¿Son los agujeros negros realmente singularidades?

¿No pueden los agujeros negros ser simplemente objetos súper densos? Todavía podían ser negros (después de todo, tener el color del negro realmente nunca requería una física especial) y tener un campo gravitacional realmente fuerte. Si sospechamos que realmente absorbe la luz debido a su gravedad, entonces es posible que haya una gravedad lo suficientemente fuerte como para capturar la luz, sin dejar que irradie nada cuando la materia caiga en este objeto.

Me está costando mucho aceptar que cualquier cosa puede existir con una propiedad infinitamente grande, ya que conduciría a una masa infinitamente grande que conduciría a fuerzas infinitamente grandes ... eso simplemente destruiría el universo infinitamente rápido, ¿no? Así que creo que un objeto supermasivo puede ser igual de rudo sin tener que ser una singularidad.

Esta respuesta es, hasta cierto punto, basada en la opinión. Comparto su escepticismo acerca de la existencia de singularidades matemáticas estrictas como predeciría la relatividad general. Esto se debe principalmente a que la suposición de una singularidad estricta ignora la teoría cuántica. Un enfoque para superar la singularidad es una Gravastar . Relacionado es una estrella de Planck . Ambos enfoques intentan superar las paradojas cercanas a la singularidad. Con el tiempo, una gravedad cuántica aún por definir podría proporcionar una respuesta completa .

Otra dificultad para los agujeros negros "reales" es la rotación. La solución de Schwarzschild no es de esperar que se produzca en los agujeros negros en el mundo real.

En cambio, una solución de Kerr (o podría ser una métrica de Kerr-Newman ) se acercará a objetos astronómicos reales, por lo tanto, incluye al menos la rotación, y podría ser una carga eléctrica residual.

Una partícula sin masa que viaja con la velocidad de la luz da como resultado una energía indefinida de acuerdo con la Relatividad Especial. La naturaleza abre una física dedicada a las partículas sin masa al permitirles tomar cualquier energía para resolver este rango indefinido. De manera similar, la naturaleza puede abrir un nuevo tipo de física dentro de los agujeros negros para resolver la paradoja entre la Relatividad General y la teoría cuántica.

¿Qué es una singularidad?

Una singularidad es un punto en el universo donde la materia es infinitamente densa. La singularidad está en el centro del agujero negro, y a menudo se esconde detrás de un horizonte de eventos. Básicamente, una singularidad es un punto en el espacio donde se junta mucha materia en un espacio muy pequeño. Cuando tienes una singularidad, la materia no llega al infinito. La densidad es lo que va al infinito. La densidad y la materia son cosas diferentes.

A menudo se crea una singularidad en una explosión de supernova. Una supernova es donde se produce una estrella cuando hay tanta materia en el centro de una estrella (al final de su vida) que la estrella no puede soportar su propia fuerza gravitacional, y se colapsa sobre sí misma y explota.

La segunda forma en que puede ocurrir una supernova es en un sistema estelar binario, donde si hay una enana blanca , le roba materia a la otra estrella y eventualmente acumula tanta materia que explota.

Una singularidad es causada por las grandes estrellas, no las pequeñas. Las pequeñas estrellas que explotan en una supernova crean algo llamado estrellas de neutrones.

Entonces, ¿qué es un agujero negro?

Un agujero negro es un área en el espacio con un campo gravitacional tan fuerte que ni siquiera la luz puede escapar. Los agujeros negros no tienen el color negro, no tienen un color porque no podemos ver ninguna luz que regrese de ellos. Entonces no, la luz no se absorbe. Los agujeros negros también pueden eventualmente disiparse, debido a un mecanismo llamado Radiación de Hawking

Existen múltiples tipos de agujeros negros, que incluyen:

• Agujeros negros supermasivos (a menudo se encuentran en el centro de las galaxias)

• Agujeros negros estelares

• Agujeros negros primordiales

• Agujero negro giratorio (Kerr)

Finalmente, hay 3 áreas principales dentro de un agujero negro.

Este diagrama puede mostrarnos muchas cosas, por ejemplo, cómo los agujeros negros no tienen una atracción gravitacional que atraviesa todo el universo.

En una nota final, podemos calcular el área donde ni siquiera la luz puede escapar usando el radio de Schwarzschild . Visto que usted dijo que esta respuesta no debería incluir la relatividad, tampoco incluiré ninguna matemática. El radio de Schwarzschild, en resumen, es donde está el horizonte de eventos en un agujero negro.

Resumen

Perdón por proporcionar una respuesta incómodamente larga, estaba teniendo problemas para entender lo que no entendiste, y pensé que si te explicaba una singularidad, seguramente te ayudaría, perdón si acabo de decir cosas que ya sabes. Le proporcioné algunos enlaces de Wikipedia si desea ver algunos de los términos que dejé en cursiva. También es posible que desee ver la termodinámica del agujero negro

• Radio de Schwarzschild
• Ergosfera
• Radiación de Hawking
• enano blanco
• Agujero negro termodinámica

Creo que está partiendo de la premisa de que hay alguna forma de estabilizar un objeto extremadamente denso dentro del horizonte de eventos de un agujero negro. En la teoría clásica de la relatividad general, la singularidad es inevitable. Una vez dentro de un horizonte de eventos, un objeto se ve obligado a moverse hacia, y alcanzar, la singularidad en un tiempo finito, de la misma manera que se ve obligado a avanzar en el tiempo, le guste o no.

Por lo tanto, es imposible tener algo en GR clásico que parezca un agujero negro y tenga un horizonte de eventos, pero que no forme algún tipo de singularidad. Sin embargo, sabemos que el GR clásico debe descomponerse en escalas extremadamente pequeñas (cuánticas), por lo que es completamente posible que ocurra algo que evite las singularidades en una teoría cuántica de la gravedad.

Entonces uno es perfectamente libre de inventar una versión de Relatividad General que permita evitar algún tipo de singularidad. Pero hay (al menos) dos requisitos. (1) Debería explicar todas las otras cosas que el GR clásico explica perfectamente bien. (2) Debería tener consecuencias observables fuera del horizonte de eventos, porque de lo contrario es una observación sin valor del ombligo (IMO).

NB: Los agujeros de gusano y similares pueden ser posibles en los agujeros negros giratorios (GR clásicos), pero mi comprensión limitada es que estos se forman a pesar de la singularidad (que ya no es un punto). En otras palabras, la singularidad sigue ahí, pero la materia no termina inevitablemente en ella (¡sino que se va a otro lado!)

Lo que has escrito sobre masa infinita, fuerza infinita, etc. está mal. La masa de un agujero negro está bien definida, al igual que sus efectos gravitacionales. Todavía surge una masa finita al tomar la integral de una densidad infinita sobre un volumen cero.

Es común describir una singularidad como un punto de densidad infinita, pero en realidad son más generales que eso: son algún tipo de comportamiento patológico en la métrica del espacio-tiempo. Si las singularidades son fenómenos físicos reales o si simplemente demuestran el punto en el que una teoría (en este caso, la relatividad general) ya no puede describir la naturaleza es un tema de debate.

El teorema de la singularidad de Penrose demuestra que, bajo un cierto conjunto de supuestos muy razonables, el colapso gravitacional de un objeto como una estrella inevitablemente conduce a una singularidad. Tenga en cuenta, sin embargo, que la prueba es de incompletitud geodésica (es decir, las líneas de tiempo de algún objeto en caída libre terminan abruptamente). Esto no es (necesariamente) lo mismo que las singularidades de curvatura aparentes de 'densidad infinita' que ocurren en soluciones de agujeros negros idealizadas como la métrica de Schwarzschild.

Hay muchas buenas respuestas a esto a nivel físico, pero no veo que se aborde esta, así que daré una respuesta brevemente.

Me está costando mucho aceptar que cualquier cosa puede existir con una propiedad infinitamente grande, ya que conduciría a una masa infinitamente grande que conduciría a fuerzas infinitamente grandes ... eso simplemente destruiría el universo infinitamente rápido, ¿no?

Si los agujeros negros tienen infinitos, lo cual solo es posible si tienen una singularidad, entonces esos infinitos son, por definición, infinitos pequeños y no infinitos desde cualquier distancia, incluso una fracción de la distancia de un átomo. Entonces, "destruya el universo por fuerzas infinitas", claro, si el universo fuera más pequeño que un átomo, o tal vez, dentro del horizonte de eventos donde no podría hacer nada más que caer hacia la singularidad, pero a cualquier distancia segura y razonable, negro Los agujeros no son peligrosos y no son una amenaza para el universo.

Así que creo que un objeto supermasivo puede ser igual de rudo sin tener que ser una singularidad

y

Gravastars al rescate! Justo lo que necesitaba. Finalmente, ¡algunos teóricos que no se sienten cómodos con objetos infinitamente desagradables que pueblan nuestro universo!

Bien para empezar, las leyes de la física son lo que son, y no les importa lo que pensemos. En cuanto a que las cosas sean "desagradables", eso está en el ojo del espectador.

Hace 2000 años, el "fuego del infierno" fue visto magma saliendo de un volcán ocasional y el infierno estaba dentro de la tierra. Hoy, el interior de la Tierra genera un campo magnético que nos protege y nos da la tectónica de placas, lo cual es realmente útil para los planetas que llevan vida. El interior de la Tierra no ha cambiado, pero nuestra percepción ha cambiado enormemente. Ahora amamos el interior de la Tierra, pero hace 2.000 años la gente lo temía.

Hace 100 años, todos pensaban que el Universo era la Vía Láctea y hace 80 años, pensaban que el Universo era eterno, hasta que ese pésimo Hubble sugirió que el Universo tuvo un comienzo y, bueno, mucho para que las cosas fueran eternas. Si Hubble hubiera dicho que 300 años antes habría sido quemado en la hoguera, no hay duda, con una placa que decía "blasfemo"

Ese es el problema con el punto de vista. No es una imagen completa. Los agujeros negros son un gran "hombre boogie", como algo que se come todo y no se puede escapar, pero eso es solo una parte del panorama general.

El propio Einstein consideró que los agujeros negros eran una idea desagradable (tampoco estaba demasiado interesado en la mecánica cuántica), por lo que Einstein imaginó que el Universo tenía alguna ley física que impedía que se formaran agujeros negros y que incluso podría ser el caso, pero honestamente, cuán diferente ¿Es para ser aplastado lentamente alrededor del horizonte de eventos durante una eternidad vs rápidamente aplastado en la singularidad o lo que sea que ocurra en el centro? Desde cierto punto de vista, es casi lo mismo.

Algunas teorías han ido tan lejos como para sugerir que los agujeros negros son lugares mágicos con universos bebés enteros dentro de ellos . Encuentro ese pensamiento más creativo que la ciencia, pero la verdad es que lo que sucede dentro del horizonte de eventos permanece dentro del horizonte de eventos y nadie lo sabe.

En agujeros negros en general :

Son muy útiles. La formación de agujeros negros, y el colapso gravitacional y el rebote del colapso, crea y distribuye elementos pesados ​​a través de la galaxia y en el colapso que crea un agujero negro o una estrella de neutrones, algo así como el 90% de la materia de la estrella se vuela , reciclado, si lo desea, de vuelta a la galaxia y solo el 10% más o menos, forma el núcleo colapsado.

Puedes pensar en el agujero negro como un pequeño y desagradable remanente de la muerte de una estrella, pero creo que el hecho de que las grandes estrellas reciclan y distribuyen gran parte de su materia en la galaxia es muy genial. Los agujeros negros supermasivos también ayudan en la formación de galaxias, por lo que la simple verdad es que los agujeros negros son muy útiles, incluso si no quieres cruzarte con uno.

Ahora, sobre lo que sucede dentro de un agujero negro, ya hay algunas buenas respuestas a eso y no quiero hacer esto demasiado largo, especialmente porque soy un laico, pero encuentro la especulación de esa región exótica dentro del horizonte de eventos para Ser muy divertido para pensar.

Yo personalmente no creo en las singularidades. I (THINK), que la naturaleza de onda y campo de la mecánica cuántica y el hecho de que el espacio vacío tiene propiedades que, por ejemplo, los pares de partículas anti partículas pueden formarse esencialmente de la nada (lo que hace posible la radiación de halcón), creo que probablemente algún tipo de espacio exótico de nunca una singularidad completa.

No creo que haya lo que podría llamarse un material físico dentro de un agujero negro. Creo que las cosas se comportarían de manera diferente, más como la naturaleza exótica de un protón o electrón que la naturaleza física de una superficie, pero eso es solo lo que pienso sobre el tema. Sin una teoría cuántica de la gravedad, es un poco como si el ciego mirara un mapa. Nadie lo sabe. (¿demasiado largo?)

Creo que los agujeros negros son singularidades en el sentido de que la materia no está definida para tener una ubicación significativa o velocidades conocidas. No creo que signifique singularidad en el sentido de tener radio cero.