Membran paradigme

I sorte huls fysik er membranparadigmet en nyttig model til at visualisere og beregne de virkninger, der forudsiges af den generelle relativitetsteori uden direkte at overveje området omkring det sorte huls begivenhedshorisont . I denne model er et sort hul repræsenteret som en klassisk udstrålende overflade (eller membran ), tæt nok på begivenhedshorisonten - en udvidet horisont . Denne tilgang til sort hul-teori blev udviklet af Kip Thorne , Richard Price og Douglas Macdonald.

Resultaterne opnået ved hjælp af denne tilgang anses for at være ret pålidelige.

Et sort hul er en masse tyngdekraft; der er intet stof i horisonten. På trods af dette ser horisonten ud til en ekstern iagttager (uden for det sorte hul) og opfører sig som en fysisk membran lavet af en todimensionel viskøs væske med visse mekaniske, elektriske og termodynamiske egenskaber. Dette forbløffende syn på horisonten som en membran er kendt som membranparadigmet (membrantilgang) (se Thorne et al. [1] for en mere detaljeret diskussion af dette). I overensstemmelse med denne tilgang beskrives horisontens interaktion med det omgivende univers af velkendte love for horisontvæsken, for eksempel Navier-Stokes-ligningen, Maxwells ligninger, tidevandskraftligningen og termodynamikkens ligninger. Det er meget vigtigt at understrege, at membranparadigmet ikke er en metode til tilnærmelse eller en form for analogi. Dette er en nøjagtig formalisme, der giver de samme resultater som standardformalismen for generel relativitet. Da lovene, der styrer horisontens adfærd, er velkendte, er de et stærkt værktøj til at intuitere og kvantificere sorte hullers adfærd i komplekse situationer.

- I. D. Novikov, V. P. Frolov "Sorte huller i universet"

Elektrisk modstand

Thorne (1994)'s anvendelse af denne tilgang til sorte huls fysik blev forudgået af Hanni, Ruffini, Wald og Cohens opdagelse i begyndelsen af ​​1970'erne af det faktum, at eftersom en elektrisk ladet partikel, der falder ned i et sort hul, ser ud til at en udefrakommende observatør til at svæve direkte over begivenhedshorisonten, vil dens elektriske felt fortsat blive observeret, og det vil være muligt at bestemme partiklens placering ud fra den. Hvis det sorte hul roterer, vil det trække partiklen med sig og derved skabe den enkleste dynamo .

Yderligere beregninger gjorde det muligt at opnå en sådan egenskab af et sort hul som effektiv elektrisk modstand. Da feltlinjerne går under begivenhedshorisonten, og da den generelle relativitetsteori siger, at ingen dynamiske interaktioner kan passere gennem begivenhedshorisonten, var det rimeligt at introducere en overflade direkte over horisonten og sige, at disse feltlinjer hører til den.

Hawking-stråling

Efter at være blevet introduceret for at beskrive horisontens elektriske egenskaber, blev denne tilgang efterfølgende anvendt til at simulere effekten forudsagt af kvantemekanik - Hawking-stråling .

I koordinatsystemet for en fjern stationær observatør beskrives Hawking-stråling normalt som effekten af ​​kvantemekanisk produktion af partikelpar (baseret på princippet om virtuelle partikler ), men for en stationær observatør placeret tæt på horisonten bør denne effekt fremstår som rent klassisk stråling af "rigtige" partikler. I "membranparadigmet " er det sorte hul beskrevet fra denne iagttagers synspunkt i hvile, og da dets koordinatsystem ender ved r=2M (i almen relativitetsteori kan observatøren ikke være under eller ved begivenhedshorisonten), denne stråling anses for at være genereret af et uendeligt tyndt lag af "varmt » stof ved eller direkte over den kritiske radius r=2M, hvor koordinatsystemet ender.

Som i det elektriske tilfælde er membranparadigmet bekvemt her, fordi de beskrevne effekter finder sted op til selve horisonten, men på grund af den generelle relativitets begrænsninger kan de ikke krydse selve horisonten. Brugen af ​​en imaginær membran, der ligger i horisonten, gør det muligt at modellere disse processer inden for rammerne af klassisk fysik, uden at disse begrænsninger omgås.

I 1986 udgav Kip Thorne , Richard Price og D. Macdonald en samling af værker af forskellige forfattere, der brugte den pågældende idé: Black Holes: The Membrane Paradigm .

Se også

Litteratur

Links

I. D. Novikov, V. P. Frolov. Sorte huller i universet