¿Cómo puede algo caer en un agujero negro visto desde un observador externo?

El horizonte de eventos de un agujero negro es donde la gravedad es tal que ni siquiera la luz puede escapar. Este es también el punto en el que entiendo que, según Einstein, la dilatación del tiempo será infinita para un observador lejano.

Si este es el caso, ¿cómo puede algo caer en un agujero negro? En mi experimento mental estoy en una nave espacial con un poderoso telescopio que puede detectar luz en una amplia gama de longitudes de onda. Lo tengo enfocado en el agujero negro y observo como una gran roca se acerca al horizonte de sucesos.

¿Estoy en lo correcto al decir que desde mi posición lejana la roca se congelaría fuera del horizonte de sucesos y nunca lo pasaría? Si este es el caso, ¿cómo puede un agujero negro consumir algún material, y mucho menos crecer hasta millones de masas solares? Si pudiera orientar el telescopio hacia el agujero negro durante millones de años, ¿seguiría viendo la roca en el borde del horizonte de sucesos?

Me estoy preparando para que la respuesta del objeto se desvanezca lentamente. ¿Por qué se desvanecería lentamente y si lo hiciera, cuánto tiempo tomaría este desvanecimiento? Si se va a desplazar hacia el rojo en algún momento, ¿no se detendría el desplazamiento hacia el rojo? ¡Esta pregunta me ha estado molestando durante años!

OK, solo una edición basada en las respuestas hasta ahora. Una vez más, siga pensando desde el punto de vista de un observador. Si los observadores ven que los objetos se desvanecen y desaparecen lentamente a medida que se acercan al horizonte de eventos, ¿significaría eso que con el tiempo el horizonte de eventos estaría "lleno" de objetos invisibles, pero que no se atravesarían? Deberíamos poder detectar los "bultos" ¿no deberíamos pasar?

Más pensamientos sobre esto. Si existe un agujero negro, el horizonte de eventos está en una referencia de tiempo diferente a todos los demás objetos fuera del horizonte de eventos. ¿Eso significa que nada podría cruzar el horizonte de eventos de un agujero negro ya que desde nuestra referencia (y el resto del universo) el objeto siempre se detendrá en el horizonte?
Me gusta la respuesta, pero lo que digo es que los objetos no pueden pasar a través de un horizonte de eventos "en cualquier dirección" como todo lo que está fuera de un agujero negro como una referencia de tiempo que haría que los objetos se detuvieran en el horizonte. Todo lo que leo es sobre "agujeros negros tragándose" estrellas. ¿Cómo pueden hacerlo si el marco de referencia acelerado para todos los objetos fuera del agujero negro significaría que cuando golpean el horizonte se detendrían, para siempre?
Tienes razón. Lea los comentarios a esa respuesta. También mira esto y comenta: physics.stackexchange.com/a/9016/1186
Parece paradójico que pensemos que tenemos agujeros negros con muchos millones de masas solares, pero nuestras teorías actuales parecen indicar que un agujero negro tardaría una cantidad infinita de tiempo en consumir cualquier cosa. ¿No sabemos la respuesta a mi pregunta?
Si estás en el exterior, un horizonte de eventos nunca puede estar en tu pasado, más o menos por definición de "horizonte de eventos". Así que es una verdad trivial que un observador externo nunca pueda observar la formación de un agujero negro. Le recomiendo encarecidamente que aprenda qué es un diagrama de Penrose y luego mire un diagrama de Penrose para una estrella que colapsa. A continuación, podrá responder a esta y muchas preguntas relacionadas por sí mismo.
@DanPiponi He leído mucho sobre esto, pero nunca tuve una explicación clara de por qué en la ciencia del álamo existen agujeros negros y están activos en el "consumo de materia", cuando al mismo tiempo se nos enseña a través de GR que desde cualquier punto de referencia fuera del horizonte de sucesos a medida que un objeto se acerca al horizonte, su tiempo, como aparece para todos los objetos fuera del horizonte, se detendrá. Veo que tú tampoco puedes explicarlo...
@MattLuckham Si cierro los ojos, podría perderme los eventos que tienen lugar cerca de mí. Eso no significa que no se hayan producido. Los fotones no pueden llegar a usted desde nada que pase a través de un horizonte de eventos, por lo que no puede verlos. Sin embargo, esto es consistente con cosas que caen a través de un horizonte de eventos. ¿Cuál es exactamente la dificultad que está experimentando con esta idea?
@danpiponi oh querido dan. ¿Crees que es solo un problema de corrimiento al rojo? ¿Que el objeto sigue su camino? ¿Qué pasa con la dilatación del tiempo gravitacional? El tiempo de los objetos se detiene a partir del observador. Ya no podrá verlo, pero gr indica claramente que el objeto se ralentizará y nunca cruzará el horizonte. Lea todas las otras publicaciones en esta página! Pareces confundido en este tema...
@MattLuckham "gr establece claramente que el objeto se ralentizará y nunca cruzará el horizonte" ¿Tiene una referencia para este reclamo? "El tiempo de los objetos se detiene a partir del observador". El tiempo es lo que miden los relojes. ¿Cómo estás midiendo el "tiempo de los objetos" "desde el observador"? Describa su procedimiento.
@daNpiponi leyó la pregunta original. Está bastante claro desde dónde estamos midiendo.
Animo a todos a que echen un vistazo a la pregunta relacionada que señala @BenCrowell y especialmente a su muy buena respuesta . El punto importante allí, que hasta ahora falta en las respuestas aquí, es que para la noción de "ya ha caído algo en un agujero negro", uno tiene que considerar la definición de "ahora". Y el concepto de simultaneidad no es fijo en GR ni siquiera para un observador dado.
No sé muy bien lo que estás tratando de preguntar. ¿Quieres decir cómo puede un objeto actuar como fuente de gravedad para hacer que el agujero negro sea más grande después de cruzar el horizonte de sucesos? Es similar a cómo la gravedad escapa de un agujero negro como se describe en physics.stackexchange.com/questions/937/… . El objeto con su propio campo gravitacional cambia el campo gravitacional del agujero negro antes de que pase el horizonte de eventos, luego ese campo gravitatorio se mantiene.

Respuestas (15)

Es cierto que, desde una perspectiva externa, nada puede traspasar el horizonte de sucesos. Intentaré describir la situación lo mejor que pueda, según mi leal saber y entender.

Primero, imaginemos un agujero negro clásico. Por "clásico" me refiero a una solución de agujero negro para las ecuaciones de Einstein, que imaginamos que no emite radiación de Hawking (por ahora). Tal objeto persistiría para siempre. Imaginemos tirarle un reloj. Nos alejaremos mucho del agujero negro y veremos caer el reloj.

Lo que notamos a medida que el reloj se acerca al horizonte de eventos es que se ralentiza en comparación con nuestro reloj. De hecho, sus manecillas se acercarán asintóticamente a una hora determinada, que bien podríamos llamar las 12:00. La luz del reloj también se ralentizará y se desplazará hacia el rojo con bastante rapidez hacia el extremo de radio del espectro. Debido a este corrimiento hacia el rojo, y debido a que solo podemos ver los fotones emitidos por el reloj antes de que dieran las doce, rápidamente se volverá muy difícil de detectar. Eventualmente llegará al punto en el que tendríamos que esperar miles de millones de años entre fotones. Sin embargo, como dices, en principio siempre es posible detectar el reloj, porque nunca pasa el horizonte de eventos.

Tuve la oportunidad de conversar con un cosmólogo sobre este tema hace unos meses, y lo que dijo fue que este desplazamiento hacia el rojo hacia la indetectabilidad ocurre muy rápidamente. (Creo que el "teorema de la falta de cabello" proporciona la justificación para esto). También dijo que el agujero negro con un objeto esencialmente indetectable justo fuera de su horizonte de eventos es una muy buena aproximación a un agujero negro de una masa ligeramente mayor.

(En este punto, quiero señalar de pasada que cualquier agujero negro "real" emitirá radiación de Hawking hasta que eventualmente se evapore y se convierta en nada. Dado que nuestro reloj aún no habrá pasado el horizonte de eventos para cuando esto suceda, eventualmente debe escapar - aunque presumiblemente la radiación de Hawking interactúa con ella al salir. Presumiblemente, desde la perspectiva del reloj, todos esos miles de millones de años de radiación aparecerán en la fracción de segundo antes de las 12:00, por lo que no se parecerá mucho a un reloj más. En mi opinión, la resolución de la paradoja de la información del agujero negro se encuentra en esta línea de razonamiento y no en ningún aspecto específico de la teoría de cuerdas. Pero, por supuesto, esa es solo mi opinión).

Ahora bien, esta idea parece un poco extraña (para mí y creo que también para ti) porque si nada pasa el horizonte de sucesos, ¿cómo puede haber un agujero negro en primer lugar? La respuesta de mi amigo cosmólogo se redujo a esto: el agujero negro en sí mismo es solo una aproximación . Cuando un montón de materia colapsa sobre sí misma, converge muy rápidamente hacia algo que parece una solución de agujero negro para las ecuaciones de Einstein, hasta el punto en que, a todos los efectos, se puede tratar como si la materia estuviera dentro del horizonte de eventos en lugar de que fuera de ella. Pero esto es solo una aproximación porque, desde nuestra perspectiva, nada de la materia que cae puede pasar el horizonte de eventos.

Gracias, buena respuesta. Pero hay una pequeña pregunta que surge. Algunos afirman que el observador que cae libremente no verá la radiación de Hawking. Yo personalmente no creo que para un observador que cae no haya horizonte, y como ve el horizonte, necesariamente ve la radiación. Pero esto puede servir de base para otra pregunta.
También gracias por señalar que los cosmólogos no creen en los agujeros negros reales.
Sospecho que el reloj que cae ve la radiación de Hawking, porque aunque no ve el horizonte de eventos en el mismo lugar que el observador externo (y, por lo tanto, no nota nada especial a las 12:00), todavía hay un horizonte de eventos por delante. , que está más cerca de la singularidad y por lo tanto (presumiblemente) más curvado que el que observamos desde el exterior. Pero las personas que afirman que no ve radiación (por ejemplo, Susskind) son extremadamente inteligentes, así que, para ser honesto, no lo sé.
Por cierto. Este es también mi propio punto de vista: que cualquier observador debería ver el horizonte, posiblemente en una ubicación diferente. De lo contrario, uno podría simplemente caer en caída libre por encima de un BH durante un breve período de tiempo sin ver el horizonte. Y si hay un horizonte aparente, entonces también hay necesariamente una radiación de Hawking.
Por cierto, como vemos, el observador que cae se irá acercando al horizonte hasta la evaporación final de BH. Esto significa que tocará el horizonte en el momento de la explosión final, que según su reloj deberían ser las 12:00. No llamaría a esta observación "nada especial". Aparentemente, verá que el BH se evapora rápidamente con un radio decreciente a medida que se acerca, pero exactamente cuando se acerca a la superficie, el BH debería reducirse a un punto diminuto con la temperatura de Planck y explotar.
Buen punto, pero en realidad creo que la explosión ocurrirá en algún momento después de las 12:00, porque el BH tendrá menos masa para entonces y, por lo tanto, un horizonte de eventos más pequeño. En la historia clásica de un agujero negro que no irradia, pasaría el horizonte de eventos (sin notar nada especial) y luego, algún tiempo después, llegaría a la singularidad. Creo que el momento de presenciar el evento de evaporación de un agujero negro real debe estar en algún lugar entre estos dos tiempos.
Por cierto, @Anixx, es posible que le interese una publicación de blog que escribí sobre agujeros negros hace un tiempo, que aborda algunos de estos puntos. jellymatter.com/2011/02/26/falling-into-a-black-hole-part-1 (Nunca llegué a escribir la parte 2).
Para un observador externo, el reloj del observador que cae se congelará a las 12:00. Esto durará hasta la evaporación de BH. En cualquier momento antes de la evaporación, el observador que cae puede indicarle al observador externo que su reloj pasó las 12:00, pero no pasará. Así que concluyo que el observador que cae toca el horizonte, y al mismo tiempo, el punto final de explosión, exactamente a las 12:00 de su propio reloj.
Oh, aparentemente no podemos continuar en el chat porque no me permite iniciar sesión. Creo que nosotros, como observadores externos, eventualmente veremos que el reloj pasa las 12:00 a medida que el agujero se reduce. Recuerde, las 12:00 era el momento en que las manos se congelarían para un agujero negro sin radiación.
@Nathaniel: ¿está diciendo que cuando los astrónomos buscan evidencia de agujeros negros, en realidad están buscando evidencia de aproximaciones a los agujeros negros (agujeros grises oscuros, si lo desea)?
@DavidWallace sí :)
Nathaniel, ¿habló con su amigo cosmólogo sobre la idea mencionada en la respuesta de @Anixx de que podría haber agujeros negros "reales" con un horizonte que ha existido desde el Big Bang? De todos modos, excelente publicación, usted es un escritor técnico formidable y hoy en día le dice a la gente en el trabajo que explore las publicaciones de Physics SE de varios autores (incluido usted) para obtener ejemplos de escritura técnica clara. Una recién graduada se sorprendió mucho cuando le asigné la tarea de "examinar Physics SE" antes de que escribiera un informe que tenía que hacer en el trabajo.
@WetSavannaAnimal no discutimos esa posibilidad. En mi opinión, la idea de que algunos agujeros negros son "reales" y otros no parece un poco sospechoso: supongo que los primordiales resultarían ser tan "aproximados" como los formados a partir de estrellas colapsadas. Pero en realidad no he pensado mucho en los agujeros negros primordiales y los procesos que podrían formarlos. ¡Muchas gracias por los cumplidos, son muy apreciados!
Esta respuesta es similar a "mi amigo el cosmólogo dijo..." o "Creo que lo que dijo mi amigo fue..." No muy convincente. Tenemos mejores respuestas a la pregunta que esta duplica: physics.stackexchange.com/questions/5031/…
¿Cómo pueden creer en la radiación de Hawking si no puede haber nada dentro del horizonte de eventos, por lo tanto, no hay masa dentro del agujero negro "real"?
@Ivella Es algo un poco más complejo. De todos modos, la radiación de Hawking no se verifica experimentalmente, por lo que tiene razón en el sentido de que, como máximo, es "creer" y no un hecho. Sugiero hacer una nueva pregunta sobre esto, sería interesante.
Su respuesta está escrita como si pudiera derivar una contradicción de los hechos de que nunca ve un objeto pasar el horizonte de eventos y un agujero negro eventualmente se evapora y otras suposiciones simples en general, pero de hecho no se contradicen entre sí. physics.stackexchange.com/questions/411909/… muestra por qué no hay paradoja con un agujero negro que se evapora si no hace suposiciones adicionales.
John Rennie da un gran tratamiento cuantitativo en su respuesta a una pregunta relacionada. Muestra explícitamente que para un agujero negro realista formado a partir del colapso de la materia, un observador lejano nunca ve realmente la forma del horizonte de eventos.
"Desde una perspectiva externa, nada puede pasar el horizonte de sucesos". Si esto es cierto, ¿cómo podemos observar una fusión de dos agujeros negros?
@Vojtěch tengo entendido que estrictamente hablando no podemos. Como observadores distantes, en realidad nunca vemos la forma del horizonte de eventos (vea esta respuesta que tparker vinculó arriba), por lo que solo observamos aproximaciones a los agujeros negros, que pueden fusionarse para formar una aproximación de un agujero negro más grande. Estas aproximaciones son extremadamente buenas y el tiempo de convergencia es extremadamente rápido, pero no obstante son aproximaciones. (Descargo de responsabilidad: han pasado años desde que pensé seriamente o leí sobre esto; no me consideraría un experto).
(Lo anterior no quiere decir que los agujeros negros no se formen o no se fusionen. Es solo que la dilatación del tiempo es tan extrema que la luz de esos eventos nunca puede alcanzarnos, por lo que, estrictamente hablando, no podemos observarlos .)
"Como observadores distantes, en realidad nunca vemos la forma del horizonte de eventos", pero podemos "escuchar" las ondas gravitacionales. Si la dilatación del tiempo realmente detuviera el tiempo en el horizonte, nunca deberíamos poder "ver" la fusión, ¿no?
@Vojtěch también escuchamos ondas gravitacionales de colisiones de estrellas de neutrones, y no hay horizontes de eventos allí. Los agujeros negros "aproximados" observables deberían hacer que las ondas gravitacionales sean indistinguibles de las producidas por los agujeros negros "reales".
@Nathaniel " solo observamos aproximaciones a los agujeros negros, que pueden fusionarse para formar una aproximación de un agujero negro más grande ": si bien esto es correcto +1, puede parecer engañoso para algunos. La "aproximación" aquí se aplica a lo que se fusiona (los "casi horizontes"), pero no al hecho de que se fusionan. Dos "casi horizontes" se fusionan en un "casi horizonte" más grande en segundos según el reloj de un observador remoto. Cualquiera que piense que "casi se fusionan" estaría equivocado. Se fusionan en uno sin aproximación. Aquí hay una animación basada en la gravedad numérica: m.youtube.com/watch?v=Y1M-AbWIlVQ
@safesphere Gracias por el comentario. La frase "por el reloj de un observador externo" es un poco engañosa: significa una foliación del espacio-tiempo en conjuntos de eventos que se consideran simultáneos. Si tuviera dos agujeros negros 'reales', sus horizontes de eventos pueden fusionarse en un tiempo finito de acuerdo con esa definición, pero la luz de cualquier punto de sus horizontes tarda un tiempo infinito en llegar al observador, por lo que ni los horizontes ni su fusión pueden realmente ser observado. No conozco los detalles de esa simulación, pero supongo que la velocidad finita de la luz no se tiene en cuenta en la representación.
@Nathaniel De acuerdo. Estas son predicciones teóricas o expectativas. Probarlos experimentalmente es un asunto diferente.
¿Qué pasa con el horizonte que crece en radio después de que la masa cae sobre él? ¿Significa que un observador lejano nunca medirá el crecimiento del horizonte? ¿No hará también que el disco de acreción crezca de tamaño?
"(Creo que el "teorema de no tener cabello" proporciona la justificación para esto.)" ¿Es esto cierto? Pensé que el "Teorema de la falta de cabello" asumía el problema al suponer que el colapso en la singularidad ya había ocurrido. ¿Tal vez yo estoy equivocado?

Suponga que el objeto que cae es un láser azul que usted lanzó directamente (radialmente) hacia el agujero negro de Schwarzchild (sin rotación) que apunta directamente hacia usted y que está lejos del agujero negro. El objeto masivo es el láser en sí mismo, la luz que está viendo es su forma de "ver" el objeto a medida que se acerca al horizonte de eventos.

En primer lugar, solo porque el láser se está alejando de usted, se desplazará ligeramente hacia el rojo solo por el efecto Doppler. A medida que se acerca al agujero negro, ese ligero desplazamiento hacia el rojo se volverá cada vez más significativo. La luz del láser irá del azul al verde, al amarillo, al rojo, al infrarrojo, al microondas ya ondas de radio cada vez más largas a medida que parece acercarse al horizonte de sucesos desde su punto de vista. Además, la cantidad de fotones que emite por segundo (a medida que los detecta) disminuirá con el tiempo a medida que se acerque al horizonte. Este es el efecto de atenuación: a medida que aumenta la longitud de onda, la cantidad de fotones por segundo disminuirá. Por lo tanto, tendrá que esperar más y más entre los momentos en que detecte las ondas de radio de longitud de onda cada vez más largas del láser azul. esto nocontinúa para siempre: habrá un último fotón que detectes. Para explicar por qué, veamos al observador cayendo.

Su amigo, que es el observador montado en el láser, ni siquiera ve que sucede nada cuando cruza el horizonte de sucesos (si está en caída libre). El punto es que el horizonte de sucesos no es en absoluto como una superficie con la que golpeas o donde sucede algo inusual desde el punto de vista de los observadores que caen libremente. La razón por la que habrá un último fotón que jamás detectará es porque solo se emite un número finito de fotones entre el momento en que el láser comienza a caer y el momento en que el láser cruza el horizonte de eventos. Entonces, el último fotón emitido justo antes de que pase por el horizonte de eventos será el último fotón que verás.

Entonces, afirmo que el láser nodesaparecer del punto de vista de un observador externo. Tenga en cuenta que tratar de "iluminar" el objeto cerca del horizonte de sucesos haciendo brillar un láser diferente sobre el objeto y buscando fotones dispersos no funcionará. (No funcionará incluso si arroja el segundo láser para intentar iluminar el primer láser). Desde el punto de vista del láser que cayó, estos fotones solo golpearán el láser después de que ya haya cruzado el horizonte de eventos y por lo tanto, la luz dispersada no puede escapar del agujero negro. (De hecho, si espera demasiado antes de intentar iluminar el objeto, el láser que cae ya habrá golpeado la singularidad en el centro del agujero negro). Desde el "punto de vista" del observador externo (pero no puede "ver " este),

Estoy hablando de objetos con masa que caen en un agujero negro. Mi punto es que para cualquier observador el objeto se detendrá en el horizonte de eventos. ¿No es eso lo que GR dice que sucederá?
Eso es lo que dije esencialmente en mi ejemplo: el láser es el objeto con masa cayendo. Solo hablé sobre el láser porque necesitas tener algo de iluminación en el "objeto" que cae en el BH. Entonces, en lugar de eso, puede imaginar que está apuntando el láser sobre el objeto a medida que cae, pero luego llega al problema de que los fotones tienen que alcanzar el objeto, en lugar de eso, puede simplemente mirar la luz del láser para ver qué sucede con el objeto. Como dije, los fotones se desplazarán cada vez más hacia el rojo y serán cada vez menos frecuentes a medida que se acerque al horizonte de sucesos.
... y le tomará una eternidad y nunca le parecerá pasar el horizonte de eventos, solo tendrá que esperar más y más entre los fotones de menor y menor energía, todos provenientes del láser que aún no ha cruzado el horizonte de eventos.
@FrankH: ¿el trabajo reciente sobre los "cortafuegos" de los agujeros negros cambia la opinión generalizada de que nada en particular le sucede a un observador que cae en el horizonte?
@Richardbernstein: creo que el tema de los "cortafuegos" de los agujeros negros aún no está resuelto. De hecho, tuve una clase con el profesor Lenny Susskind esta noche donde dijo lo mismo: no está resuelto y cree que pueden desaparecer...
¿Por qué esta respuesta solo tiene un voto a favor? +1 por escribir tan claramente.
¿Puede proporcionar una referencia/es difícil probar que no puede iluminar los objetos que caen vistos cerca del horizonte? Va fuertemente en contra de mi intuición. Dejame explicar. Puede recibir fotones del observador que cae arbitrariamente en el futuro (aunque se desplace hacia el rojo), dependiendo de su precisión temporal de emisión. Si simplemente inviertes el tiempo de este fotón recibido, parecería que de hecho podrías enviar un fotón al observador que cae en momentos arbitrarios después de que haya comenzado a caer. Los problemas de potencia finita y precisión temporal finita parecen tecnicismos.
@Real ¿Leíste mi respuesta? Habrá un último fotón del láser que cae que verás alguna vez. No podemos predecir cuándo recibirás ese último fotón. De hecho, la única forma en que sabrá que recibió el último fotón es que continúe observando el BH para siempre, esperando otro fotón. De manera similar, la situación en la que un objeto cae mientras lo iluminas es exactamente la misma situación. Algunos de sus fotones pueden iluminar el objeto que cae después de que haya pasado el horizonte de eventos, nunca verá que el fotón rebote hacia usted. ¿Claro?
@Real Aquí hay un enlace que dice lo que dije: www1.phys.vt.edu/~jhs/faq/blackholes.html#q11 "A emitió un número finito de fotones antes de que A cruzara el horizonte, y un número finito de fotones fueron emitidos por B (y recogidos por A) antes de que A cruzara el horizonte".
Esto no responde a lo siguiente: - imagine un cuerpo muy pesado (digamos, una luna) que va en la trayectoria elegida para caer en el agujero negro lo antes posible. Mientras se mueve, podemos observar cómo cambia la curvatura del espacio-tiempo debido a su masa.
¿Qué sucede en el momento en que el centro de masa de la luna cruza el horizonte de sucesos? No podemos ver la luna moviéndose hacia BH, pero en realidad debería sumarse a la masa de BH en algún momento. ¿NUNCA se sumará a la masa del BH? O, si es así, ¿cuál será la trayectoria de la curvatura, siguiendo el camino de la luna desde el horizonte de sucesos hasta la singularidad?
@EugeneDudnyk, haga esto como una pregunta, no como un comentario.

Todo lo que dice en su pregunta es cierto, y su comentario "el horizonte de eventos está en una referencia de tiempo diferente" también es cierto, aunque debe indicarse con mayor precisión.

Si ha leído mucho sobre la relatividad, probablemente se haya topado con términos como "marco de referencia" y "marco inercial". Un "marco" es un sistema de coordenadas, es decir, un sistema de distancias, ángulos y tiempos que se utiliza para medir la ubicación de las cosas. Por ejemplo, las referencias de la cuadrícula del mapa son un sistema de coordenadas que se utiliza para medir la ubicación de las cosas en la superficie de la Tierra.

La relatividad general (GR) nos da una forma de describir el universo que es independiente de cualquier marco de referencia. Sin embargo, para nosotros los observadores, para calcular lo que vemos, tenemos que hacer los cálculos en nuestro marco de referencia, es decir, en metros y segundos que podamos medir. El agujero negro estático se describe mediante la métrica de Schwarzschild, y no es difícil usar esto para calcular cosas como cuánto tiempo lleva caer en el horizonte de eventos. Un sistema de coordenadas común son las coordenadas co-móviles, es decir, el observador que cae en el agujero negro mide las distancias de sí mismo (poniéndose en el origen) y el tiempo en el cronómetro que lleva. Si haces este cálculo, encuentras que el observador cae a través del horizonte de eventos en un tiempo finito y, de hecho, golpea la singularidad en el centro del agujero negro en un tiempo finito.

Pero donde las cosas se ponen raras es que calculamos el tiempo necesario para alcanzar el horizonte de eventos en nuestro sistema de coordenadas como observadores sentados fuera del agujero negro. Este es un cálculo fácil, que encontrará en cualquier libro de introducción a GR, y la respuesta es que se necesita un tiempo infinito para alcanzar el horizonte de eventos.

Esto no es un truco de contabilidad; significa que nunca veremos la forma de un horizonte de eventos. En este punto, alguien aparecerá y dirá que eso significa que los agujeros negros en realidad no existen. En cierto sentido, eso es cierto en nuestro sistema de coordenadas, pero todo lo que eso significa es que nuestro sistema de coordenadas no proporciona una descripción completa del universo. Eso es algo a lo que nos hemos estado acostumbrando desde que Galileo señaló que el Sol no gira alrededor de la Tierra. En el sistema de coordenadas del observador en caída libre, el horizonte de sucesos existe y se puede alcanzar en un tiempo finito.

Usted pregunta:

Si este es el caso, ¿cómo puede un agujero negro consumir algún material, y mucho menos crecer hasta millones de masas solares?

Mientras permanezca fuera del horizonte de eventos, un agujero negro no es nada especial. Es solo una agregación de materia como una estrella. En el centro de nuestra galaxia tenemos una región compacta, Sagitario A* , que contiene millones de masas estelares, y desde las órbitas de las estrellas cercanas a Sagitario A* contiene suficiente materia en un espacio lo suficientemente pequeño como para convertirlo en un agujero negro. Sin embargo, las órbitas de esas estrellas solo dependen de la masa que orbitan y si Sagitario A* es en realidad un agujero negro o no es irrelevante.

Gracias Juan Creo que ha expresado mi punto de vista de manera mucho más sucinta. ¿Cómo puede un agujero negro consumir materia si todo lo que está fuera de él está en un marco de referencia, lo que significaría que cualquier materia que se acerque al agujero negro nunca podría cruzar el horizonte de eventos? ¿Es la respuesta a mi pregunta que simplemente no sabemos?
John: mi pregunta es sobre los agujeros negros. Sé sobre el centro de nuestra galaxia, pero eso está fuera de tema. Si existen agujeros negros, ¿pueden consumir materia?
Supongamos que estoy sentado aquí en mi escritorio y tomo mi computadora y la lanzo al Sol (y por el bien de este argumento supongamos que el Sol es un agujero negro). Nunca veré a mi PC alcanzar el horizonte de eventos. Los errores dentro de mi PC harán que la PC alcance el horizonte de eventos y, de hecho, lo cruce. ¿Quién tiene razón? ¿Yo o los errores de mi PC? ¡La respuesta es ambos! No puede hacer una pregunta "¿puede la materia cruzar un horizonte de eventos?" sin especificar en qué marco de referencia desea que se dé la respuesta, y la respuesta dependerá del marco de referencia.
Solo mencioné el centro de la galaxia porque estamos bastante seguros de que allí hay un agujero negro.
John: ¿todo lo que está fuera del horizonte de eventos, por ejemplo, el universo, tendrá un marco de referencia que dará como resultado que nada llegue al horizonte de eventos? Entonces, mi conjetura es que nada puede caer en un agujero negro...
No, te estás confundiendo acerca de lo que es un marco de referencia/sistema de coordenadas. Un marco de referencia no es algo que encierra toda la materia dentro de él. No tiene sentido que todos estemos encerrados en un marco de referencia que nos impide cruzar un horizonte de eventos. Un marco de referencia es solo un sistema de medición. Es cierto que si tú y yo elegimos el marco de referencia más natural, nunca veremos la materia cruzar el horizonte de sucesos, pero puedo asegurarte que si te tiro a un agujero negro, verás la materia cruzar el horizonte de sucesos.
John, no dije el mismo marco de referencia, dije todos los demás marcos de referencia. Cualquier punto de referencia fuera del horizonte de eventos daría como resultado que el objeto se dilate en el tiempo hasta un punto de congelación cuando alcanza el horizonte de eventos, por lo que no creo que sea posible que ningún objeto cruce el horizonte de eventos de un agujero negro.
Suponga que usted y yo estamos en un satélite sobre un agujero de bloque. Me quedo en el satélite mientras saltas. Te verás pasar a través del horizonte de sucesos y poco después llegarás a la singularidad (donde encontrarás una muerte desordenada pero rápida :-). Nunca te veré llegar al horizonte, pero eso no significa que no lo hayas hecho, solo que mi sistema de coordenadas no llega al horizonte. Usted dice "No creo que sea posible que ningún objeto cruce el horizonte de eventos de un agujero negro", ¡pero eso es solo porque nunca se ha metido en uno!
Consulte math.ucr.edu/home/baez/physics/Relativity/BlackHoles/… para obtener una descripción razonablemente accesible de las matemáticas involucradas.
John - te estás perdiendo mi punto. Si desde todos los puntos de referencia, y me refiero a todos, fuera del agujero negro el objeto nunca caerá en el agujero negro, independientemente de si desde la perspectiva del objeto puede caer en el agujero negro (y creo que puede), si para cada punto de referencia fuera de los objetos del agujero negro no puede pasar, entonces, ¿cómo puede un agujero negro consumir algo? Nosotros y el resto del universo vivimos en puntos de referencia que significan que el horizonte de eventos de un agujero negro es una barrera para cualquier paso de materia. ¿Estás de acuerdo?
Creo que estamos de acuerdo en que los observadores fuera del agujero negro nunca verán nada que pase a través del horizonte de sucesos. Pero esto me parece una observación trivial. Es como decir que el Sol parece girar alrededor de la Tierra, lo cual es perfectamente cierto desde una perspectiva pero es una descripción pobre de la realidad. Si insistes en esta perspectiva tendrás una visión empobrecida del universo. GR es una teoría maravillosa, y quiero decir maravillosamente rica, pero es necesario abrazarla para apreciarla y eso significa abandonar el antropocentrismo.
John, me temo que te estás perdiendo el punto. Al fijarse en el punto de referencia del objeto que cae en el agujero negro, está evitando la pregunta que hice. ¿Eres capaz de responder, sucintamente: - "¿Cómo puede algo caer en un agujero negro visto desde un observador externo?"
¿Qué tal el experimento de Penrose?: en.wikipedia.org/wiki/Penrose_process . Si hiciéramos el experimento y detectáramos que nuestra masa de prueba salía con más energía de la que llegó, ¿no probaría eso (indirectamente) que la otra mitad de la masa de prueba había pasado a través del horizonte de sucesos?
En realidad, cuanto más lo pienso, más creo que el proceso de Penrose es una prueba. Por ejemplo, no "vemos" los quarks, creemos que existen porque QFT dice que los chorros que observamos prueban que existen. Bueno, suponiendo que creas en GR, el impulso de la partícula saliente en el proceso de Penrose demuestra que el horizonte de sucesos existe y que la otra mitad de nuestra masa de prueba lo cruza. Si niega que el agujero negro consumió nuestra masa de prueba, tiene que no creer en GR o no creer en prácticamente toda la física moderna :-)
Es por GR que existe esta paradoja. Creo que simplemente subraya cuánto no entendemos.
El mismo proceso se puede repetir con cualquier estrella giratoria. Incluso la división de la partícula no es necesaria.
¿Por qué utiliza la obra "paradoja"? La métrica de Schwartzchild describe un agujero negro estático de manera precisa y consistente internamente. No veo lo que es paradójico.
Si nada puede pasar el horizonte de eventos desde el punto de vista exterior, esto significa que nada puede pasar a través de él hasta que el BH se evapore por completo. Entonces, todo lo que caiga sobre el BH sobrevivirá antes de alcanzar el horizonte de eventos y verá el final del BH.
@John Me parece que el gran punto de malentendido aquí es de tipo filosófico: ¿qué significa que algo suceda? Para mí es algo así como "hay un punto en el espacio-tiempo y un marco de referencia (en nuestro contexto: fuera del agujero negro) que concuerda con ser simultáneo con el evento de un objeto cruzando el horizonte". En este sentido estoy de acuerdo con Matt, que un cruce nunca sucederá. Pero si tienes una filosofía diferente, esto podría no satisfacerte.
Además: si estás en el marco de movimiento conjunto de un observador que cae, el momento de cruzar con el marco no será simultáneo con nada fuera del BH. Entonces, suponiendo que el agujero negro no exista por la eternidad, ¿cómo puede ser esto? Por lo que entiendo, el momento de "cruzar" es simultáneo con: el final del universo, O el final del agujero negro (por ejemplo, la radiación de Hawkin acumulada te irradia)

De hecho, nada puede pasar por debajo del horizonte. Las cosas cercanas al horizonte de eventos se mueven hacia afuera a medida que aumenta el radio del agujero negro. Más aún, con cualquier deformación del agujero negro, como las ondas en su superficie, las deformaciones de las mareas o el cambio de la velocidad de rotación, todos los objetos lo suficientemente cerca del horizonte permanecen "pegados" a él y siguen todos los cambios de forma del agujero negro. Todos los objetos lo suficientemente cerca de un horizonte de agujero negro giratorio, giran con él a la misma velocidad. Si un agujero negro se mueve, también lo hace todo lo que está lo suficientemente cerca de su superficie, incluidas las cosas ubicadas en el lado de la dirección del movimiento. Si alguien está interesado en qué mecanismo hace posible tal adherencia, se llama frame-dragging.

Puede preguntarse entonces, cómo puede aparecer un agujero negro y formarse el horizonte. Se conjetura que no pueden, y los únicos agujeros negros posibles son los hipotéticos agujeros negros primordiales que existieron desde el principio del universo.

Los objetos que pueden ser muy similares a los agujeros negros se denominan colapsares . Son prácticamente indistinguibles de los agujeros negros reales después de un tiempo muy corto de formación. Consisten solo en materia fuera del radio del horizonte de eventos de un agujero negro con la misma masa. Esta materia está prácticamente congelada en la superficie como un agujero negro real, debido al alto nivel de gravedad.

Dichos colapsares posiblemente puedan convertirse en agujeros negros por un corto tiempo debido a las fluctuaciones cuánticas y, por lo tanto, emitir radiación de halcón.

Los astrofísicos no separan tales colapsares de los agujeros negros reales y los llaman a todos agujeros negros por razones prácticas debido a su indistinguibilidad real.

Aquí hay una cita de un artículo que apoya tal punto de vista:

Nuestro resultado principal, que no se forma ningún horizonte de eventos en el colapso gravitacional visto por un observador asintótico, sugiere la posibilidad de usar el número de horizontes de eventos locales para clasificar y dividir el espacio de Hilbert en sectores de superselección, etiquetados por el número de horizontes de eventos locales. Nuestro resultado sugiere que ningún operador podría aumentar el número de horizontes de sucesos, pero la posibilidad de reducir el número de horizontes de sucesos primordiales preexistentes no es tan clara y requeriría que la radiación de Hawking no provoque que los horizontes de sucesos de los agujeros negros primordiales se evaporen por completo.

Fuente

¡Gracias, Anixx! ¡Pensé que estaba volando solo con mi opinión sobre esto! Totalmente de acuerdo con todo lo que has dicho. Esto tiene mucho más sentido en comparación con lo que dice GR.
@Matt: El "colapsar" es una idea tonta --- es solo el punto de vista exterior de los agujeros negros. Las ideas modernas de la complementariedad de los agujeros negros resuelven el problema de la imagen exterior e interior de los agujeros negros, y dado que se las expliqué a Anixx y, sin embargo, él persiste con estas ideas sin sentido, votaré en contra.
Ron, si puedes explicar cómo un objeto puede caer en un agujero negro cuando para todos los demás puntos de referencia el objeto se detendrá en el horizonte de eventos, me encantaría escucharlo.
Cabe señalar que incluso Ron está de acuerdo en que toda la información sobre el objeto que cae siempre permanecerá fuera del horizonte de eventos. Eso es incluso si algo cae bajo el horizonte (como una especie de abstracción), si cae sin ninguna información (por lo tanto, sin estructura). Al mismo tiempo, cualquier cosa no estructural en el centro de masa de un cuerpo masivo se comporta exactamente de la misma manera que si estuviera esparcida sobre su superficie.
Por lo tanto, incluso en el mejor de los casos, no seríamos capaces de distinguir si algo pasó por debajo del horizonte o simplemente se extendió por la superficie (la información sobre las cosas caídas siempre estará disponible desde la superficie).
@ Ron Maimon no es la pregunta exactamente sobre la imagen exterior (no creo que la imagen interior sea relevante porque no se puede verificar con un método científico)?
@Anixx: La imagen interior se puede verificar con un método científico, arrojando una cámara, tomando fotografías y dejándola salir nuevamente , en el caso que creo, es decir, que para agujeros cargados o giratorios, sale nuevamente. Si me equivoco, se puede extraer la misma información observando la radiación de Hawking con mucho cuidado. La afirmación de que el observador que cae cae desde su punto de vista es ciencia bien establecida. En el exterior, el tiempo solo se congela hasta que el observador se mancha todo el horizonte debido a la expansión de las cuerdas.
@Anixx: La idea de que la imagen exterior está completa es correcta, ya que la imagen interior se puede extraer de la imagen exterior, pero es incorrecta porque el objeto que cae no está congelado desde su punto de vista --- la línea del mundo congelado termina en un tiempo propio finito en un punto que no es un punto especial, que contiene extensiones hacia el interior. La conexión entre la imagen interior y exterior es sutil, pero se entiende . La respuesta no es un colapso, sino la complementariedad del agujero negro de Susskind.
@Matt Luckham: el objeto no se "detiene" del todo en el horizonte de eventos. Se mancha sobre el horizonte y se termaliza con otras cosas en el horizonte, todo en una piel del largo de Planck cerca del horizonte. Este proceso es la versión neutral de la emisión y absorción de partículas de la teoría de cuerdas.
Bueno, ron. Afirmas que la cámara puede regresar del agujero negro. Pero, ¿qué le permite creer que la cámara estaba realmente bajo el horizonte si 1) la información sobre el estado de esta cámara siempre estuvo disponible para el observador externo 2) como tal, la cámara no podría tomar ninguna imagen de nada que no pudiera ser visto por el exterior observador directamente. Si digo que voy a un sex-shop por 5 minutos, pero siempre me ves fuera de un sex-shop y vuelvo con cosas que se pueden comprar fuera del sex-shop, y no traigo cosas que solo se venden en sex-shop, ¿Crees que en realidad estuve en un sex shop?
"la línea del mundo congelado termina en un tiempo propio finito en un punto que no es un punto especial, que contiene extensiones hacia el interior". - jajaja. Esto es solo si el agujero negro es eterno y no se evapora. De nuevo, GR se aplica fuera de su dominio. Tenga en cuenta que GR no es aplicable a tiempos superiores o comparables al supuesto tiempo de evaporación de BH.
@Anixx: su nueva respuesta es la parte no controvertida, y la complementariedad de Susskind realmente hace que esta respuesta sea incorrecta. La razón por la que uno cree que la complementariedad permite que la cámara entre (desde su punto de vista) es porque, de lo contrario, su camino termina en el horizonte en un tiempo propio finito desde el punto de vista de la cámara, lo cual es físicamente absurdo. La complementariedad es la afirmación de que el interior del sex-shop se puede reconstruir desde el exterior, de modo que no hay diferencia entre decir que entraste y decir que te desparramaste.
Pero la imagen extendida es subóptima, porque la cámara no se rompe cuando cruza el horizonte (aunque desde su punto de vista, se atomiza y todas las cadenas de protones explotan, se destruye por completo y luego se reforma cuando sale, como una onda que rebota sobre un estanque y se recoge en el punto por el que entró). El espacio-tiempo interior es una reconstrucción utilizando datos de límites disponibles externamente, pero todo el espacio-tiempo es una reconstrucción de la misma manera --- este es el principio holográfico. Es hermoso y sutil, y realmente funciona en la teoría de cuerdas.
Esta respuesta es completamente incorrecta. Hay varias respuestas correctas de personas competentes en relatividad para la pregunta que esta duplica: physics.stackexchange.com/q/5031
"Las cosas cercanas al horizonte de eventos se mueven hacia afuera a medida que aumenta el radio BH". Estoy de acuerdo en que tiene que ser así, pero ¿cómo está sucediendo?
Ahora creo que no se mueve hacia afuera. Nada puede caer en un agujero negro, por lo que el radio del agujero negro no puede aumentar. En realidad, los agujeros negros no existen. Pero en la práctica hay cosas que a todos los efectos prácticos son agujeros negros y si la cosa A comienza a caer sobre uno de estos casi BH, la cosa A se congelará en la superficie casi BH. Si otras cosas caen sobre el casi-BH, la cosa A estará dentro del casi-BH. Pero todavía no habrá un verdadero horizonte de eventos, por lo que nada estará bajo el horizonte de eventos.
@Anixx: Me gusta esta respuesta y me gustaría votarla, pero hay un problema. Lo noté el 25 de enero y ahora lo resolví: la materia no tiene posibilidad de moverse hacia afuera, pero los colapsares no tienen horizonte de eventos, por lo que no tiene que hacerlo; puede estar en un lugar que estaría bajo el horizonte de eventos si el colapsar eran verdaderos agujeros negros. Espero que esté de acuerdo en que es obvio. Si puede ver mi edición rechazada, debe entender lo que quiero decir. Más un error de ortografía: oblects->objects.
@BartekChom Dado que Anixx editó la pregunta después de su comentario, no sé si le gusta la edición actual, todavía dice que las cosas se mueven, cuando no es así.
@Timaeus Si veo correctamente, Anixx editó en febrero de 2012 y comenté en febrero de 2015. Sin embargo, gracias a su comentario vi una edición con fuente sobre la posibilidad de agujeros negros primordiales. No estoy seguro de si son realmente posibles, especialmente porque Hawking escribió en 2014 que los agujeros negros en el sentido original no existen y deben redefinirse. Además, no veo cómo el horizonte primordial pudo crecer en un tiempo finito. De todos modos, ahora no estoy seguro de que esta parte de la respuesta sea incorrecta. Todavía estoy esperando una explicación.
@ben Crowell esa pregunta que publicaste tiene todas las respuestas incorrectas, cada respuesta es completamente incorrecta dado el contexto de la pregunta. Me irrita mucho cuando una buena pregunta se encierra con malas respuestas que difunden conocimientos falsos y encierran la pregunta. Esas respuestas no entendieron cuando el contexto más básico de que op se refiere a un observador externo, no a uno dentro del agujero negro o cerca de él, ¿por qué es difícil de entender ese sollozo?
Creo que esta información es incorrecta. De acuerdo con un sistema de coordenadas que describe todo el espacio, el espacio se mueve hacia la singularidad de una manera aproximadamente newtoniana y más allá del horizonte de eventos, el espacio se mueve tan rápido que la luz no puede luchar contra la corriente y un objeto cruza el horizonte de eventos en tiempo finito
A veces, las teorías tienen consecuencias que sus escritores no pretendían ni esperaban en particular (el ejemplo más conocido fue la adición de la constante cosmológica a GR por parte de Einstein), y mi respuesta a una pregunta de PSE ("¿Cómo pueden existir los agujeros negros?"), muy similar al que nos ocupa, menciona uno en relación con el Teorema de Borde-Guth-Vilenkin y la hipótesis relativista de Poplawski para la cosmogénesis dentro de los agujeros negros. (El CC era superfluo cuando Einstein lo agregó a GR después del descubrimiento de Hubble en 1929, aunque desde entonces se ha vuelto útil en algunas hipótesis sobre la aceleración cósmica).
@BenCrowell De vez en cuando reviso esta pregunta (porque tengo mis propias preguntas sobre el tema), y esta no es la primera vez que me dirijo por su comentario a esa otra pregunta, cuyas 3 respuestas principales hablan de lo que sucede desde el punto de vista de un objeto que cae. Si cree que esta y las siguientes respuestas son incorrectas, enlace a la respuesta correcta que realmente aborde el problema desde el punto de vista de un observador externo, no desde un objeto que cae.
@BartekChom, el asunto se apega al horizonte de eventos mediante el arrastre de cuadros. Entonces, si el horizonte de eventos se mueve, crece, el BH se mueve como un todo o cambia la velocidad de rotación, la materia cerca del horizonte de eventos sigue sus movimientos, incluido el movimiento hacia afuera en cierto sentido (pero siempre se mueve hacia el horizonte de eventos). Palabra clave: arrastre de fotogramas.

Me gustaría añadir un dato que, quizás, no sea controvertido.

Es decir, que toda la información sobre cualquier objeto que caiga estará disponible para el observador externo en cualquier momento. La información no puede perderse bajo el horizonte, de lo contrario tenemos la paradoja de la pérdida de información.

Esto significa que, en teoría, es posible que un observador externo restaure cualquier objeto que haya ido en dirección al BH, porque aún se conserva toda su información.

Esto es cierto no solo con respecto a los objetos que caen después de la formación de BH, sino también a aquellos objetos que estaban allí en el momento en que colapsó la estrella. Entonces, incluso si estuviera en el centro de una estrella cuando colapsaba, toda la información sobre usted aún se conserva, está disponible fuera del horizonte y su cuerpo puede reconstruirse.

Lo siento, definitivamente controvertido. Intuitivamente, ¿cómo podría salir la información del centro? E incluso si finalmente sale, ¿cómo es posible que esté disponible en todo momento? Nadie puede responder esto actualmente.
@PeterShor Según tengo entendido, la información ni siquiera llega al centro, por lo que no es necesario que pueda salir. Toda la información permanece en el horizonte de eventos y, por lo tanto, está disponible en todo momento.
@Wouter: ¿Qué pasa si la información comienza en el centro? Suponga que después de que una estrella colapsa en un agujero negro, desea reconstruir el estado cuántico de la materia en el centro de la estrella antes de su colapso. ¿Cómo sale esta información? Por lo que puedo decir, nadie tiene una explicación no controvertida.
@Peter Shor, el horizonte aparece inicialmente en un punto y luego se eleva. No es que un volumen se convierta de repente bajo el horizonte.
@Anixx: El "horizonte" de un agujero negro es una superficie completamente imaginaria. Si tiene rayos de luz que entran por todos lados y forman un agujero negro, el "horizonte" aparece en un punto antes de que la relatividad diga que la información de que se está formando un agujero negro puede llegar a ese punto. ¿Hay física no local aquí? ¿La materia en el centro de una estrella que colapsa se convierte repentinamente en fotones (o gravitones) sin ninguna razón localmente discernible y comienza a correr para salir antes de que quede atrapada por el horizonte del agujero negro? ¿Cómo puede eso no ser controvertido?
@Peter Shor Usted dijo: "Si tiene rayos de luz que entran por todos lados y forman un agujero negro, el" horizonte "aparece en un punto antes de que la relatividad diga que la información de que se está formando un agujero negro puede llegar a ese punto". - incorrecto, porque 1) los rayos de luz no pueden crear un agujero negro 2) si algunas partículas masivas se unen para crear una concentración en la que aparece un horizonte, la información sobre esto estaba disponible mucho antes. Conociendo los campos gravitatorios de las partículas siempre es posible predecir si formarán un horizonte o no.
aquí no hay transferencia de información más rápida que la luz.
@Anixx: tal vez debería dar una respuesta correcta a esta pregunta de intercambio de pila entonces. Especialmente si puede encontrar una fuente autorizada que diga que los agujeros negros no pueden formarse por radiación, contrariamente a la respuesta aceptada y votada.
@Peter Shor gracias por el enlace. De todos modos, esto no afecta esta pregunta, incluso si el BH está formado por la radiación. Experimentamos la atracción gravitacional de la energía de un fotón incluso si todavía no nos alcanzó, porque la radiación no aparece de la nada.
@Anixx: Pero los fotones vienen hacia nosotros, que es lo que hace que se forme el agujero negro. La misma atracción gravitacional, si se mantuviera lejos, no ayudaría a formar un agujero negro.
@PeterShor Perdón por revivir un argumento de una década, pero Anixx tiene razón, la luz no puede crear un BH. El motivo de la controversia es equiparar la luz con la radiación EM clásica. En GR, la luz es Null Dust en lugar de dar diferentes soluciones. Considere el colapso de una capa de neutrinos de ultra alta energía. Su energía es suficiente para crear un BH, pero la energía cinética de un objeto relativista no dobla el espacio-tiempo, por lo que los neutrinos simplemente se dispararán y se irán volando. Tanto los neutrinos como los fotones son polvo nulo en GR. Por lo tanto, una capa de luz que colapsa (a diferencia de la radiación EM clásica) no puede crear un BH.

Me parece que el faller es parte de la bodega negra y por lo tanto se evaporará

Si uno arroja un leño al fuego, ¿es el fuego lo que quema el leño, o es el leño ahora parte del mismo fuego? Veo a la persona que cae como parte del horizonte de sucesos, así que en lugar de decir que la persona que cae es destruida por un cortafuegos, tal vez la persona que cae se evapore.

Quizás esto sea solo una objeción sobre la semántica.

Hay una buena respuesta de John Rennie , y creo que la discusión continua en los comentarios se basa en un malentendido por parte del OP, quien le pregunta en un comentario a John:

"¿Cómo puede algo caer en un agujero negro visto desde un observador externo?" — Matt Luckham 24 feb.

El malentendido del OP está en la definición del "observador externo" y en asumir que todos los observadores están "afuera".

"Afuera" significa fuera de la influencia/atracción gravitacional del agujero negro, es decir, no atraído y cayendo en él. Por supuesto, esto no define a "todos los observadores" . Habrá observadores cayendo en el agujero negro porque su trayectoria cae hacia el agujero negro, sin importar lo lejos que estén. Esto incluye toda la materia que cae hacia la singularidad, vista desde cualquier marco.

Re "marco" : ¿Quiere decir marco de referencia (o similar)?
Me refiero a las métricas de la relatividad general, consulte en.wikipedia.org/wiki/Metric_tensor_(general_relativity)

Esto se ve más fácilmente desde el punto de vista matemático: la métrica de Schwarzschild dice:

d s 2 = − C 2 ( 1 − 2 GRAMO METRO C 2 r ) d t 2 + ( 1 − 2 GRAMO METRO C 2 r ) − 1 d r 2 + r 2 d θ 2 + r 2 s i norte 2 θ d ϕ 2
para los cuerpos que cruzan el horizonte lentamente, es posible que tengamos
d t d τ = 1 gramo 00 = ( 1 − 2 GRAMO METRO C 2 r ) − 1
El radio de un agujero negro es su Horizonte, y este radio es el Radio de Schwarzschild, que es igual a r = 2 GRAMO METRO C 2 . Entonces, en el horizonte, la relación entre el tiempo coordinado y el tiempo propio es infinita, lo que significa que mediría el tiempo de los cuerpos para desacelerar por un factor infinito, lo que significa que los verá detenerse en el horizonte.

Recomiendo leer las respuestas a algunas de las preguntas a la derecha --> -->

Particularmente este .

Espero que esta pregunta se cierre como un duplicado exacto, pero lo que encontrará en respuesta a las otras preguntas es que lo que observa alguien que cae en un agujero negro y lo que alguien afuera que lo ve caer, no es lo mismo. . La naturaleza exacta del cambio de la imagen puede ser (y ha sido) resuelta, pero nuevamente, recomiendo mirar las otras preguntas aquí.

¡Esa fue una pregunta diferente a la que me vinculaste! Estoy hablando de cruzar el horizonte de sucesos. Aprecio que el objeto que cruza el horizonte de eventos detecte alguna desaceleración, pero estoy hablando del "observador". Si estoy "observando", ¿alguna vez veré un objeto entrar en el agujero negro? Si no, ¿nunca "observaré" que el agujero consuma algo? ¿Es eso correcto?
No te estaba dirigiendo a la pregunta... Te estaba dirigiendo a las respuestas a la pregunta... por eso dije "Recomiendo leer las respuestas a algunas de las preguntas..."
Re "algunas de las preguntas de la derecha" : Esa es una referencia demasiado inestable. Por ejemplo, la pregunta de ejemplo a la que se vinculó no está allí (2021-10-08). Está en la página enlazada " Ver más preguntas enlazadas " (actualmente hay 99 preguntas enlazadas a esta). La parte "Relacionado" es aún más inestable.

El tercer párrafo en adelante es un poco especulativo de mi parte; No estoy exactamente seguro de ellos. Comentarios apreciados

Todo esto se debe a la rareza de la relatividad. En su marco de referencia, la roca se detiene en el horizonte. La roca no siente tal detención. La roca verá cómo las estrellas se condensan (esta 'condensación' es más evidente en los agujeros negros masivos), debido a la lente gravitatoria. Verá acercarse el horizonte y caerá a través de él.

Recuerda, el tiempo y el espacio son relativos. Este es un caso bastante extremo donde el tiempo parece fluir infinitamente más rápido en un marco diferente.

Sobre la 'atenuación', no estoy exactamente seguro de lo que sucede. IIRC, la afirmación de que la roca se 'congela' es una verdad a medias. En teoría, la roca está congelada en su marco de referencia, pero un telescopio no puede ver eso. Para hacer la vida más fácil, supongamos que la roca está cubierta de lámparas (una roca normal se volvería invisible mucho antes de llegar al horizonte). En el horizonte, la luz emitida por estas lámparas es ∞ desplazado hacia el rojo, por lo que básicamente no existe. Esto también se puede ver como el fotón girando la cola y siendo absorbido (en realidad, el fotón se congela en el horizonte), por lo que una roca en el horizonte es invisible. Una roca cerca del horizonte es muy tenue, ya que casi toda la luz emitida se reabsorbe (también, hay corrimiento al rojo de la luz, más corrimiento al rojo ⟹ menos energia. ). Entonces, lo que vemos es que la roca se oscurece gradualmente a medida que alcanza el horizonte. También parece ir más lento. La tasa de oscurecimiento y desaceleración convergen en el horizonte, donde la roca está congelada, pero completamente invisible. En mi humilde opinión, esto sucede en t = ∞ en tu marco.

Así que un agujero negro permanece negro. No verá estrellas, gas, rocas o investigadores ambiciosos pegados al horizonte, aunque puede lograr ver versiones tenues de ellos a medida que caen cerca del horizonte.

En cuanto a cómo crece el agujero negro, se debe al horizonte absoluto. El horizonte de un agujero negro crece en "anticipación" del material que cae.

Gracias por tu respuesta Manishearth. Entonces, si está diciendo que las rocas se han atenuado para ser invisibles, pero todavía están allí (desde el punto de vista del observador) y si el observador pudo observar el agujero negro durante mil millones de años, ¿la roca todavía estaría allí (invisible, pero en el horizonte de sucesos). Entonces, desde la perspectiva de los observadores, ¿cruzaría algo el horizonte de eventos?
Recuerda que la roca misma tiene un campo gravitatorio. Entonces creo que la roca extiende el agujero negro simplemente por estar allí. Pero no estoy seguro. GR falla después del horizonte de eventos, e incluso podría fallar en el horizonte de eventos. no soy un experto
No digas que el corrimiento al rojo y la desviación son lo mismo, porque son diferentes: cambio de color frente a cambio de intensidad. Por cierto, la intensidad de un rayo láser ideal también disminuirá.
@kartsa Sí, pero dan el mismo efecto (eso lo aclaré). IIRC, ∞ El corrimiento al rojo del fotón es equivalente a que esté atrapado en el horizonte. Y cambio de color ⟹ cambio de intensidad (aunque no es por desviación). Tome un haz y deslícelo al rojo. mi = h v , yo = mi / A . Si v disminuye, también lo hace mi , y consecuentemente yo .
Cito a FrankH: "También la cantidad de fotones que emite por segundo (a medida que los detecta) disminuirá con el tiempo a medida que se acerque al horizonte" ESO es lo que quise decir. Número de fotones por segundo. No intensidad. La intensidad es proporcional al factor de corrimiento al rojo al cuadrado.
@kartsa Sí, entonces hay múltiples factores aquí: intensidad decreciente del desplazamiento al rojo e intensidad decreciente de la gravedad.
Chicos, si pueden ver el objeto o no es irrelevante, ¿no? La pregunta es ¿puede el objeto cruzar el horizonte de eventos y pasar a la singularidad desde cualquier observador que no esté en la misma referencia que el objeto? Creo que GR dice que no...
@MattLuckham Aah: lo que pasa aquí es que en el momento en que llega al horizonte, lo extiende. La roca también tiene un campo de gravedad. Así que se engulle a sí mismo. El 'atascado en el horizonte' solo es cierto si el cuerpo mismo no gravita.
Y el horizonte no se volverá grumoso, debido a la conjetura sin cabello.
¿GR no dice que no solo la dilatación del tiempo se vuelve infinita, sino que también la masa de los objetos se vuelve infinita? Para ser honesto, me duele el cerebro. ¡Necesito encontrar un agujero negro y probar esto!
¿Por qué la masa se volvería infinita? La masa-energía todavía se conserva si tienes un agujero negro. Los agujeros negros tienen una masa finita; agujero negro+objeto=azada negra; por lo tanto, cualquier objeto que cae en un agujero negro tiene una masa finita.
Esto demuestra mi ignorancia. Sé con SR que cuando un objeto se acerca a la velocidad de la luz, su masa se vuelve infinita (como se dilata el tiempo) para cualquier observador. Mi entendimiento fue que GR dice que el mismo efecto ocurre dentro de los campos gravitatorios. Entonces, cuando mi roca de 100 kg golpea el horizonte de eventos, no solo parece congelarse, sino que su masa también es infinita para cualquier observador. ¿Es eso basura?
¿Quién dijo que su velocidad se vuelve infinita? La dilatación del tiempo SR es diferente de la dilatación del tiempo gravitacional IIRC. El primero se ocupa de las velocidades, el último tipo se ocupa de la aceleración. Pero no una aceleración infinita.
Nunca dije que la velocidad se vuelve infinita. Todo lo que he leído indica que la dilatación del tiempo SR y la dilatación del tiempo por gravedad son iguales. Cito: "Esto se debe a que la dilatación del tiempo gravitatorio se manifiesta en marcos de referencia acelerados o, en virtud del principio de equivalencia, en el campo gravitatorio de objetos masivos".
@MattLuckham Lo siento, quise decir que la velocidad se convierte en C . Sí, la dilatación del tiempo SR y GR son fundamentalmente lo mismo, pero lo estás mezclando demasiado. Tu lógica es la siguiente, a la derecha: ∞ dilatación del tiempo en RS ⟹ v = C ⟹ γ = ∞ ⟹ metro = ∞ ; ∴ ∞ dilatación del tiempo en GR ⟹ metro = ∞ ; ∵ dilatación del tiempo en RS ≅ dilatación del tiempo en GR . Aquí, estás mezclando causa y efecto. (continúa en el siguiente comentario)
v = C ⟹ dilatación del tiempo = ∞ . No de la otra manera. En GR, podemos tener una dilatación de tiempo infinita sin ningún problema de velocidad.
"Verá acercarse el horizonte y caerá a través de él". - El observador que cae nunca se verá a sí mismo cruzando el horizonte. El horizonte siempre estará a lo lejos, aunque ya esté dentro del BH, porque verá un horizonte diferente, no el horizonte del BH.

Una versión que escuché es esta: el radio del horizonte de eventos se puede definir usando la masa que envuelve. Ahora bien, aunque desde un observador externo, un objeto nunca entra en el horizonte de sucesos, pero en un tiempo finito estará muy, muy cerca de él. Ahora, si incluye este objeto como parte del agujero negro y vuelve a calcular el horizonte de eventos, encontrará que el nuevo horizonte de eventos ya incluye este objeto, por lo tanto, el objeto puede verse como dentro del agujero negro recién formado.

Ve objetos que se congelan fuera del horizonte de sucesos. Ve el horizonte de eventos moviéndose hacia afuera cuando más cosas caen en el horizonte de eventos. Las cosas en el horizonte de eventos no se mueven hacia afuera, cuando el horizonte de eventos se mueve hacia afuera, por lo tanto, los objetos quedan envueltos por el horizonte de eventos.

¿Interesante? No he pensado en este. ¿Es eso lo que sucede cuando tenemos un agujero negro de 1 millón de masas solares y una roca de 100 kilos se encuentra con el horizonte de sucesos?
Esto no es verdad. Las cosas cercanas al horizonte de eventos se mueven hacia afuera a medida que aumenta el radio BH. Más aún con cualquier deformación de BH como ondas en su superficie, las deformaciones de marea o el cambio de la velocidad de rotación, todos los objetos lo suficientemente cerca del horizonte quedan "pegados" a él y siguen todos los cambios de la forma de BH. Todos los objetos lo suficientemente cerca de un horizonte BH giratorio, giran con él a la misma velocidad.
@Anixx Bueno, tal vez las cosas sigan cualquier movimiento del horizonte. Solo repetí lo que dijeron algunos chicos grandes.
@MattLuckham No lo sé. Pero bueno, ¿tiene una roca alguna energía además de la energía cinética en el horizonte? Si tiene algo de energía, entonces hay un horizonte de eventos alrededor de la roca. Entonces el problema se convierte en un problema de colisión de horizontes de eventos. (Cerca del horizonte de eventos, solo un poco de curvatura adicional del espacio-tiempo creará un horizonte de eventos)
@kartsa, el voto negativo no se debe a mí, sé que algunos grandes dicen esas cosas.

Si mi conocimiento de la dilatación del tiempo es correcto, funciona en ambos sentidos. El tiempo se ralentiza para el objeto en esta situación. Pero, el tiempo no se ralentiza para un observador externo. Por lo tanto, no, el tiempo sería infinito solo para el objeto que se acerca al agujero negro. (Podría estar equivocado, si lo estoy, por favor dímelo en los comentarios)

El problema de probar si algo que no sea la imagen/información permanece flotando por encima de donde debería estar el horizonte de eventos es que cualquier señal que emita un objeto se vuelve más lenta y se desplaza hacia el rojo hasta el punto en que una sonda dejará de responder y será invisible. Una forma posible de verificar si los objetos realmente todavía están flotando allí es si equipas un montón de sondas de prueba con espejos que reflejan muy bien las longitudes de onda cortas (la razón para tener un montón de ellos es que eventualmente, incluso los fotones individuales transferirán una cantidad destructiva de impulso). Supongo que obtendrá reflejos siempre que no se quede sin sondas (aunque TENDRÁ que esperar exponencialmente más tiempo para cada medición adicional).

Editar: según un comentario de Anixx, las sondas no se "tragarán" a medida que su masa expanda el agujero negro, sino que simplemente se empujarán ligeramente hacia afuera.

" eventualmente, incluso los fotones individuales transferirán una cantidad destructiva de impulso ": esto sería cierto para los observadores suspendidos, pero es técnicamente imposible flotar allí. Sin embargo, para los observadores en caída libre, la luz exterior radial en realidad se desplaza hacia el rojo (asintóticamente dos veces en el horizonte).

En el horizonte de eventos, la persona que es absorbida verá la luz el doble de rápido. Luego, a medida que cae, eventualmente verá la luz 3 veces más rápido, luego 4 veces más rápido, luego 5 veces más rápido, hasta que la luz parezca ser infinitamente rápida y el tiempo comience a hacerse infinito para él, y probablemente parecerá tomar una fracción de segundo para caer, luego será destruido porque solo hay espacio para menos de una tabla cúbica (infinitesmall) mientras que él es más grande que una celda. Sin embargo, afuera, nunca verás algo cayendo en el horizonte de sucesos, y cuando la velocidad de escape necesaria sea la mitad de la velocidad de la luz, verás objetos yendo a la mitad de la velocidad, lo cual no es tan malo, pero después de un tiempo, cuando la velocidad necesaria se convierte en 299, 792, 457 metros por segundo, y imagina que hay un reloj, será 1/299, 792, 458 veces más rápido y, por lo tanto, tarda alrededor de 9 años en pasar 1 segundo, que probablemente el reloj ya se cayó. La persona que cae, sin embargo, no siente nada especial al cruzar el horizonte de eventos, e incluso puede comunicarse con otra persona que cae, hasta que uno es destruido por la singularidad de la gravedad. No hay forma de entrar en un agujero negro y contarle la historia a todo el mundo, pero hay una forma de identificar cada objeto que ha caído en el agujero negro desde el Big Bang, pero necesitarás un programa de ejecución súper rápido y mucho mejor. vista de lo normal. Como cuanto más rápido vas, más lento es el tiempo para ti porque la velocidad de la luz es solo un poco más rápida que tú, tendrás que esperar hasta que estés casi a la velocidad de la luz como 299, 792, 457.99[...] 9 metros por segundo, luego inmediatamente sin esperar 299, 792, 458/ el número que escribí -1 segundo, y retrocedí a la velocidad de la luz durante un tiempo muy, muy largo, probablemente más que el tiempo que tardó Big Bang en formarse y contar la historia. Y no, envejeces a la misma velocidad, pero el tiempo PARECE mucho más lento porque la luz solo va un poco más rápido que tú.

Esto es completamente incorrecto. Los observadores nunca observarán ninguna velocidad de la luz que no sea c, pero verán un cambio rojo/azul.
No dije eso para los observadores. Dije eso para la persona que cae, que probablemente será destruida primero a menos que el agujero negro tenga mucha masa. Y la segunda parte fue sobre antes de que el objeto caiga en el horizonte, momento en el que la persona se sentirá mucho más lenta, mientras que la persona que cae dentro sentirá que la luz viene aproximadamente el doble de rápido, suponiendo que vaya en línea recta, lo cual no debería ocurrir. cualquier fuerza (que no es cierto). Y el objeto se desgarraría justo antes de caer si una parte del objeto hubiera atravesado el horizonte y otra parte no, y estuviera yendo a la velocidad de la luz.
Esto está mal: "mientras que la persona que cae sentirá que la luz llega el doble de rápido". Entonces, esto es "el objeto se rompería justo antes de caer si parte del objeto estuviera a través del horizonte y otra parte no". Esto es imposible: "y va a la velocidad de la luz".
Esto sería cierto excepto por el hecho de que el observador que cae en el BH también se acerca cada vez más a la velocidad de la luz, por lo que también debe tener en cuenta los efectos de SR. Creo que el efecto doppler SR termina siendo exactamente el inverso del efecto de desaceleración del tiempo GR más el efecto de desaceleración del tiempo SR, por lo que deberían terminar viendo la misma frecuencia y la misma duración si están en caída libre. Una historia completamente diferente, por supuesto, si tienen cohetes lo suficientemente potentes como para flotar justo por encima del horizonte de eventos.
¿Cómo puede algo caer en un agujero negro visto desde un observador externo?
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