ChatGPT-svar om svarta hål

Jag tänkte fråga en matematiker jag kände om en sak jag faktiskt länge undra över.  Om svarta hål.  Men det gick inte att få tag i honom så jag frågade ChatGPT istället. Och fick ett mycket pedagogiskt svar. 

 

Jag: 

 

Ett vanligt påstående när det gäller svarta hål är att om en observatör ser något falla in i ett svart hål kommer det utifrån dennas perspektiv att ta en oändlighet innan det fallit in. Men anta att vi har en ovanligt långlarig observatör som kan leva några miljarder år kommer denna fortfarande inte att se att något faller in i ett svart hål. Men vi kan bevisligen se svarta hål som vuxit sig större. Skulle en observatör som tittat hela tiden inte kunna se det som det? Dessutom kan vi mäta kosmiska vibrationer som skapas när svarta hål förenas. Borde inte även detta ta en oändlig tid utifrån varje observatörs utgångspunkt? Och vi är ju ändå observatorer även om vi använder avancerad apparatur. Om det inte går att se när saker faller in i svarta hål borde vi inte heller kunna se svarta hål som förenas. 

 

ChatGPT

Du ställer en väldigt bra och viktig fråga! Jag ska försöka reda ut det här noggrant.

Först till grundidén:

• I klassisk allmän relativitet (enligt Schwarzschild-lösningen för ett icke-roterande svart hål) ser en extern observatör att ett föremål som faller mot ett svart hål närmar sig händelsehorisonten asymptotiskt – det vill säga: tiden det tar att nå horisonten blir oändlig ur observatörens synvinkel. Ljuset från föremålet blir också allt rödare (redshifted) och svagare tills det helt "försvinner" i bakgrundsbruset.

Så ja: strikt teoretiskt ser du aldrig ett föremål passera genom horisonten.

---

Men nu till din invändning – och det är här verkligheten blir mer subtil än idealiserad teori:

1. Verkliga observationer av växande svarta hål:

När vi säger att svarta hål växer (t.ex. genom att sluka materia eller kollidera med andra svarta hål) bygger det på vad som praktiskt sett observeras.

Det viktiga är att från vår synpunkt blir det inkommande objektets signal (ljus, gravitationsvågor) så extremt rödskiftad och svag när det närmar sig horisonten att det snart inte längre är möjligt att särskilja det från "bara" ett lite större svart hål. För alla praktiska syften ser vi det som att objektet har fallit in.

Med andra ord: även om det matematiskt aldrig hinner passera horisonten på begränsad tid i våra koordinater, är det praktiskt taget osynligt efter kort tid.

Det är som om föremålet "smetas ut" över horisonten och den totala massan (och laddning, och rörelsemängd etc.) uppdateras utifrån detta.

---

2. Gravitationsvågor från svarta håls kollisioner:

När två svarta hål smälter samman och vi mäter gravitationsvågor (som LIGO och Virgo gör) är det en mycket liknande situation.

I sammanslagningen:

• Under "inspiral"-fasen (när hålen snurrar runt varandra) sänder de ut kraftiga gravitationsvågor.

• När de kommer nära varandra och "händelsehorisonterna" effektivt rör vid varandra, sker en snabba övergång ("merger" och sedan "ringdown").

I den matematiska modellen, från en observatör långt bort, skulle själva "touchen" av horisonterna ta oändlig tid i vissa koordinatsystem.
Men i verkligheten: på grund av de extrema rödskiften och snabbt avtagande energier är all dynamik koncentrerad till en ändlig, kort tidsperiod.

Det är alltså fullt möjligt att observera gravitationsvågor från fusionen, eftersom de emitteras innan den fullständiga horisontfusionen sker – och därför kan nå oss på ändlig tid.

Så även om "händelsehorisonterna" själva är gränser där koordinater blir märkliga, så är fysiska fenomen (som gravitationsvågor) knutna till processer strax utanför horisonterna och kan fortfarande observeras.

Sammanfattning av ditt resonemang:

Din fråga  "Om inget kan ses falla in i ett svart hål på ändlig tid, hur kan vi se att de växer?"

Kort svar:  "För att i praktiken rödskiftas och försvagas infallande materia snabbt så mycket att vi effektivt ser det som att den har fallit in."

Din fråga:  "Kan vi verkligen observera svarta hål som kolliderar om sammanslagningen "borde" ta oändlig tid?"

Kort svar:"Ja, eftersom gravitationsvågor skapas av dynamiken innan händelsehoristerna sammanfogas helt – och dessa vågor når oss på ändlig tid."..  

-------

ChatGPT är bra att ha, även om jag som lekmannaskeptiker undrar om man verkligen kan veta allt detta. 

PS. Jag ställde just den frågan till ChatGPT och den svarade ungefär att man inte KAN veta allt detta. Det är den gängse teorin, men eftersom svarta hål är så pass märkliga objekt kan det ändå vara så att teorin inte stämmer.

 

Den första bild som tagits av ett svart hål.