黑洞中奇點形成要花多長時間?
一個由恆星形成的黑洞。當其物質坍縮到一定範圍內時,就應該會形成視界,隨後形成奇點。
但考慮引力的時間效應,這個奇點的形成要多久呢(相對外界而言)?是不是無限長的時間?
如果是,那我們可不可以說目前宇宙中還沒有奇點?(假設宇宙誕生時沒有奇點)如果考慮霍金輻射,那是不是在有限的時間內,奇點和視界還沒形成,黑洞就沒了?
singularity和event horizon具體的形成時間(坐標時)依賴於物質場的模型和初值條件,最簡單的被用來教學的是Oppenheimer-Synder模型,google到的http://www.aei.mpg.de/~rezzolla/lnotes/mondragone/collapse.pdf,大概看了一下,講的很清楚。
OS model下,singularity的形成的proper time見p23。
從外面當然看不到singularity的形成,因為它不是naked,在event horizon中,所謂的e.h.,就是從外面看不見,看不見的話沒有辦法測量所謂的時間,這是相對論的哲學啊= =,所以這個問題不恰當。從外面看,比如說恆星演化為黑洞的球對稱過程,就是恆星表面變暗了,並且需要無窮長的時間變黑,不算也知道是個指數因子,可以根據這個指數因子確定一個「黑洞形成」的時標,大概就是r_eh/c吧。
看了下書,這個時標可以看Thorne的http://adsabs.harvard.edu/full/1968ApJ...151..659A,HawkingEllis的引文第一項
沒注意到題主問的參考系,相對外界而言其實也是個模糊限制(外界是相對視界而言還是相對奇點而言)以隨動觀測者的參考系這倆的形成並不一致,如果以視界外部的參考系來說在視界形成後內部的物理進程已經無法觀測,故實際是不知道
-----------------------------------------------以下原回答-------------------------------------
關於這個的計算很早前就有過,需要時間取決於物態及初始條件,而且也並不是一瞬間。
1939 年, 美國物理學家 Robert Oppenheimer (1904-1967) 和他的學生 Hartland Snyder (1913-1962) 研究了最簡單的球對稱坍縮過程: 一個均勻理想塵埃球的坍縮。 他們發現, 這樣的坍縮在隨塵埃物質一同運動的觀測者——即所謂的隨動觀測者 (comoving observer)——看來, 將會在有限的時間內完成, 這其中奇點只有在坍縮過程徹底完成時才會出現, 而這時的時空已經完全變成了 Schwarzschild 時空。 不僅如此, 其實早在奇點出現之前, 一旦塵埃物質進入到相應的 Schwarzschild 半徑以內, 視界就已經形成。
奇點和視界形成的時間差即是題主所需要的時間(以隨動觀測者的參考系)
當然現實的黑洞形成並不滿足均勻理想塵埃球坍縮,事實上僅僅均勻這一項不符合就會導致很奇怪的結果,一種叫做殼層穿越奇點 (shell-crossing singularity)的奇點, 奇點的出現可以早於視界的形成(即裸奇點)不過後來在限定正常的初始條件和非奇異物質的條件下姑且符合了宇宙監督假設。
參考:盧昌海 從奇點到蟲洞 - 廣義相對論專題選講 -http://www.changhai.org/articles/science/physics/energy_condition/
這個有具體例子可以算。對於球對稱塵埃流體的引力塌縮,有著名的Oppenheimer—Snyder解,這個最經典的一個物質引力塌縮形成黑洞的精確解(就是曼哈頓計劃造原子彈的那個奧本海默),基本的廣義相對論書里都有介紹,比如MTW那本大厚書。之後還有球殼塌縮形成黑洞的精確解,構造起來稍微複雜一些。這些是在特定物態方程下特定初值的引力塌縮精確解。稍微一般一點的結論就是E. Christodoulou在上世紀80年代做的一系列工作(Ann. Math,),討論了無質量標量場在一般球對稱初值情況下的引力塌縮,給出了形成黑洞的判據以及關於視界形成等的精細分析,由於使用分析方法做的,討論的也是一般球對稱初值,當然就不可能像之前的精確解那樣給出具體數值,但是對於黑洞形成時間給出了估計,並且討論了裸奇異性的形成。之後就是他08年的工作,真空引力波塌縮形成黑洞(由於Birkhoff定理,這個顯然不可能球對稱)以及清華大學於品教授關於電磁波引力塌縮形成黑洞的工作,還有就是於品和中山大學黎俊彬老師合作的關於引力塌縮形成Kerr黑洞的工作。不過後面這些都是比較純數學的工作,幾位作者也都是在數學系工作,因此這些文章讀起來一需要耐心,二需要有一定的分析和PDE的基礎。
再說一個小掌故:Christodoulou做黑洞形成多少有點是賭氣。此公傳說16歲跟Wheeler讀博士,號稱希臘神童,第一篇PRL是1971年。當時奇異點定理出來不久,由於幾何方法當時對於物理學家還比較陌生,Wheeler就讓Christodoulou給他解釋這個定理究竟說什麼事情(應該是Penrose第一版定理),Wheeler的物理直覺是非常好的,在Christodoulou解釋了各個定理條件的物理解釋之後,Wheeler基本都能比較敏銳的理解,但唯獨對於存在俘獲面這一點覺得很不舒服,覺得這個面比較反常識。因為當時大家普遍覺得奇異點一般存在是比較反常識的結論。Wheeler認為如果初值面上包含俘獲面這樣一個奇怪的曲面,說明這個初值本身就不自然,而從一個不自然的初值出發,得到了奇異點存在這樣一個不自然的結果,這件事情本身就一點不奇怪了。總之就是Wheeler對於存在俘獲面這一要求不滿意,因此Wheeler問Christodoulou是否可以用其他更自然的初始條件(比如較大的物質密度分布)來導出俘獲面存在這一不自然的條件。顯然Oppenheimer—Snyder解就可以給出這一現象,但是已經說過,這個解只描述了特殊物態方程下特定初值的黑洞形成,當時人們對於這種情況並不感到奇怪,奇怪的是在很一般的情況下奇異點的存在性。當時Christodoulou也是年輕氣盛,覺得這個問題給他幾個月就可以給wheeler一個滿意的答覆,但是他顯然低估了這個問題的難度。08年他作報告時自嘲地說,將近四十年過去了,他終於把Wheeler留的作業做完了。
從外部觀測,事件視界形成(緻密天體中出現逃逸半徑達到光速的情況時)時奇點就存在了。
從事件視界處「觀測」,時間已經不存在了,外部在小於普朗克時間的進程里已經終結,隨之同時跨越邊界「進入」「內部」。
從「內部」觀測,你確信要討論一個和我們不同時空的事物嗎?
如果你非要討論,@我吧,我有空了陪你一起腦洞。
本人是民「科」神「棍」,簡稱民棍。
看你是從奇點裡面看還是外面看了..外面看就是坍縮所需的時間...裡面看就是一瞬間...當然之後整個宇宙也是一瞬間就演化到盡頭了。
題主理解應該沒錯,之前在知乎看到過一篇用湯姆傑瑞描述黑洞內部外部的區別,可惜沒有收藏。因為黑洞引力極大視界內部時間流速極慢,相對來說視界外面時間流速極快。那篇文章我記得是寫傑瑞進了黑洞視界內之後往外看結果在瞬間就看完了湯姆的一生以及宇宙的毀滅(前提是能看得到)。也就是說真正意義上的奇點不存在? @Mandelbrot
http://www.zhihu.com/question/35081072/answer/66940451?f3fb8ead20=d6269fd3d750e4777e57005b3995b75bfrom=singlemessageisappinstalled=1
題設是,由恆星坍塌形成的黑洞,這類黑洞是有個專門類別的。(忘記了,10年前看的)
好像很短命的黑洞。
主序星的坍塌,其歸宿是紅巨星,白矮星。
但非要說恆星坍塌成黑洞嘛,僅是一種理論上存在的。
好像扯遠了。
既然是黑洞,就一定存在奇點。但反過來說,存在奇點,是否就一定有黑洞呢?
所謂奇點,就是Singularity Point,所有物理法則均不可描述的狀態。當形成黑洞後,其內部空間就無從考究,就是存在奇點了。根據這個推論,奇點是不能裸露在黑洞外部的。
好了,既然黑洞存在,就是有奇點存在,那麼就可以認為奇點的存在,就是促成了黑洞的形成,這兩者缺一不可。
如果非要用時間來衡量的話,我覺得嘛,奇點的存在早於黑洞,但具體時間嘛,就又要繞回去了。
終究我不是學天文的,隨便說說,大家開開腦洞就好了
我看可能是一瞬間,你看可能是一輩子,他看可能是這個宇宙終結還沒形成
要等安迪從美國回來才可以形成
任何東西進入視界(根據物質運動快慢,視界也不同)都無法逃逸!接近視界肯定會被扭曲
25年…別問我為什麼會知道。
這個問題很符合不可知論者的調調啊。
首先,奇點應該是存在的。其次,根據推測的奇點特性,起形成過程(即時間軸上的初始、發展、形成)是不可測的。
第三,「奇點的形成要多久呢(相對外界而言)?」奇點的時間空間相對獨立,相對外界概念本身就很難確定。你可以把奇點看成一個宇宙中的另一個宇宙。
用我不學無術的理解,奇點那裡時間已經失效了,因此沒法說需要多長時間才能形成
答案是不可知,因為你在視界外,視界里你根本不可能知道。一個鐵定無法檢測只能推測的可能性,就是不可能。
理論來講,黑洞的中心可視為奇點。
按照一般所知,題主所問的奇點形成的時間,我在此理解為超大質量恆星發生引力塌縮的時間(這個時間非常短)。此時微型黑洞剛剛誕生。隨後對視界內外的時間流有影響。
另外,由於光線是無法從黑洞上面逃逸出來的,這就是說明黑洞的引力加速度和表面逃逸速度都是超光速的。現有的定理是把撞到奇點上的物質看作「消失」了,事實上,物體在接近奇點的時候會被很快的加速到光速以上,而根據以前的證明,超過光速就會跳到另外一個時空,這個物體和當前時空就沒有關係。
奇點是現有時空上的一個破損點。
看下奇點的一條基本定義:奇點是時空失效的點。也就是說絕對不可以用我們的時空概念來描述奇點,不然肯定會得出奇怪的結論。
對我們來說視界後的一切都是未知的,時間在視界那裡就已經停止了。當然你也可以認為停止的時間就是永恆的時間
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