Agujeros blancos y colapso de Oppenheimer-Snyder invertido en el tiempo

Entonces, la explicación enlatada que siempre escucho acerca de por qué la solución del agujero blanco de la solución extendida de Schwarzschild no es física es que "la distribución de la materia corta la solución del agujero blanco".

Sin embargo, si observo el colapso de Oppenheimer-Snyder, la solución cosmológica que pego en el interior del polvo es solo el modelo cerrado sin presión de la métrica de Robertson-Walker, que es perfectamente simétrico en el tiempo con respecto al punto de máxima expansión. Si miro esto ingenuamente, entonces, el fluido en la solución de Oppenheimer-Snyder se originó en una singularidad, que luego se desintegra, para formar un fluido expandido, que alcanza una extensión máxima, y ​​luego vuelve a colapsar para formar una singularidad en el futuro, después de algún tiempo finito. Esa singularidad pasada me parece un agujero blanco.

¿Qué estoy malinterpretando aquí? ¿O es solo una patología de la construcción de Oppenheimer-Snyder que es demasiado simple y los modelos de materia físicamente más realistas PODRÍAN cortar la singularidad pasada?

Respuestas (4)

El punto es que la configuración que está describiendo como el colapso de Oppenheimer-Snyder invertido en el tiempo necesitaría condiciones iniciales muy específicas para ocurrir. Un proceso de colapso, por otro lado, es muy genérico. Puede tener un colapso con cualquier número de configuraciones iniciales. En ese sentido, un proceso de colapso es más físico que al revés.

Es como dejar caer una aguja y hacer que aterrice en su punta. Hay muchas maneras de dejarlo caer y tenerlo acostado de lado, pero solo hay una en la que puede dejarlo caer y hacer que aterrice y se mantenga equilibrado sobre su punta.

Es una posibilidad matemática pero una improbabilidad física.

DE ACUERDO. Tome cualquier espacio-tiempo libre de singularidad con un momento de simetría temporal cuyo desarrollo futuro tenga un agujero negro. ¿Por qué ese espacio-tiempo no tiene un agujero blanco en su pasado? Alternativamente, ¿por qué pequeñas perturbaciones del espacio-tiempo de Oppenheimer-Snyder harían que la singularidad pasada desapareciera, pero la singularidad futura permaneciera?
Por la misma razón que uno puede romper un huevo pero no reconstituir un huevo entero a partir de uno roto. Es una cuestión de entropía.
@Jerry Schirmer: Creo que lo estás mirando al revés. No se trata de si en el pasado de cada agujero negro debería haber un agujero blanco, sino de si una configuración de polvo que podrías tener ahora se ha originado en el interior de un agujero blanco. El colapso de Snyder no es la única forma de obtener un agujero negro. Christodoulou, por ejemplo, ha demostrado que puede haber una convergencia de ondas gravitacionales desde el infinito nulo con condiciones iniciales generales que produce una superficie atrapada y termina formando un agujero negro. No hay un agujero blanco en el pasado de eso.
Seguro. todo el argumento se derrumba si no hay un momento de simetría temporal en la solución, pero eso no parece ser un requisito radical. Y uno pensaría que la mayoría de los agujeros negros provienen de partículas, y no cosas como geones y ondas Brill. Pero si puede encontrar distribuciones de materia físicamente realistas que parecen tener soluciones de agujeros blancos en el pasado,
El argumento básico es que los agujeros blancos tienen una entropía muy baja, como el Big Bang.
Un agujero blanco debería, clásicamente, solo tener una entropía proporcional a su área: el argumento de Bekenstein debería funcionar a la inversa tan bien como funciona hacia adelante.
Sí, y la entropía de un huevo es la misma sin importar si viene antes o después de la gallina. Pero, ¿qué evolución es más probable, aquella en la que una gallina pone un huevo del que sale una nueva gallina o aquella en la que una gallina se mete en un huevo y salta dentro de otra gallina?
@Raskolnikov Entonces, su argumento es que los agujeros negros/blancos tienen una entropía muy alta (lo contrario de lo que dijo SKlivvz), y que tener un horizonte de captura pasado es entrópicamente desfavorable. Si puede mostrarme cómo las pequeñas perturbaciones del espacio-tiempo eliminarán la singularidad pasada pero no la futura, lo escucho (esto es básicamente lo que sería el argumento de la entropía: las soluciones de agujeros blancos forman una pequeña porción del espacio disponible). microestados de soluciones). Pero no creo que este sea un resultado correcto: cualquier perturbación simétrica alrededor t = 0 seguirá teniendo WH, por ejemplo.
En la misma línea, ¿qué me prueba que toda esta publicación con su pregunta no es solo una fluctuación de un estado de equilibrio? Si puede responder a esa pregunta, comprenderá por qué asumimos lo mismo sobre los agujeros blancos. Sugiero leer el libro de David Albert donde aborda su problema.
O, si no eres tan paciente, aquí tienes una alternativa .
@Raskolnikov: Entiendo qué es la flecha del tiempo. Entiendo la segunda ley de la termodinámica. A partir de ahora, estas cosas son diferentes de las leyes de la dinámica de los agujeros negros, ya que no hay una forma coherente de asignar microestados a un horizonte de agujeros negros; la investigación actual tiene estas cosas como metáforas, incluso con argumentos convincentes como los de Bekenstein y Hawking. Y, como se indica a continuación, pregunté y encontré la solución real a este problema: que las soluciones reales de espacio-tiempo no tienen la simetría de momento en la que se basa este argumento. Esa respuesta no tiene nada que ver con la entropía.
Por supuesto que tiene todo que ver con la entropía. Usted mismo lo dice en su respuesta: "la distribución de la materia es algo así como una estrella que se va al pasado lejano" o, en otras palabras, los agujeros blancos en el pasado lejano se descartan al postular que el universo comenzó en un estado especial de baja entropía. que así no podría haber contenido agujeros blancos.
Y el libro de Albert ni siquiera trata de la Relatividad General. Apelar vagamente a la flecha del tiempo no me da una razón matemática de por qué la solución del agujero blanco se cortaría en absoluto. GR perturbativo lo haría. Estaba mucho más preguntando <b>cómo</b> se corta la solución que <b>por qué</b> se corta. Y la respuesta es que no. Y es probable que ni siquiera en los espaciotiempos se acerque perturbativamente al espaciotiempo de Oppenheimer-Snyder.
@Raskolnikov: Sin embargo, esta situación es bastante diferente de las partículas en un gas. La física fundamental aquí es reversible en el tiempo, y es reversible en el tiempo en una gran fracción del espacio de parámetros. Y no es reversible en el tiempo en el sentido en que lo es la física microscópica, pero no lo es la física macroscópica. En este caso, <b>la física macroscópica</b> es explícitamente reversible en el tiempo. Decir 'es solo entropía' no es una prueba en absoluto, especialmente, como dije antes, no hay ningún conjunto termodinámico que haya demostrado generar dinámicas de agujeros negros...
'cotd... resultados prometedores en teoría de cuerdas y LQG a un lado. De todos modos, decir "Es solo entropía" no hace nada para predecir cómo una distribución de materia cortará la solución del agujero blanco. No voy a estar satisfecho con las sobreextensiones a nivel popular del trabajo incompleto a nivel de investigación. Y está claro que no tienes una respuesta para esto que tenga algo que ver con la Relatividad, y de todos modos, eso no tiene nada que ver ni con el modelo en cuestión, ni con ninguno de sus vecinos cercanos en el espacio de parámetros.
Como dije antes, su pregunta, tal como la plantea aquí, parece estar al revés. Está preguntando si se puede excluir matemática o físicamente el agujero blanco pasado de un agujero negro futuro que provendrá del colapso de una distribución de polvo presente. Obviamente la respuesta es no. Pero ese no es el problema de por qué los agujeros blancos no son físicos. No son físicos porque en la naturaleza comúnmente hay una nube de polvo que colapsa debido a una inestabilidad y esa nube de polvo ha sido una nube de polvo y nada más antes de eso. Entonces, en ese sentido, "La distribución de la materia corta el agujero blanco".
Te estoy dando la respuesta para ese último comentario.
Lo siento. Ahora puedo ver que mi respuesta original no fue muy clara al respecto. Traté de expresarlo de una manera más general señalando la naturaleza genérica del colapso, pero resultó ser un poco críptico.
@Vagelford: no te preocupes. Estas son cosas difíciles. Y sí, en última instancia, todo se reduce a las condiciones iniciales, creo. Sin embargo, probablemente esté mucho más cerca de por qué no vemos soluciones avanzadas para las ecuaciones de Maxwell que cualquier argumento sobre la entropía.

Entonces, mencioné esto en la reunión de mi grupo de investigación esta semana. Resulta que mi suposición inicial era correcta: el desarrollo anterior del espacio-tiempo de Oppenheimer-Snyder contiene un agujero blanco. Cuando la gente dice que la distribución de la materia corta el agujero blanco, lo que generalmente asumen es que el espacio-tiempo no contiene un momento de simetría temporal, y que la distribución de la materia es algo así como una estrella, que se remonta al pasado lejano.

Sí, el tiempo invertido de Oppenheimer Snyder contiene un agujero blanco. Así que lo que. Tienes que configurar el agujero blanco, y con condiciones muy específicas sobre la singularidad que está emitiendo las capas de polvo Oppenheimer Snyder para salir. Esto se considera no físico. Una mejor pregunta sería si las capas de polvo cargadas colapsaran para formar un agujero negro Reissner Nordstrom casi extremo (o un agujero blanco, lo que quieras, son lo mismo).

No puedo entender la frase citada "La distribución de la materia corta la solución del agujero blanco", pero intentaré responder el resto de la pregunta.

El modelo de Oppenheimer-Synder para el colapso de un agujero negro es una solución de las ecuaciones de GR clásico donde una nube de polvo simétrica esféricamente uniforme sin presión ni rotación colapsa para formar un agujero negro. La inversión del tiempo también es una solución válida de las ecuaciones de campo, pero representaría un agujero blanco y, por lo tanto, normalmente se considera no físico.

Dentro de la esfera de polvo, la solución coincide con las bien conocidas soluciones cosmológicas de Freidman, Robertson Walker para el universo en expansión. Fuera de la esfera que se derrumba, parece que las soluciones estáticas del agujero negro de Schwartzchild.

En la solución cosmológica, hay diferentes casos en los que el universo puede expandirse para siempre o colapsar. Lo mismo sucede en la solución de Oppenheimer-Synder. Entonces, hay casos en los que comienza con un agujero blanco y el polvo se expande hacia afuera, pero el polvo no tiene suficiente energía para escapar, por lo que vuelve a colapsar para formar un agujero negro. Sin embargo, hay otros casos en los que el polvo se escapa del agujero blanco. La inversión temporal de esto es también la formación de un agujero negro sin el agujero blanco en el pasado.

Por cierto, todos estos son casos especiales de una clase más general de soluciones esféricamente simétricas llamadas soluciones de Lamaitre-Tolman.

Un agujero blanco es, en cierto sentido, un agujero negro invertido en el tiempo. Si tomas un diagrama de Eddington-Finkelstein y lo inviertes, tienes un agujero blanco. Un sentido físico de las cosas sugiere que éstas no existen. El argumento para "cortar" generalmente se interpreta como cómo el diagrama conforme de Penrose con dos parches cuadrados para regiones similares al tiempo y dos regiones triangulares similares al espacio se reduce para eliminar la región similar al espacio inferior para el agujero blanco. Es bastante claro que existe una asimetría entre las dos mitades de la solución pura o "eterna".

Sin embargo, los agujeros blancos pueden haber jugado un papel en el universo primitivo. La constante de Hubble es a ˙ / a   =   H , a ˙   =   d a / d t , y a el factor de escala La ecuación diferencial de movimiento FLRW para un vacío constante para el espacio-tiempo de De Sitter es

( a ˙ / a ) 2   =   8 π GRAMO Λ / 3 ,
que tiene una solución exponencial. Entonces tenemos el factor de escala evolucionando como
a   ≃   3 / 8 π GRAMO Λ mi X pag ( 8 π GRAMO Λ / 3 t ) .
Esta expansión exponencial es lo que suavizó las anisotropías en el universo.

Entonces consideramos esto con cierta anisotropía que se rebobina hacia atrás en el tiempo. Entonces, las pequeñas anisotropías se vuelven a agrupar rápidamente durante el período inflacionario, lo que en un entorno inverso en el tiempo puede significar el colapso de la materia en agujeros negros. Ahora bien, esta es la inversión temporal de la inflación, lo que significa que el período inflacionario puede haber tenido agujeros blancos. Los agujeros blancos podrían haber sido alguna perturbación en la cosmología inflacionaria y su desaparición en el espacio en expansión exponencial algún aspecto de la inflación.

Agujeros blancos y colapso de Oppenheimer-Snyder invertido en el tiempo
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