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1 # 仁懷明
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2 # 瀟軒
很好的問題,這裡涉及到黑洞附近的時間與遠方觀察者的時間的差異——這是引力對時間彎曲的效應,你提的問題是完全正確的,具體的計算非常複雜,因為涉及到兩個黑洞,我們在解析計算上是無能為力,我只能給你一些估算。
你提到:“引力波探測的時間極短,1秒左右,但是考慮到相對論效應,對遠處觀察者而言,這個極短的時間應該是被幾乎無限拉長後的時間,那麼黑洞本身合併時間有多短?會比普朗克時間還短?”
沒錯,在地球上確實只看到1秒左右的引力波(最近那次中子星引力波時間長一些,大概100秒),無論怎麼樣,這個1秒是地球上的時間——那麼,在碰撞的黑洞那地方,對應的是多少秒呢?
一般考慮這些問題的時候,我們把座標系的原點是建立在黑洞那裡的,地球相當於處於座標系的無限遠處。我們只能大致估算一下,用史瓦西度量計算。
廣義相對論認為,一個球對稱星體(例如太陽,或者你說的遠方的兩個黑洞碰撞)造成的彎曲時空中,時鐘變慢由下式決定:
式中M為星體質量,G為萬有引力常數,C為真空中的光速。t是地球上的時間, tau是黑洞附近的時間。
所以你怎麼看時間差,在上面的公式中,你保持tau的變化量固定,然後在r很小的時候,就是黑洞發出引力波訊號的一個時間間隔。然後讓r趨向於地球座標的時候,就是地球上的時間間隔。具體你自己代入資料去算一下吧。
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3 # 大刀吧主的水彩小鋪
具體就是一個在地球看來很短,但是在黑洞看來是一個無比漫長的時間,因為在黑洞中引力太大,所以時間很慢,但是這僅是猜測而已,因為在黑洞中時間還好不好使,我們認為的物理定律是否還有效,都不好說。
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4 # 科普作家張軒中
這個問題看起來是非常有趣的,而且基本思想已經在這個帖子下面由“瀟軒”做了回答。我在這裡給一個補充。然後,大家結合起來看,就可以明白這計算到底應該如何來進行,無論怎麼樣,首先,我們都需要知道廣義相對論中的度量,尤其是最簡單的度量,那就是史瓦西度量。廣義相對論認為, 時空彎曲的地方, 鍾走得慢, 彎曲越厲害, 鍾走得越慢。太陽表面的鍾就比地球上的鐘慢。
史瓦西黑洞的度量,如果只考慮徑向傳播的引力子,請看我畫的下圖:
在上面這個圖片中,紅色的線就是引力子走過從黑洞附近走到地球的世界線,我們用來表示引力波。那麼,t1與t2的差t2-t1就是從黑洞附近發出引力波的一個時間間隔,引力波到了地球上,時間間隔就變成了t4-t3。
現在問題的關鍵是,因為時空的彎曲,t2-t1不等於t4-t3。這就是本文要解決的問題。
我們在地球上測量到的是t4-t3,而黑洞那邊是t2-t1。
但是,我們可以把它們的聯絡求出來,這個聯絡就是我上圖中畫的紅線,這個2條紅線的長度等於零(物理意義是引力波以光速傳播)。所以,我們就可以透過解微分方程求出t2-t1與t4-t3的差距了。
這個公式其實就是“瀟軒”的回答裡的那個圖片裡寫的公式。大家看不明白可能是因為大家不會解微分方程?不過,總的說來,我寫的公式裡省了一些物理常數,大家自己補上就可以求解了。具體的r1就是黑洞附近的座標,比如說100公里,而r2就是地球的座標,比如說13億光年。
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黑洞,首先,不是洞,確切的說,是引力球,在空間上產生的裂口。
黑洞的轉速和引力是極高的,在正常情況下,兩個黑洞合併的事件並不多,這是因為星系團內不常出現兩個中子星演變成黑洞的事件,即便是演變成黑洞,也不常見就合併了。
如果認定黑洞是可以合併的,那麼就一定是證明了黑洞是運動的,在運動中兩個黑洞進行合併,這是一個非常大的天體事件,我覺得黑洞中會有一個宇宙空間的存在,如果是兩個黑洞合併,那就是兩個黑洞內的宇宙空間在合併,這是一件很恐怖的事情。
至於時間,雖然宇宙中是真空狀態,但是由於兩個引力井的作用,就算黑洞是飛速旋轉,那麼速度也不會很快,因為其質量非常大,所以,兩個黑洞的合併不低於兩個星系團合併的時間。