Почему размер черной дыры увеличивается с массой, если сингулярность — это бесконечно плотная точка?

Черные дыры — это одни из самых загадочных и захватывающих объектов во Вселенной. Они образуются, когда массивная звезда коллапсирует под воздействием собственной гравитации, и их гравитационное поле настолько сильно, что даже свет не может его покинуть. Центральной частью черной дыры является сингулярность, которая традиционно рассматривается как точка бесконечно малых размеров с бесконечной плотностью.

Сингулярность и её природа

Сингулярность — это область, где известные физические законы перестают действовать. В классической физике она описывается как математическая точка, но в физических моделях такая "точка" не имеет физического размера или поверхности. Важно помнить, что наши представления о сингулярности основываются на общих теориях, которые могут не полностью отражать реальную физику этих объектов.

Горизонт событий и его роль

Несмотря на то, что сингулярность внутри черной дыры может быть точечной, физически измеряемый "размер" черной дыры определяется ее горизонтом событий. Горизонт событий — это граница, за которой ни один объект или информация не может покинуть черную дыру. Размер горизонта событий зависит от массы черной дыры и увеличивается по мере увеличения массы.

Формула Шварцшильда описывает радиус горизонта событий (также известный как радиус Шварцшильда) как:

r_s = 2GM/c^2

где G — гравитационная постоянная, M — масса черной дыры, а c — скорость света. Из этой формулы видно, что радиус горизонта событий пропорционален массе черной дыры.

Как масса влияет на размер черной дыры?

Когда черная дыра поглощает окружающую материю, ее масса увеличивается. Это увеличение массы приводит к увеличению радиуса горизонта событий и, следовательно, видимого "размера" черной дыры. Таким образом, размер черной дыры, выраженный в горизонте событий, растет с увеличением массы, несмотря на то, что сама сингулярность остается бесконечно плотной точкой.

Вопрос о размере черной дыры и его росте с массой поражает своей сложностью и красотой. Сингулярность остается концептуальной точкой, в то время как наблюдаемый размер черной дыры определяется горизонтом событий. Именно этот радиус горизонта зависит от массы черной дыры и является причиной роста "размера" черной дыры при увеличении массы.