Velocidad de la luz en un agujero negro.

Si tuviera una fuente direccional de emisión de fotones y la coloque dentro de un agujero negro que apunta hacia arriba y hacia afuera hacia el universo visible, supongo que los fotones que viajan a la velocidad de la luz se ralentizarían y cambiarían de dirección hacia el centro.

Entonces, si tomé la misma fuente y la coloqué fuera del agujero negro apuntando hacia adentro hacia el centro del agujero negro, ¿puedo suponer que un fotón emitido viajaría hacia el centro más rápido que la velocidad de la luz a la que ya está viajando?

black-hole photons

— tnt-rox
fuente

Te voté porque me encantan las imágenes, pero la luz no se comporta así. La luz viaja en línea recta, solo curvándose cuando el espacio es curvo, lo que es, significativamente, dentro del horizonte de eventos del agujero negro. Todos los posibles caminos de luz desde su fuente se curvan hacia la singularidad, no hay ninguna subida, desaceleración o retroceso, solo hay todas las direcciones apuntan a la singularidad. Dicho esto, prefiero no responder a esto ya que todavía encuentro confusos los diagramas espacio-temporales.

— userLTK

Pequeña advertencia: Todas las respuestas aquí se basan en el supuesto de que nuestra comprensión de los agujeros negros (es decir, la relatividad general, junto con nuestros modelos de un agujero negro, especialmente Schwarzschild y Kerr), sigue describiendo el interior del horizonte de eventos con la misma precisión que Describe el exterior. No tenemos ninguna razón para creer nada más, pero suponiendo que estos modelos sean de hecho (cercanos) a la verdad, nunca podremos saber la respuesta real.

— Arthur

Tenía la impresión de que los conceptos "arriba" y "afuera" no tienen sentido en el contexto del horizonte de eventos de un agujero negro.

— emory

Desde mi comprensión limitada, conceptos como "velocidad" y "dirección" realmente no tienen sentido dentro de los agujeros negros.

— user253751

@ Fandango68 No lo hacemos. Cuando vea "agujero negro no giratorio redondo", imagine "un agujero negro en el que el horizonte de eventos es la superficie de una esfera". No dice mucho sobre la estructura interna del agujero negro, que generalmente se representa como una especie de "embudo" (que toma formas locas con rotación y electromagnetismo involucrados) de espacio-tiempo muy distorsionado que puede o no " terminar "en una singularidad (que no puede ser descrita por la relatividad general). ¿Y por qué ronda el horizonte de eventos? Es más fácil para las matemáticas. También tenemos modelos para agujeros negros rotativos y cargados, que no son esféricos.

— Luaan

Respuestas:

No funciona así. Un observador en la fuente de luz (y de hecho cualquier observador en cualquier otro lugar) siempre verá la luz viajando (en el vacío) a la velocidad de la luz localmente.

También hay un problema importante con tu experimento mental. No es posible tener una fuente de luz estacionaria dentro del horizonte de eventos de un agujero negro. Él, y todo lo demás en su vecindad, debe moverse hacia adentro. Esto es tan inexorable e inevitable como lo es el paso del tiempo para un observador fuera del horizonte de eventos.

En mi opinión, la mejor forma "visual" de pensar sobre la situación dentro del horizonte de eventos es imaginar sus fotones de luz como el salmón tratando de nadar río arriba, mientras está en un bote que fluye con la corriente y libera el salmón en el agua . Siempre verá el salmón nadando a cierta velocidad con respecto a su barco. Desafortunadamente, si la corriente fluye lo suficientemente rápido, el salmón no progresará y ambos serán barridos por una cascada (la singularidad) un poco más abajo.

$c$

— Rob Jeffries
fuente

@ tnt-rox No existe un observador estático (a veces llamado observador de shell) dentro del horizonte de eventos.

— Rob Jeffries

c

$c$

No intente esto en casa.

— Fresa

Recuerdo a Leonard Susskind usando ese mismo "pez nadando río arriba" en sus conferencias. Captura bien la esencia.

— TT.

@EricDuminil Tenía la impresión de que la luz SIEMPRE viaja en c, pero en un vacío no rebota en las partículas, lo que hace que tome un camino más largo y parezca más lento.

— Feathercrown

No puede exceder la velocidad de la luz "localmente". Pero puede ver, imaginar ^{* las} distancias aumentan más rápido que la velocidad de la luz .

Si por viajar quiere decir "moverse en comparación con el espacio-tiempo local", entonces la luz no puede viajar más rápido que la velocidad de la luz. En su ejemplo, la distancia aumenta más rápido que la velocidad de la luz, porque el espacio-tiempo es arrastrado dentro del agujero negro por su gravedad.

_{* De hecho, no puede "verlo", ¡porque necesitaría cierta información para ser transferida de alguna manera para hacer lo mismo! Esto no es posible, debido a esta maldita c limitación.}

— J. Chomel
fuente

@ j-chomel tu respuesta es brillante, especialmente me gusta el "las distancias aumentan más rápido que la velocidad de la luz" ahora que estoy empezando a comprender este concepto.

— tnt-rox

@ tnt-rox, tuve una pregunta similar hace algún tiempo, y aprendí mucho de las respuestas que obtuve: astronomy.stackexchange.com/questions/19909/… .

— J. Chomel

Esto es exactamente por qué el diámetro del universo visible (93 mil millones de años luz) puede ser mayor que el número de años desde su creación (13.8 mil millones de años).

— vsz

La velocidad de la luz se mantendrá constante. Aunque la forma en que se percibe cerca de un agujero negro cambia con dónde y cómo se percibe, permanecerá constante. La velocidad de la luz no aumenta ni disminuye solo porque está cerca de un agujero negro.

— Materia oscura
fuente