Membran paradigm

I svart håls fysik är membranparadigmet en användbar modell för att visualisera och beräkna effekterna som förutspås av allmän relativitetsteori utan att direkt beakta regionen som omger det svarta hålets händelsehorisont . I denna modell representeras ett svart hål som en klassisk utstrålande yta (eller membran ), tillräckligt nära händelsehorisonten - en förlängd horisont . Detta förhållningssätt till teorin om svarta hål utvecklades av Kip Thorne , Richard Price och Douglas MacDonald.

Resultaten som erhålls med detta tillvägagångssätt anses vara ganska tillförlitliga.

Ett svart hål är en massa gravitation, det finns ingen materia vid dess horisont. Trots detta ser horisonten till en extern observatör (utanför det svarta hålet) och beter sig som ett fysiskt membran gjord av en tvådimensionell viskös vätska med vissa mekaniska, elektriska och termodynamiska egenskaper. Denna häpnadsväckande syn på horisonten som ett membran är känt som membranparadigmet (membrantillvägagångssätt) (se Thorne et al. [1] för en mer detaljerad diskussion om detta). I enlighet med detta tillvägagångssätt beskrivs horisontens interaktion med det omgivande universum av välbekanta lagar för horisontvätskan, till exempel Navier-Stokes ekvation, Maxwells ekvationer, tidvattenkraftsekvationen och termodynamikens ekvationer. Det är mycket viktigt att betona att membranparadigmet inte är en metod för approximation eller någon form av analogi. Detta är en exakt formalism som ger samma resultat som standardformalismen för allmän relativitet. Eftersom lagarna som styr horisontens beteende är bekanta är de ett kraftfullt verktyg för att intuita och kvantifiera beteendet hos svarta hål i komplexa situationer.

- I. D. Novikov, V. P. Frolov "Svarta hål i universum"

Elektriskt motstånd

Thorne (1994) tillämpning av detta tillvägagångssätt på svarta håls fysik föregicks av upptäckten av Hanni, Ruffini, Wald och Cohen i början av 1970-talet av det faktum att eftersom en elektriskt laddad partikel som faller in i ett svart hål skulle tyckas en utomstående observatör som svävar direkt ovanför händelsehorisonten, kommer dess elektriska fält att fortsätta att observeras och det kommer att vara möjligt att bestämma partikelns placering utifrån den. Om det svarta hålet roterar kommer det att dra partikeln med sig och därigenom skapa den enklaste dynamo .

Ytterligare beräkningar gjorde det möjligt att få en sådan egenskap hos ett svart hål som effektivt elektriskt motstånd. Eftersom fältlinjerna går under händelsehorisonten, och eftersom allmän relativitet säger att inga dynamiska interaktioner kan passera genom händelsehorisonten, var det rimligt att introducera en yta direkt ovanför horisonten och säga att dessa fältlinjer tillhör den.

Hawking-strålning

Efter att ha introducerats för att beskriva horisontens elektriska egenskaper, användes detta tillvägagångssätt därefter för att simulera effekten som förutspåtts av kvantmekaniken - Hawking-strålning .

I koordinatsystemet för en avlägsen stationär observatör beskrivs Hawking-strålning vanligtvis som effekten av kvantmekanisk produktion av par av partiklar (baserat på principen om virtuella partiklar ), men för en stationär observatör som befinner sig nära horisonten bör denna effekt framstår som rent klassisk strålning av "riktiga" partiklar. I "membranparadigmet " beskrivs det svarta hålet från denna observatörs synvinkel i vila, och eftersom dess koordinatsystem slutar vid r=2M (i den allmänna relativitetsteorien kan observatören inte vara under eller vid händelsehorisonten), denna strålning anses genererad av ett oändligt tunt lager av "het» materia vid eller direkt ovanför den kritiska radien r=2M, där koordinatsystemet slutar.

Liksom i det elektriska fallet är membranparadigmet lämpligt här eftersom de beskrivna effekterna äger rum upp till själva horisonten, men på grund av den allmänna relativitetsteoriens begränsningar kan de inte korsa själva horisonten. Användningen av ett imaginärt membran som ligger vid horisonten gör det möjligt att modellera dessa processer inom ramen för klassisk fysik, förbi dessa begränsningar.

1986 publicerade Kip Thorne , Richard Price och D. Macdonald en samling verk av olika författare med hjälp av idén i fråga: Black Holes: The Membrane Paradigm .

Se även

Litteratur

Länkar

I. D. Novikov, V. P. Frolov. Svarta hål i universum