Penrose-Diagramm

In der theoretischen Physik, ist ein Penrose-Diagramm ein zweidimensionales Diagramm, das die Kausalzusammenhänge zwischen verschiedenen Punkten in der Raumzeit erfasst. Es ist eine Erweiterung eines Minkowski-Diagramm, wo die vertikale Dimension die Zeit repräsentiert und die horizontale Dimension steht Raum und schrägen Linien in einem Winkel von 45 ° entsprechen Lichtstrahlen. Der größte Unterschied ist, dass vor Ort ist die Metrik auf einem Penrose-Diagramm konform äquivalent zum eigentlichen Metrik in der Raumzeit. Die konforme Faktor wird so gewählt, dass die gesamte infinite Raumzeit in eine Penrose Diagramm endliche Größe transformiert. Für kugelsymmetrischen Raumzeiten, jeder Punkt im Diagramm entspricht einer 2-Sphäre.

Grundeigenschaften

Während Penrose Diagramme die gleiche Basis-Koordinatenvektorsystem andere Raum-Zeit-Diagramme zur lokalen asymptotisch flachen Raumzeit, stellt es ein System darstellt fernen Raumzeit durch Schrumpfen oder "Knirschen" Entfernungen, die weiter entfernt sind. Geraden Linien konstanter Zeit und Raumkoordinaten daher Hyperbeln, die an Punkten in den Ecken des Diagramms konvergieren angezeigt zu werden. Diese Punkte stellen "konforme unendlich" für Raum und Zeit.

Penrose Diagramme richtig genannt Penrose-Carter-Diagramme, die Anerkennung sowohl Brandon Carter und Roger Penrose, der die ersten Forscher, um sie zu beschäftigen waren. Sie werden auch als konforme Diagramme oder einfach Raumzeit-Diagrammen.

Zwei Linien bei 45 ° Winkeln gezeichnet sollte im Diagramm schneiden sich nur, wenn die entsprechenden zwei Lichtstrahlen schneiden sich in der eigentlichen Raumzeit. So kann eine Penrose-Diagramm als eine knappe Darstellung der Raumzeit-Regionen, die der Beobachtung zugänglich sind, verwendet werden. Die diagonalen Grenzlinien eines Penrose Diagramm entsprechen dem "unendlich" oder Singularitäten, wo Lichtstrahlen muss ein Ende haben. Somit sind auch Penrose Diagramme, die nützlich für das Studium der asymptotische Eigenschaften Raumzeiten und Singularitäten. Eine unendliche statische Minkowski Universum Koordinaten zu Penrose bezogenen Koordinaten von:

Die Ecken des Penrose Diamant, der die raumartigen vertreten und zeit konforme Unendlichkeiten sind vom Ursprung.

Schwarze Löcher

Penrose Diagramme werden häufig verwendet, um die Raum-Zeit-Umgebung schwarzer Löcher illustrieren. Singularitäten sind durch eine raumartige Rand bezeichnet, im Gegensatz zu den zeitartigen Rand auf herkömmlichen Raum-Zeit-Diagramme gefunden. Dies ist auf die Vertauschung der zeitraumartige und koordiniert im Horizont eines Schwarzen Lochs. Die Einzigartigkeit wird durch eine raumartige Rand vertreten, um klarzustellen, dass, sobald ein Objekt den Horizont wird es unweigerlich traf die Singularität, auch wenn es versucht, Ausweichmanöver übergeben.

Penrose Diagramme werden auch verwendet, um die Raum-Zeit-Umgebung eines hypothetischen Wurmloch verbindet zwei getrennte Universen, die eine Verlängerung der Schwarzschild-Lösung von Schwarzen Löchern ist zu veranschaulichen. Die Vorläufer der Penrose-Diagramme wurden Kruskal-Szekeres Diagramme. Diese führte die Methode der Ausrichtung der Ereignishorizont in die Vergangenheit und Zukunft Horizonte bei 45 ° Winkeln ausgerichtet; und Aufteilen der Singularität in Vergangenheit und Zukunft horizontal ausgerichteten Linien. Das Ergebnis ist ein hypothetisches Objekt namens ein graues Loch, das ist im Grunde ein weißes Loch, das in ein schwarzes Loch, nachdem kurzzeitig die Öffnung in ein Wurmloch verbindet die beiden asymptotisch flachen Raum-Zeit-Regionen als "Universen" wird. Das Wurmloch verschließt so schnell, dass Durchgang zwischen den beiden Universen wäre schneller als Lichtgeschwindigkeit erfordern, und ist daher nicht möglich. Der Penrose-Diagramm einfach Kruskal und Szekeres hinzugefügt "Diagramm der konformen Knirschen der Regionen der flachen Raum-Zeit weit vom Loch.

Während die grundlegende raumartigen Durchgang eines statischen schwarzen Loch kann nicht verfahren werden, Diagramme Penrose zum Drehen und / oder elektrisch geladene schwarze Löcher zu offenbaren "innere Ereignishorizonte" und vertikal ausgerichtet Singularitäten, die sich öffnen, was als eine "zeitartig bekannt Wurmloch "den Durchgang in die Zukunft Universen. Im Fall des rotierenden Loch, gibt es auch eine "negative Schwerkraft" Universum durch eine ringförmige Singularität, die durch Eingabe, wenn das Loch in der Nähe seiner Drehachse übergeben werden können eingetragen.

Mit all dieser Hypothese über Wurmlöcher, haben einige Wissenschaftler darauf hingewiesen, dass

  • Dies bedeutet nicht, eine typische schwarze Loch aus dem Zusammenbruch eines Sterns erzeugt zu beschreiben. Ein solcher Wurmlöcher wäre nur möglich, wenn eine "Vergangenheit Singularität", fuhr ausbrechenden in das Universum im Laufe der Zeit.
  • Die Strahlung der Umlaufbahn, würde es sehr blauverschobene Lichtstrahlen ein schwarzes Loch umgibt es unmöglich für jedermann passieren zu machen, und in der Tat könnte eine andere Art von Singularität außerhalb des Loches zu schaffen!
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