在黑洞的表面

他们有表面吗? 毕竟,每个人都习惯于将黑洞看作是我们视线中看不见的事件的奇异之处。 但是,通过研究黑洞的热力学,物理学家早已得出结论,它们的行为不是三维的,而是二维的。 例如,作为热力学系统的黑洞的组件数量与事件视界半径的平方成正比,而不与事件立方体的立方成正比。 但是,这种“透明提示”通常归因于以下问题,例如:在事件范围内失败的信息将流向何处? 如果两个量子纠缠粒子之一穿过事件视界,那么剩下的纠缠对象是什么?

但是,可以使用相对论的众所周知的效果来证明这种表面是相当材料。 因此,从静止的外部观察者的角度来看,没有任何物体掉入黑洞将不会越过事件视界,因为当您接近该物体时,与该物体相关联的参考系中的时间将相对于外部观察者变慢,原因是靠近重物的引力场,时间,甚至对于不动的物体,流场也比场外流动慢。 这种物体相对于外部观察者的速度首先增加,然后减慢。 当接近事件视界时,用于此类物体的时间将几乎停止,因此,为了从外部观察者的角度出发克服其他问题,他将需要无限长的时间段。

另一方面,在与下落物体相关的参照系中,一切都会非常迅速地发生。 但是,由于不同的原因,不可能跨越事件的视界。 随着移动速度接近光速,行进方向上的距离会减小。 因此,当沿半径移动时,几乎是球形的事件视界将变成一个平盘,并且事件视界和孔的中心的事件将同时发生。 因此,这样的对象在任何时候都不能位于事件范围和中心之间。 另外,从该物体的角度来看,孔以趋于光速的速度接近它。 因此,其质量也应趋于无穷大。 这导致事件视界半径(磁盘半径)增加,并使运动方程的解“加剧”。

对于业余爱好者而言,这两种极端情况的论据足以理解,如果在任何外部参照系中没有东西可以存在于事件视界内,那么就没有空间,也就没有质量。 但是,准确证明这一点并非易事。 事实是,通常,真实物质不是以半径而是以螺旋形进入真实的孔中。 对于固定的外部观察者来说,这是减慢跌落速度的另一种机制,在与物质相连的参照系中,一切都非常复杂,因为 有必要证明螺旋线的长度增加不会比其相对论性的收缩快。 此外,事件视线相交点之后的这种螺旋线出现在重力方程式应用之外的不存在空间中。

但是在证明之前,我们需要正确的方程式。 从外部观察者的角度来看,孔和掉入其中的物体是封闭的系统,为此必须满足能量守恒定律。 因此,该系统在外部参考系中的质量在跌落过程中必须保持恒定,为此,每个物体的质量必须保持恒定。 但是,随着物体的加速,根据相对论的特殊理论,其质量应增加。 因此,有必要通过物体的势能减小相同量的事实来补偿这种增加,因此总质量能保持恒定。 然后,引力场中的静止物体的质量应随着其接近该质量物体而减小,并且在事件的边界处(对于外部观察者而言)趋向于零。 因此,在地平线范围内没有大规模事件。 入射物质保留质量,但不能越过这个视界,超新星留下的不可移动物质的质量在穿过时将重置为零。 事实证明,由于事件视界是合乎逻辑的,因此不仅光而且重力也无法向外部传播,因为 它(重力波)也以光速传播。

黑洞的寿命有点类似于太阳型恒星的寿命。 当这样的恒星用完氢时,它的大小会增加(对于太阳来说,最大半径可能接近地球的轨道),释放出气体壳,然后收缩成一个白矮星。 随着温度降低,尺寸的增加,因此乍一看阻止恒星被压缩的力看起来是不自然的。 当事件视界的半径增加时,就像带刀的推土机一样,它将质量推离恒星中心,将其集中在恒星的前面,这似乎也是不自然的。

广义相对论(GR)的等式是爱因斯坦张量的等式,它是从空间g的曲率张量到质能张量乘以常数的二阶微分算符。 原则上,没有考虑到势能(见上文)和空间维数变化(见下文)的情况下,用这些方程式替代“正确的”质量,但是质量能张量的现有形式太容易引起误差。 例如,在外部坐标系中求解方程,从内部(局部)坐标系中替代质量(不减去势能),从外部替代速度,并从内部再次替代电压(如果考虑在内)。 另外,为了正确地考虑势能,必须知道空间的曲率,即 对质量能张量的分量的校正应取决于曲率张量g,这违反了方程式的美:左边的空间是右边的物质。 但是,这不取决于美丽-正确。

引入质量能张量的条件是,在过渡到其他参考系统时,要满足能量守恒定律,动量和角动量。 如果空间中存在对应的对称群,则这些定律本身将遵循Noether定理。 但是,在弯曲黎曼空间的一般情况下,这些对称组不存在。 因此,爱因斯坦和克劳斯菲尔茨试图证明,由于广义相对论(GR)方程形式的限制施加于空间,因此实现了存在这些对称群的弯曲空间的特殊情况。 因此,他们试图使用使用相同定律推导的方程式来证明守恒定律的有效性。 但是,即使以此为证,正如洛格诺夫(Logunov)在20世纪70年代所证明的那样,仍然存在数学错误。

不只一次发现了广义相对论中的所有事物都不是有序的事实。 结果,产生了几种替代性的重力理论,在这些理论中它们试图克服已发现的缺点。 但是,它们不仅由于物理原因而且由于社会心理原因而没有得到广泛的分配,类似于比特币的资本超过大多数其他加密货币的资本,尽管从技术上讲它们几乎都比比特币更好。 如果一个人面临着非常复杂,难以理解且难以验证的事情,那么通常,他不会尝试克服这一困难,而是遵循人迹罕至的道路,信任权威,甚至意识到自己是错的,宁愿与所有人以及其他人一起被误解。之前。 因此,在黑洞理论中,尽管存在所有问题和荒谬之处,但基于广义相对论方程式初始解的思想仍占主导地位。

从物理角度来看,三个错误导致了这些问题。 首先,黑洞的理论源于由物质点产生的场的广义相对论方程的Schwarzschild解。 这是这些方程式的第一个也是最需要的解决方案,在发现引力波之前,几乎所有有关广义相对论的实验确认都与它有关。 它很好地描述了恒星的引力场和黑洞的场,除了靠近事件视界的区域。 但是,这是集中于一点的质量的解决方案。 最初,此抽象模型在求解之前假定一个奇点,而求解方程式“确认”此奇点的存在。 错误是,最初假定存在不能存在的质量。

其次,将质量替换为方程式,而不考虑势能。

第三,黑洞的整个空间,除了奇异性本身,可能最初被认为是一个四维的时空,即 不考虑空间尺寸的变化。

改变尺寸的机会从何而来? 在与沿半径落下的对象关联的参考系统中,事件范围变为磁盘。 到达其对象后,它出现在二维空间中,因为 物理对象之间沿运动方向的所有长度都趋于零。 因此,即使它与那里的物质没有碰撞,它也不会飞出该磁盘。 通过这种转换,“消失的”空间轴转换为时间轴,从而使外部空间成为黑洞表面上物质的过去。

重要的是,空间尺寸的变化要早于物体到达事件范围的时间。 如果在到达视界本身时发生了这种过渡,那么黑洞的几乎整个质量将集中在事件视界上,但是从外部观察者的角度来看,事件视界上的不可移动物质的质量为零,即 对于外部观察者来说,这样的黑洞质量几乎为零。 这是入射物体的速度趋向于光速的结果。 但是,根据相对论的双重特殊理论,由于物理真空的粘性(与虚拟粒子的相互作用),一个实物的速度极限是光的第二速度,该速度略小于相对论方程中使用的第二速度,并且对应于事件范围。

因此,由于物理真空的粘性力和空间尺寸的减小,存在一种物理机制“从无限远节省”。 结果,黑洞的质量集中在其表面上,该表面位于事件视界之外的一小段距离处。 该距离可以取决于表面上质量的分布,即,取决于表面的质量分布。 黑洞的表面可能具有影响霍金辐射的浮雕,从而解决了已知的信息丢失和量子纠缠问题,并且符合黑洞的热力学。

这样的模型自然地解释了黑洞表面上物质和反物质的不对称性。 从外面掉到这个表面上的所有东西都是物质。 对他来说,时间在一个方向上移动,对应于外部“三维”观察者到中心的移动方向(此后,空间的尺寸由空间相似的轴的数量表示)。 已知反粒子会在相反方向上及时“移动”,而在这种二维物质相互作用的过程中会少量形成反粒子。 在这种情况下,例如在二维物质塌陷到具有一维表面的黑洞期间可以形成的具有足够高能量的反粒子可以从二维空间逃逸到周围的三维空间中。

为了用广义相对论描述这种向二维状态的转变,对应于周围空间时间轴的方程应在黑洞的表面上退化,即, 张量方程的顶行和左列。 为此,在质量能张量中应充分考虑双重相对论的影响。

由于上述推理中的物质从三维状态到二维状态的转变与达到接近但低于光速的速度有关,而与空间曲率无关,因此从原理上讲,在黑洞外物质加速过程中也应发生这种现象。 此外,如果基本粒子具有内部几何结构(超弦理论和其他一些将物理性质简化为几何结构的理论中假设),则具有三维几何形状的粒子将与具有二维几何形状的粒子在平面上的投影无法区分,而具有二维几何形状的粒子是该三维几何形状的投影。垂直于运动方向。 在这里,我们谈论的是围绕周围空间尺寸的粒子几何形状,粒子本身可能具有其他局部折叠的尺寸。 已知存在一种能级,在该能级处电磁和弱相互作用被组合成单个电弱相互作用,这导致以下事实:仅在弱相互作用电荷上不同的粒子变得难以区分。 假定这些过渡的身份是很自然的,即 尺寸的减少与相互作用的结合有关。 然后,以此类推,可以假设当达到更高的能级时,电弱相互作用与强相互作用相结合,粒子变为一维,并且具有极大的统一能量,仅剩下了时间轴。 所有没有局部折叠尺寸的粒子都变为时间量子。 在这种情况下,具有较大尺寸的空间中具有较小尺寸的粒子将是相对论的。

现在想象一下这种情况。 在四维空间中,物质在其发展的早期阶段经历了维数减少。 这不仅可以在到达二维外部空间中的三维黑洞的表面时,而且还可以例如在从白洞中喷射出物质时实现。 如果在减小尺寸之前该物质沿一个方向移动,那么在反物质上也将占主导地位。 在这种情况下,三维粒子将在初始的三维空间中变得相对论。 但是,它们相对于彼此可以低速移动,这将使它们凝结成重子物质,重子物质的演化会导致物理学家出现在这种物质中。

这些物理学家自然会假设它们处于固定的坐标系中,并且具有二维和一维几何形状的粒子将被视为相对论。 原始四维空间中“不运动”(更精确地说,不是相对论)的粒子也将相对论,因为四维空间中的时间比例比三维中的时间流动的速度快很多倍,因此,速度分量很小(对于“四维”观察者而言)从位于其中的物理学家的角度来看,在三维空间的轴上投影中的“静止”粒子将被视为光速。 同时,他们将发现这些“不动”的粒子没有成对的反粒子,并且所有粒子-反粒子对都消灭了,而正是这些“不动”的粒子的形成(由于初始四维空间中的动量守恒定律)。 此外,他们将发现物理学家所组成的粒子质量是对称性破坏的结果,从而解释了他们必须对希格斯场提出的结论。 毕竟,由于相对论粒子在最初的四维空间中的运动,它们很可能不会提出一个更简单的解释,即这是一个普通质量,它也保留在三维空间中,但看起来像是对称破坏的结果。 这会让您想起什么吗?

Source: https://habr.com/ru/post/zh-CN483376/


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