¿Cómo pueden existir los agujeros negros clásicos?

No estoy preguntando sobre el horizonte de eventos, sino sobre el agujero negro real en sí mismo y estoy haciendo esta pregunta basada en el siguiente experimento mental:

  1. Imagine el proceso hipotético en el que se forma un agujero negro a partir de tres partículas aplicando una forma de presión externa.

  2. En algún momento, se supone que una de estas tres partículas (partícula A) está tan comprimida que cabe dentro de su propio horizonte de eventos. Llamemos a este evento "transición".

  3. Inmediatamente antes de la transición de la partícula A, el tiempo en su superficie se dilata casi infinitamente. Como se ve desde nuestro marco de referencia distante, parecería tomar un tiempo infinito para que la superficie de esa partícula realmente cruce su propio horizonte de eventos, como se observa externamente.

  4. Las otras dos partículas, que también son externas a la partícula A (aunque mucho más cercanas), también verían esto como algo que lleva un tiempo casi infinito. Debido a su propia dilatación del tiempo, verán que sucede más rápido que un observador remoto, pero aún así la dilatación del tiempo debería acercarse al infinito. La partícula C nunca verá que la partícula B se fusione con la partícula A, y la partícula B nunca verá que la partícula C se fusione con la partícula A.

Ahora, entiendo que múltiples partículas juntas pueden crear un pozo gravitacional, del cual ninguna partícula puede escapar fácilmente y que esto parecerá un agujero negro para un observador externo distante.

Pero si miras más de cerca, ¿cada una de esas partículas nunca debería poder observar partes de sí mismas cruzando el horizonte de eventos de otra partícula?

Algunos (si no todos sus problemas) se relacionan con esta pregunta y las preguntas vinculadas.
Dios mío, ¿en cuántas variaciones se hará esta misma pregunta?
Se seguirá preguntando. Y muchos otros que son estándar. Las personas tienen todo tipo de formas de pensar, y este sitio es para responder a sus preguntas. Incluso si investigan en este sitio, si no usan ciertas palabras, no encontrarán la respuesta.
@frodeborli. Seguir el enlace en el primer comentario y sus enlaces deberían responder la pregunta.
@StephenG Gracias por ese enlace, parece relacionado. Sin embargo, mi interpretación amplía esto un poco. Internamente dentro de una estrella de neutrones que colapsa en un agujero negro: las partículas pueden acercarse individualmente a la densidad del agujero negro, pero todas las demás partículas dentro de un agujero negro nunca verán colapsar a ningún otro par de partículas. En cambio, sospecho que simplemente se orbitan entre sí; esto implica que todos los agujeros negros "grandes" son simplemente una nube de muchas "partículas que colapsan" individualmente. Esas partículas eventualmente pueden agruparse, creando un horizonte de eventos que es más grande que cualquier partícula individual.
@ Alfred Centauri: la última "pregunta" anterior que pude encontrar data incluso de antes de la afirmación de Hawking en 2014 de que "no hay agujeros negros" (lo que generalmente parece interpretarse como que el horizonte se propaga hacia afuera, desde el centro de un una estrella que colapsa gravitacionalmente y cuya masa es tal que viajar desde ella requeriría una velocidad mayor que la de la luz en el vacío de nuestra región observable, marca una separación causal que eventualmente resultará ser solo temporal).

Respuestas (3)

En algún momento, se supone que una de estas tres partículas (partícula A) está tan comprimida que cabe dentro de su propio horizonte de eventos. Llamemos a este evento "transición".

Creo que esta es la fuente de su confusión. Esta no es una buena descripción de la formación de un agujero negro.

La solución clásica que describe la formación de un agujero negro se denomina espacio-tiempo de Oppenheimer-Snyder. Modela el colapso de una nube de polvo esférica sin presión, por lo que no hay presión en ningún momento en la solución. Aunque obviamente se trata de una simplificación atroz, resulta que las características básicas de este modelo analítico simple de colapso son compartidas por modelos numéricos más precisos.

La clave para iniciar el colapso y la formación de un horizonte de eventos resulta no ser la presión en el centro, sino simplemente tener suficiente masa dentro del radio de Schwarzschild. Incluso densidades muy bajas serán suficientes para el colapso si la masa total es lo suficientemente grande.

Cuando se acumula suficiente masa, el horizonte de sucesos se forma en el centro de la nube y se expande rápidamente para cubrir toda la nube. La densidad aún puede ser baja en toda la nube, aunque aumentará rápidamente en el centro donde la singularidad gana masa. Pero la singularidad está siempre dentro del horizonte.

Muchas "cosmologías que rebotan" (por Lee Smolin, Nikodem Poplawski y otros) sustituyen la formación de un nuevo "Universo local" por la singularidad mencionada en una respuesta anterior: Poplawski entra en más detalle, en varios artículos en el sitio web Arxiv que fueron escritos en 2018. Estas cosmologías generalmente tienen la ventaja de equilibrar una contracción (que comienza cuando la estrella se queda sin combustible que produce presión) contra la expansión, lo que permite un universo eterno en el pasado, que de otra manera es imposible (por geometría). razones descritas en el Teorema de Borde-Guth-Vilenkin).

Tengo que aclarar que el universo eterno al pasado sería un conjunto, o conjunto de iteraciones, de universos locales. Existe amplia evidencia astronómica de agujeros negros, incluidas las órbitas circulares de muchas estrellas solitarias cuyo compañero binario se ha convertido en uno. La mayoría de las estrellas están en pares binarios.

Creo que el OP puede estar pensando en agujeros negros microscópicos, una vez una idea de Hawking, para los cuales hay poca evidencia en nuestra región actualmente observable. (La escala espacial de los objetos fuera de él es, por supuesto, completamente hipotética).

Creo que puede haber estado mal informado sobre dos puntos: primero, que los BH son el resultado de la presión externa y no de la falta (como señalé antes) de presión interna y, segundo, que el horizonte de eventos aparece en algún lugar dentro del objeto que colapsa y permanece allí—no es así; se propaga hacia afuera desde el centro de la estrella colapsada. Las ideas de que el colapso durará para siempre son correctas solo en la inclusión de más BH dentro del universo local en formación, más BH dentro de ellos, etc., y se derivan de la "eternidad pasada" permitida por el equilibrio de tal contracción contra expansión.

pero Poplawski proporciona un mecanismo que pondría en marcha un efecto local que podría fácilmente -incluso para los habitantes de tamaño promedio en un rango infinito de escalas- parecerse lo suficiente a "nuestro" Big Bang como para ser, para ellos, indistinguible de él desde el punto de vista de la observación. como el nuestro parece ser para nosotros. Todo esto podría suceder dentro del espacio que parece ser negro, subjetivamente profundo y cargado [por cualquier radiación de Hawking que hubiera evaporado los BH anteriores] con suficiente potencial para que los bosones puntuales vuelvan a rodar tal cosa, en cualquier región que había estado bastante inactivo por un tiempo.) pero Poplawski proporciona un mecanismo que pondría en marcha un efecto local que podría fácilmente -incluso para los habitantes de tamaño promedio en un rango infinito de escalas- parecerse lo suficiente a "nuestro" Big Bang como para ser, para ellos, indistinguible de él desde el punto de vista de la observación. como el nuestro parece ser para nosotros. Todo esto podría suceder dentro del espacio que parece ser negro, subjetivamente profundo y cargado [por cualquier radiación de Hawking que hubiera evaporado los BH anteriores] con suficiente potencial para que los bosones puntuales vuelvan a rodar tal cosa, en cualquier región que había estado bastante inactivo por un tiempo.)

El "horizonte de eventos" es, desde los comentarios de Hawking en 2014, a veces referido como un "horizonte aparente", lo que deja la puerta abierta a cualquier evidencia que eventualmente pueda corroborar el comienzo de un multiverso. Dicha evidencia podría incluir cambios en los datos de CMB, aunque nuestros datos de CMB actuales, descritos en el artículo de Arxiv "Reconstrucción no paramétrica de un potencial de inflación", son consistentes con la teoría de Poplawski.

En caso de que alguien pueda concluir que estoy insinuando que un multiverso podría consistir en una colección casi infinita de versiones submicroscópicas, similares a juguetes, de nuestra región observable, debo decir que ese no es necesariamente mi objetivo. Aunque tal representación podría ser consistente con una teoría invariante de escala como GR (especialmente dados los comentarios de Einstein sobre la velocidad de la luz, que se pueden ver en el primer párrafo de la Sección 27 de la versión en línea de Wikisource de su popularización de 1916 "Relatividad : The Special and General Theory"), el efecto de la dilatación del tiempo, en el intenso campo gravitacional que rodea el centro de cualquier estrella grande que sufre un colapso gravitatorio,

Hay una razón por la que se llaman agujeros negros: no son observables.

En física, si no es observable, no existe.

Además, GR solo ha sido probado en aproximación de campo débil; su comportamiento en presencia de campos fuertes es pura especulación.

Y que la Teoría General de la Relatividad (RG) tuviera una singularidad física sería devastador.

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