД - ну, оооочень большая. Вселенской массы и, соответственно, - плотности.

Вот, для иллюстрации принципа эквивалентности в ОТО - часто используют такую упрощёнку, как равномерно-ускоренную систему отсчёта, которая, по идее, (согласно этому принципу) должна быть эквивалентна неподвижной (или равномерно-прямолинейно движущейся) в однородном гравитационном поле, каковое создаёт, скажем, тяжёлая плоскость (тонкая или даже толстая как совокупность бесконечно тонких плоских слоёв). Понятно, что бесконечная плоскость конечной поверхностной плотности имеет бесконечную массу, но по порядку.

Итак. Есть равноускоренная система отсчёта. Её ускорение - одинаково и направлено в одну сторону с точки зрения каждой мгновенно сопутствующей ей ИСО. Наблюдатель в ней ощущает постоянную перегрузку в своей локальной (мгновенно сопутствующей как инерциальной) системе отсчёта. Его мировая линия на пространственно-временной диаграмме (самой простой, 1+1 мерной X,T, легко изображаемой на плоском листе бумаги) изображается - гиперболой. Она асимптотически стремится к световым линиям (световому конусу для более многомерной наглядной модели, например, 2+1-мерной, где рассматриваются события, присходящие на плоскости X,Y и времени T). Если в любой точке  этой мировой линии (т.е. для любого "события" в истории того наблюдателя) провести координатные оси x', t' соответствующие мгновенно сопутствующей ИСО, то можно заметить, что все такие оси x', x" и др., - пересекаются в одной точке на оси X (x', x"...), и эта точка - геометрический центр нашей гиперболы. Ну, "точка" это только на плоской 1+1-мерной диаграмме (на бумажном листе), а в 2+1-мерной (объёмной) наглядной модели это будет - прямая, перпендикулярная оси X (и любой другой из локальных осей, предполагая, что X - это направление ускорения). А в реальном 3+1-мерном пространстве-времени это будет - плоскость. Ну, короче, некое многообразие размерностью на 1 меньше, чем рассматриваемое пространство. Эта фигня (точка, прямая, плоскость) находится "сзади" по отношению к направлению ускорения. В случае, если это не просто точка, а прямая или плоскость (в 2+1 или 3+1 - мерной модели), то она перпендикулярна направлению ускорения нашего наблюдателя. Интересно, что расстояние до неё он сам оценивает как одинаковое в любой момент своей "истории" (т.е. с точки зрения любой мгновенно сопутствующей ИСО). На пальцах это можно объяснить так: по мере того, как он ускоренно "улетает" от этого места, его скорость - увеличивается, и вследствие Лоренцева сокращения длин, это расстояние сокращается ровно настолько же, насколько увеличивается (на этапе подлёта - наоборот, происходит торможение, скорость снижается, и степень Лоренцева сокращения - уменьшается). Величина этого расстояния определяется величиной ускорения. Но это ещё не всё. Оказывается, эта фигня (точка на плоской диаграмме, прямая в наглядной объёмной модели или плоскость в реальном пространстве-времени) не только всегда отстоит на одинаковом расстоянии, но и одновременна любому моменту времени в собственной "истории" того наблюдателя. Одновременна - в понятиях каждой мгновенно-сопутствующей ИСО. Впрочем, непосредственно наблюдать эту фигню наблюдатель не может. Любой фотон, испущенный оттудова догонит его - только через бесконечное время. Наблюдатель, конечно, движется медленнее света, но перед тем светом у него есть фора (то самое расстояние, о котором речь была выше), а скорость - асимптотически приближается к скорости света.
Итак, мы торжественно объявляем, что эта самая "фигня", то есть, - пространственно-подобное многообразие, являющее собой множество событий ("точек" в пространстве-времени), которые "всегда" находятся на одном расстоянии и одновременны - любому моменту собственной истории того ускоренного наблюдателя, - это и есть его "горизонт событий". За ним он - ничего не видит, ни на что не может повлиять... Короче, для него ничего "по ту сторону" - просто нету.

Ускоренный наблюдатель смотрит вокруг себя и видит, как всюду действует однородное гравитационное поле, он один-единственный, такой правильный, завис над бездной в этом гравитационном поле, компенсируя его действие тягой своих вечных двигателей, а весь мир вокруг него - летит в тартарары. Летит он туда с "ускорением свободного падения". Тем самым ускорением, с которым ускоряется ускоренный наблюдатель, только взятым с противоположным знаком. Сиречь, - в противоположную сторону. А тартарары конкретизируются для него - в виде "горизонта событий", который находится "внизу" (то есть, по направлению свободного падения) на постоянном расстоянии.

Остальные же (инерциальные) наблюдатели видят, что какой-то идиот с маниакальным бредом преследования что есть силы пытается удрать от какого-то непонятного якобы "горизонта", который ему просто приглючился. И будто бы этот "горизонт" как-то, что ли, гонится за ним... Пересекая это место нормальный (инерциальный) наблюдатель - вообще ничего не замечает, и только пожимает плечами. Мало ли какая хрень взбредёт с кондачка? А ты - не ускоряйся, и не будет тебе никаких "горизонтов". Делов-то!

[Diary of Dreams]

Хорошее описание +1
Если бы Вы ещё ПВ диаграмму приложили 

Для аналогии можно ещё привести излучение Унру для ускоренного наблюдателя (у него свой ГС), как излучение Хокинга  ГС ЧД

[Дрюша]

Экспериментальное подтверждение излучения Унру: если по голове вдарить дубиной (а это хоть и кратковременное, но довольно интенсивное силовое воздействие, приводящее к значительному ускорению), то в глазах наблюдается вспышка. Вот, это - оно и есть.

[ulitkanasklone]

А то ж ведь можно и совсем простой вариант коллапса устроить: сферическую сходящуюся гравитационную ударную волну...

А что это такое? Вы где вы такое наблюдали?

[Дрюша]

А то ж ведь можно и совсем простой вариант коллапса устроить: сферическую сходящуюся гравитационную ударную волну...

А что это такое? Вы где вы такое наблюдали?

Какая разница, наблюдали или не наблюдали? Из самых общих соображений. Коль скоро гравитация - взаимодействие дальнодействующее, распространяется оно со скоростью света, и возмущения гравитационного поля могут распространяться как волна, эта волна несёт энергию, а стало быть, - и импульс, ну, короче, - имеет свою энергию, импульс, и вносит свой вклад в тензор энергии-импульса... А тот - на общих основаниях входит в уравнение Эйнштейна. Если бы было как-то по-другому, то нарушался бы принцип эквивалентности, а вся ОТО построена - на нём. А мы тут исходим из того, что ОТО - верна. Тогда, в общем-то, - по фигу, какого взаимодействия идёт волна, по фигу, насколько это взаимодействие слабо влияет на вещество, как сложно его возбудить или поглотить чем-то. Если оно откуда-то есть, то - есть. А если есть, то, вот, - должно оказывать такое-то действие на пространство-время, и всё тут. И как частный случай, - возможна "чёрная дыра", целиком и полностью сформированная из массы-энергии гравитационной волны.

[ulitkanasklone]

И как частный случай, - возможна "чёрная дыра", целиком и полностью сформированная из массы-энергии гравитационной волны.

Волна сначала сходится к центру, а потом расходится. Никакой черной дыры.

[Геральдинка]

И как частный случай, - возможна "чёрная дыра", целиком и полностью сформированная из массы-энергии гравитационной волны.

Нет.
Ей необходимо вещество. Потому что вещество - энергия.

Нет вещества - нет энергии. И даже если мы с вами и телескопы вещество не видим, то это вовсе не значит что его нет. Это значит что мы его не может увидеть, напрямую. Но видим косвенно. То есть путём вычислений. Искажений, линзирования пространства вокруг или около чд. Но оно есть. Это самое вещество,из которого черпает энергию чд.

Или я ошибаюсь?