ЭлементыЭлементы большой науки
Жизнь в науке. Дневники
Главная / Дневники / Котофеич (КИСАНТИЙ-III-Й) / Запись

DO NAKED SINGULARITIES BREAK THE RULES OF PHYSICS?

catty_cat2
22.01.2009
13:34
Do Naked Singularities Break the Rules of Physics?
http://www.sciam.com/article.cfm?id=naked-singularities&sc=SA_20090116

Modern science has introduced the world to plenty of strange ideas, but surely one of the strangest is the fate of a massive star that has reached the end of its life. Having exhausted the fuel that sustained it for millions of years, the star is no longer able to hold itself up under its own weight, and it starts collapsing catastrophically. Modest stars like the sun also collapse, but they stabilize again at a smaller size. Whereas if a star is massive enough, its gravity overwhelms all the forces that might halt the collapse. From a size of millions of kilometers across, the star crumples to a pinprick smaller than the dot on an "i."
Ответить предыдущая | следующая

КОММЕНТАРИИ:

22.01.2009 23:17#
voix
Do Naked Singularities Break the Rules of Physics?
Сингулярности в природе быть не может. Ни обнаженной :), ни с горизонтом.
Она нарушает закон сохранения энергии.
23.01.2009 00:01#
catty_cat2
Do Naked Singularities Break the Rules of Physics?
>Она нарушает закон сохранения энергии.
С чего это Вы вдруг взяли? Ничего такого нет, потому что это две совершенно не взаимосвязанные вещи. Сингулярность излучает в полном соответствии с законами сохранения энергии-импульса.
23.01.2009 10:02#
voix
Do Naked Singularities Break the Rules of Physics?
>Сингулярность нарушает закон сохранения энергии
>>С чего это Вы вдруг взяли?


У нее нулевой размер.
Возьмем две нейтронных звезды, между которыми 1000 км. У этой системы некоторая масса.
У тех же нейтронных звезд на расстоянии 100 км масса меньше. Разность масс излучается в виде энергии.

Расстояние между этими звездами не может быть меньше определенной величины, при которой энергия излучения превысит сумму масс покоя звезд. Тем более, расстояние не может быть равным нулю, когда энергия излучения становится бесконечной.

Кстати, может вы объясните, откуда у черной дыры может взяться магнитное поле?
Ведь из черной дыры ничто не может вырваться, даже свет :)
23.01.2009 12:14#
catty_cat2
Do Naked Singularities Break the Rules of Physics?
>У нее нулевой размер.
Я такого не говорил. Сингулярность это поверхность, на которой инварианты кривизны обращаются в бесконечность.
23.01.2009 12:59#
Do Naked Singularities Break the Rules of Physics?
а в ОТО искривление весит?

Если предположить что материя - результат искривления пространства, то сингулярность не должна возникать (аналогия с гидродинамикой)
23.01.2009 14:39#
Do Naked Singularities Break the Rules of Physics?
Предположим, что частицы это искривления пространства, как и остальные взаимодействия... (возможность есть так как описание гравитации имеет больший порядок(тензоры), чем любых других предполагаемых частиц)

тогда что такое постоянная Планка?
это температура вакуума (я предполагаю вакуум непрерывным)
но если брать аналогию с гидродинамикой, то температура не порождает крупномасштабных движений, для порождения крупномасштабных нужна или поверхность (а границы раздела кроме ЧД нам не известны) или крупномасштабные движения.
23.01.2009 13:54#
voix
Do Naked Singularities Break the Rules of Physics?
В статье, ссылку на которую вы привели, сингулярность в точке.

Если сингулярность это поверхность, то как тогда в черной дыре распределяется вещество?
23.01.2009 14:41#
catty_cat2
Do Naked Singularities Break the Rules of Physics?
>В статье, ссылку на которую вы привели, сингулярность в точке.
Если массивная сингулярность точечная, то на математическом языке это означает, что ее тензор энергии-импульса содержит дельта-функцию Дирака.
Физически можете считать, что масса сингулярности заключена в точке. Электрон это тоже точка с конкретной массой и никого это не смущает. Теоретическая физика, это такая наука, в которой физическая реальность трудно отделима от математических абстракций.
23.01.2009 14:44#
Do Naked Singularities Break the Rules of Physics?
Ужас...
электрон точка,
тогда и солнце точка и галактика точка...
хорошо жить в точке

электрон точка только на масштабах значительных по сравнению с его размерами
23.01.2009 15:01#
voix
Do Naked Singularities Break the Rules of Physics?
>Физически можете считать, что масса сингулярности заключена в точке. Электрон это тоже точка с конкретной массой и никого это не смущает

Про электрон никто не говорит, что это сингулярность. Проблему расходимости там решили формальной процедурой перенормировки.
В гравитации проблема расходимости та же, что и в случае заряженных частиц.
Только в ОТО она закамуфлирована горизонтом, поэтому считается, что ее нет.

Кстати, закон Ньютона также допускает сингулярность, но это не значит, что она физически возможна.

23.01.2009 15:30#
catty_cat2
Do Naked Singularities Break the Rules of Physics?
>Про электрон никто не говорит, что это сингулярность.
Электрон это массивная точка в пространстве Минковского. Сингулярность это массивная точка в римановом пространстве и в этой точке инварианты кривизны обращаются в бесконечность. Из ОТО давно известно, что коллапс может завершиться (1) скрытой сингулярностью, того или иного типа (2) голой сингулярностью. Почему Вы считаете, что в природе не может существовать таких сингулярностей, я не знаю. Из простых соображений их запретить нельзя иначе придется отказаться от ОТО.
23.01.2009 16:34#
voix
Do Naked Singularities Break the Rules of Physics?
>Электрон это массивная точка в пространстве Минковского

Электрон, как массивную точку никто не изучает, т.к. в ФЭЧ гравитация ничтожно мала.
Электрон там заряженная точка. Но заряд в точке не сосредоточен, иначе, как я понимаю, получаются расходимости.

>Почему Вы считаете, что в природе не может существовать таких сингулярностей, я не знаю

Я же показал в примере с нейтронными звездами, что в этом случае нарушается закон сохранения энергии.

P.S. Если бы электрон был массивной точкой, то он был бы черной дырой :)
23.01.2009 20:36#
catty_cat2
Do Naked Singularities Break the Rules of Physics?
>Но заряд в точке не сосредоточен, иначе, как я понимаю, получаются расходимости.
В свободном состоянии, электрон описывается дираковским спинором, который есть функция точки и только точки. Ультрафиолетовые расходимости это чисто пертурбативное явление, связанное с непоследовательностью применяемого матаппарата, к физике это никакого прямого отношения не имеет.
>Я же показал в примере с нейтронными звездами, что в этом случае нарушается закон сохранения энергии.
В ОТО этот закон не имеет универсального характера, потому что гравитационное поле не обладает тензором энергии-импульса.

23.01.2009 21:51#
voix
Do Naked Singularities Break the Rules of Physics?
Ультрафиолетовые расходимости лишь одно из следствий точечности заряда, которая приводит к необходимости перенормировки.

Снаружи горизонта у ОТО нет проблем с законом сохранения энергии, только внутри горизонта.
23.01.2009 22:43#
catty_cat2
Do Naked Singularities Break the Rules of Physics?
Ультрафиолетовые расходимости лишь одно из следствий точечности заряда, которая приводит к необходимости перенормировки.
И где там написана эта глупость?
Ультрафиолетовые расходимости это просто результат процедуры (формального перемножения обобщенных функций), которая используется только в теории возмущений. Эта процедура математически некорректна, потому что произведение двух обобщенных функций в одной точке не определено. Перенормировка это просто такая математическая операция (называется это дело в общем случае операцией Боголюбова-Парасюка), которая позволяет задать произведение в любой точке. Никакого физического смысла (как иногда пишут в старых книжках) эта процедура не имеет.

>Снаружи горизонта у ОТО нет проблем с законом сохранения энергии, только внутри горизонта.
А под горизонтом там ничего и нет, потому что на горизонте сингулярность. Под горизонтом даже сигнатура пространства-времени поменяется, а это говорит о том, что решение там нефисическое. Вы видели такое чтобы пространство было одномерным, а время трехмерным? Я например нет.

23.01.2009 23:18#
voix
Do Naked Singularities Break the Rules of Physics?
> Перенормировка это просто такая математическая операция ..Никакого физического смысла (как иногда пишут в старых книжках) эта процедура не имеет

Вот это и плохо, что перенормировка физического смысла не имеет. И в этой статье написано, что к ней приходится прибегать из-за бесконечностей, возникающих в результате предположения о точечности заряда.

> А под горизонтом там ничего и нет, потому что на горизонте сингулярность

Допустим, у нас есть плотное скопление нейтронных звезд. До образования горизонта событий за пределами скопления не хватает массы одной нейтронной звезды.
Но вот эта звезда вошла в скопление и что же, нейтронные звезды скопления превратятся в ничто?

Если математическая теория не способна описать физические процессы, происходящие за горизонтом, это не значит, что там ничего нет или все исчезает.
Это говорит лишь о том, что данная теория несовершенна и что надо искать другую.
24.01.2009 03:41#
catty_cat2
Do Naked Singularities Break the Rules of Physics?
>Вот это и плохо, что перенормировка физического смысла не имеет. И в этой статье написано, что к ней приходится прибегать из-за бесконечностей, возникающих в результате предположения о точечности заряда.
Так думали только во времена Хофта и так написано в старых учебниках. Точечность заряда означает локальность взаимодействия. Т.е. причина расходимостей на самом то деле в том, что взаимодействие на КТП уровне описывается очень сингулярными обобщенными функциями. Например двухточечная функция G(x-y), если ее строить методом теории возмущений, имеет неинтегрируюмую особенность на диагонали x=y. Перенормировка это чисто математическая процедура, которая состоит в выделении этих особенностей и их последующем отбрасывании. Во времена Хофта многие думали, что расходимости связаны именно с суперидеализацией реальных процессов, т.е. с локальностью. На самом деле эти особенности ложные, т.е. нефизические и только по этой причине их можно отбросить и при этом получить правильный физический результат.

>Но вот эта звезда вошла в скопление и что же, нейтронные звезды скопления превратятся в ничто?
Почему это в ничто. Часть материи, в процессе коллапса, превратится в сверхможное рентгеновское излучение, а часть станет массой родившейся ЧД.
Сингулярность это не ничто, а просто такая материя. Не забывайте, что физическая сингуляность это не просто сингулярный потенциал в пустом пространстве. Сингулярность погружена в физический вакуум, а такой объект уже представляет фисическую реальность, что мы и наблюдаем в виде квазаров и ядер активных галактик. Понятно, что это математическая модель намного более сложного фисического объекта, но такая модель работает и способна многое объяснить. Дирак прекрасно понимал, что точечный электрон это просто математическая модель чего то более сложного. Но если бы он впал в пустое фантазерство, о том что такое электрон на самом деле, то ФЭЧ состояла бы из одних пустых фантазий...
24.01.2009 13:12#
voix
Do Naked Singularities Break the Rules of Physics?
> Сингулярность погружена в физический вакуум, а такой объект уже представляет фисическую реальность, что мы и наблюдаем в виде квазаров и ядер активных галактик

Физическая реальность это квазары и активные ядра галактик. То, что сингулярность является физической реальностью еще нужно экспериментально доказать. Возможно, материя имеет ограниченную плотность сжатия. На данный момент максимальную плотность имеют сигма-плюс гипероны. Она примерно в 2 раза выше плотности протона и составляет 1018кг/м3 (нейтронная плотность на порядок меньше).
Не исключена теория, которая сможет описать процессы внутри горизонта и при этом обойдется без сингулярности.
24.01.2009 04:00#
catty_cat2
Do Naked Singularities Break the Rules of Physics?
>Если математическая теория не способна описать физические процессы, происходящие за горизонтом, это не значит, что там ничего нет или все исчезает.
ОТО это не математическая, а фисическая теория. Вот именно по этой причине любые решения ее уравнений (а эти уравнения нелинейны даже в простых случаях) надо проверять на выполнение фисических принципов, которые там присутствуют изначально. ОТО исходит из того что пространство-время всегда имеет одинаковую сигнатуру, (-, +,+,+), , На горизонте метрика Шварцшильда вырождена и сигнатуры там нет, а под горизонтом ее сигнатура (-,-,-,+),т.е. совершенно нефизическая. Исключение составляют ЧД (решения) Пенлеве, о которых тут говорил Губанов. У таких ЧД горизонт не сингулярен и с сигнатурой там все в порядке, а сингулярность там только в точке r=0. Такие ЧД сами по себе практически не излучают и мы можем наблюдать их, только косвенно.
24.01.2009 13:08#
voix
Do Naked Singularities Break the Rules of Physics?
> Исключение составляют ЧД (решения) Пенлеве

У Шварцшильда нет сингулярности в центре?
Если решения Шварцшильда и Пенлеве основаны на ОТО, то почему между ними такая разница?
Каким дополнительным условием они отличаются?
24.01.2009 17:11#
catty_cat2
Do Naked Singularities Break the Rules of Physics?
>Если решения Шварцшильда и Пенлеве основаны на ОТО, то почему между ними такая разница?
Так природа захотела, чтобы уравнения гравитационного поля имели решения с разными физическими свойствами.

>Каким дополнительным условием они отличаются?
Я уже объяснял. Постулаты на которых основан вывод уравнений гравитационного поля, для решения Шварцшильда, теряют физический смысл начиная с горизонта r=r_g, а для решения Пенлеве они справедливы вплоть до r=0. В ОТО сигнатура метрики пространства-времени не меняется.
24.01.2009 18:30#
voix
Do Naked Singularities Break the Rules of Physics?
> Так природа захотела, чтобы уравнения гравитационного поля имели решения с разными физическими свойствами

Самоуверенное утверждение :)
Так можно будет утверждать только, если экспериментально будет доказано существование черных дыр по Шварцшильду и Пенлеве
24.01.2009 19:39#
catty_cat2
Do Naked Singularities Break the Rules of Physics?
>Так можно будет утверждать только, если экспериментально будет доказано существование черных дыр по Шварцшильду и Пенлеве
Расширение вселенной тоже экспериментально не доказано, а только косвенно.
Черные дыры проявляющие себя как Шварцшильд и как Пенлеве, наблюдаются непосредственно и в огромных количествах. Астрофизика это не та наука, где можно сильно рассчитывать на прямые эксперименты.
24.01.2009 21:41#
voix
Do Naked Singularities Break the Rules of Physics?
> Черные дыры проявляющие себя как Шварцшильд и как Пенлеве, наблюдаются непосредственно и в огромных количествах

Наблюдаются ядра галактик, некоторые из которых являются активными. А еще известно, что одно из таких ядер, в нашей Галактике, имеет массу несколько миллионов солнечных масс.

Однако, нет убедительных оснований для того, чтобы утверждать о том, что эти ядра являются черными дырами, а уж тем более черными дырами Шварцшильда или Пенлеве.

У ядер галактик вполне может оказаться конечная плотность.
25.01.2009 00:50#
Do Naked Singularities Break the Rules of Physics?
>А еще известно, что одно из таких ядер, в нашей Галактике, имеет массу несколько миллионов солнечных масс.
Хорошо известно, что тел с такой массой не бывает и ядро нашей галактики это
не тело с конечной плотностью, а сингулярность в пространстве-времени, которая когда то была квазаром, но все еще светится, хотя и не так как миллиарды лет тому назад.

>Однако, нет убедительных оснований для того, чтобы утверждать о том, что эти ядра являются черными дырами, а уж тем более черными дырами Шварцшильда или Пенлеве.
В ОТО других ЧД не бывает, поэтому в свете данных наблюдательной астрономии, которые я приводил ранее, есть убедительные основания считать, что в рамках ОТО этот объект не описывается и соответственно его масса вычислена неправильно.

23.01.2009 16:53#
matwad
Do Naked Singularities Break the Rules of Physics?
Электрон это массивная точка в пространстве Минковского.

Точка?
???
23.01.2009 20:20#
catty_cat2
Do Naked Singularities Break the Rules of Physics?
>Точка?
Надо понимать в том смысле, что это точечная частица. Есть гипотеза что это низколежащий энергетический уровень фермионной струны, но пока это не более чем гипотеза.
24.01.2009 13:27#
matwad
Do Naked Singularities Break the Rules of Physics?

>>Точка?

>Надо понимать в том смысле, что это точечная частица.


То, что под точкой Вы понимаете точечную частицу, понятно. Непонятна Ваша фраза: «Электрон это массивная точка в пространстве Минковского». Почему длительно живущий электрон в пространстве Минковского точка, а не линия? Он же не событие?
27.01.2009 07:59#
catty_cat2
Do Naked Singularities Break the Rules of Physics?
>Почему длительно живущий электрон в пространстве Минковского точка, а не линия?
Вы ведь сами пришли к выводу, что мировую линию ультрарелятивистской частицы наблюдать невозможно...
24.01.2009 06:15#
catty_cat2
Do Naked Singularities Break the Rules of Physics?
>В гравитации проблема расходимости та же, что и в случае заряженных частиц.
Только в ОТО она закамуфлирована горизонтом, поэтому считается, что ее нет.

Не путайте сингулярности пространства-времени в ОТО с сингулярностями в КТП.
Расчет гамма-излучения производимого сингулярностью пространства-времени это просто КЭД на фоне такого сингулярного пространства-времени. Технические детали там достаточно сложные, но теория возмущений там строится таким же точно способом как и для КЭД с классическим внешним полем.
В квантовой гравитации ультрафиолетовые расходимости имеют точно же такую чисто пертурбативную природу как и в КЭД. Но в отличие от КЭД, там лагранжиан неперенормируемый и применить в лоб обычную теорию возмущений, основанную на Боголюбовской процедуре, там уже принципиально невозможно. Там можно вычислять только непертурбативно или искать новые физические принципы, позволяющие перестроить квантовую теорию гравитации таким образом, чтобы теория возмущений там работала. Неудачным с физической точки зрения кандидатом на роль такого нового физического подхода явилась теории суперструн в 10 измерениях. ТВ там работает, но предсказательная сила теории равна нулю. В некритических размерностях пертурбативная процедура, там неприменима как и в случае обычной КТП.
24.01.2009 13:34#
voix
Do Naked Singularities Break the Rules of Physics?
Я не понимаю, почему нигде не говорится, что размер заряженной частицы ограничивается законом сохранения энергии?
Для электрона, к примеру, его радиус не может быть меньше 1.4*10-15м. Иначе, электрон и позитрон, в результате притяжения, приобретут кинетическую энергию, которая превысит их массу покоя.
24.01.2009 16:44#
catty_cat2
Do Naked Singularities Break the Rules of Physics?
>Я не понимаю, почему нигде не говорится, что размер заряженной частицы ограничивается законом сохранения энергии?
Потому что на самом деле размер этим законом не ограничен. Не забывайте, что закон Кулона, модифицируется на малых расстояниях квантовыми поправками.
24.01.2009 18:29#
voix
Do Naked Singularities Break the Rules of Physics?
> Не забывайте, что закон Кулона, модифицируется на малых расстояниях квантовыми поправками

Ну так размер элементарных частиц одна из причин этих поправок
24.01.2009 19:47#
catty_cat2
Do Naked Singularities Break the Rules of Physics?
>Ну так размер элементарных частиц одна из причин этих поправок
Ничего подобного, поправки имеют чисто квантовополевую природу и при их рачсете электрон описывается как точечная частица.
24.01.2009 21:47#
voix
Do Naked Singularities Break the Rules of Physics?
> Ничего подобного, поправки имеют чисто квантовополевую природу и при их расчете электрон описывается как точечная частица

Разумеется, размер у электрона появится в теории, которая придет на смену квантовой механике. И тогда никаких поправок не потребуется :)
26.01.2009 01:11#
catty_cat2
Do Naked Singularities Break the Rules of Physics?
>Разумеется, размер у электрона появится в теории, которая придет на смену квантовой механике.
На смену релятивистской квантовой механике ничего не придет, по крайней мере вплоть до планковских масштабов, только все равно в этой теории, никакого размера в обычном смысле, у электронов не будет.
Вести дневник и оставлять комментарии могут только зарегистрированные пользователи
Логин:
Пароль:
Зарегистрироваться
Последние сообщения
Помощь
Всего дневников: 654

Пользователей
в системе: 2782

Всего записей
и комментариев: 50248

Записей и комментариев
за последние 24 часа: 16

АКТИВНЫЕ ДНЕВНИКИ


 
Энциклопедия | Новости | Блоги | Календарь | Право | Библиотека | Детские вопросы | ЖОБ При поддержке фонда Дмитрия Зимина - Династия