¿Cómo "saben" las partículas en la fusión de los agujeros negros que necesitan cambiar de dirección en el tiempo hacia una nueva singularidad?

He leido esta pregunta:

Por lo tanto, no hay nada (excepto cosas que viajan hacia la singularidad) dentro del horizonte de eventos de un agujero negro.

¿Existe algo entre la singularidad y el horizonte de eventos de un agujero negro?

Ahora imagina partículas moviéndose hacia la singularidad dentro de dos agujeros negros, que en realidad se están fusionando. Hasta que los horizontes no se superpongan, todas las partículas se están moviendo hacia la singularidad de su propio agujero negro, eso es comprensible.

Ahora veamos qué sucede cuando los horizontes comienzan a superponerse. ¿Cómo las partículas que ya están en camino hacia su propia singularidad, "saben" que necesitan cambiar de rumbo (ya sea hacia la otra singularidad o hacia una nueva común)?

Esto es lo que no entiendo: la información dentro de un agujero negro solo puede viajar hacia la singularidad (r decreciente), no hay forma de que la información viaje hacia atrás. Ahora, cuando los horizontes de eventos de los agujeros negros comienzan a superponerse, pensando ingenuamente, el "viaje hacia la singularidad" tiene que cambiar de dirección, sea lo que sea que esa dirección signifique, porque en este sitio a menudo se menciona que avanzar hacia la singularidad es como moverse hacia el mañana ( así que viaja en el tiempo, no en el espacio).

Ahora la información solo puede viajar hacia una r decreciente, es decir, los cambios en el campo gravitatorio solo pueden propagarse a la velocidad de la luz hacia una r decreciente. Pero si eso es cierto, entonces las partículas que se están moviendo hacia su propia singularidad tendrían que recibir información de otras regiones dentro del nuevo agujero negro común, por lo que esa información tendría que viajar hacia el exterior, es decir, aumentar r. Pero eso no es posible, y los cambios en el campo gravitatorio no pueden propagarse hacia el exterior (aumentando r).

Así que hay dos cosas que vienen a la mente:

  1. las partículas que se mueven hacia su propia singularidad tendrían que hacer un cambio de dirección moviéndose en el tiempo tan pronto como los horizontes de eventos comiencen a superponerse

  2. para hacer eso, las partículas necesitarían recibir información (cambios en el campo gravitatorio) que se está propagando hacia afuera (aumentando r) en el nuevo agujero negro común

Pregunta:

  1. ¿Cómo "saben" las partículas en la fusión de los agujeros negros que necesitan cambiar de dirección en el tiempo hacia una nueva singularidad?
Tampoco estoy seguro de por qué imaginas que las partículas tienen que cambiar repentinamente a una singularidad "nueva". La mayoría de los procesos en física son suaves, ¿por qué la imagen ingenua aquí no es solo que las dos singularidades simplemente se acercan entre sí y luego se fusionan (es decir, la "línea de mundo" de las singularidades tiene forma de Y)?
@ACuriousMind estos no son duplicados, ya que no responden a mi pregunta específica. No afirmo que algo sería de repente. Solo digo que necesitan cambiar de dirección a tiempo. Incluso si, como dices, (dos singularidades) se acercan, la información (cambios en el campo gravitatorio) tiene que viajar en algunas situaciones hacia un r creciente (en el nuevo agujero negro común). Mi pregunta es sobre esto.
@ACuriousMind La forma de Y no se refiere a la fusión de dos singularidades. Tenga en cuenta que el dibujo de Penrose: cdn.sanity.io/images/vgvol637/production/… - está esencialmente en las coordenadas nulas que muestran que la región singular se forma solo "después" de la eternidad del tiempo en las coordenadas de un observador externo. Sin embargo, la fusión de dos agujeros negros (o más bien estrellas colapsadas) ocurre en un tiempo de coordenadas finitas. Por lo tanto, solo la parte inferior (futura) de la forma de Y se refiere a una región singular. No hay "singularidades fusionadas" en esta imagen.
@safesphere Entiendo gracias. Sin embargo, he leído en este sitio en alguna parte que debido a que los agujeros negros se forman a partir de estrellas colapsadas, algo de materia ya debe estar dentro del horizonte, y pensé que esas partículas se mueven hacia la singularidad.
@safesphere Creo que entiendo, entonces, desde nuestra vista externa, ¿el interior del agujero negro está básicamente congelado (en el tiempo)? ¿Y dado que dentro de la coordenada temporal es por la que nos movemos hacia la singularidad futura (r decreciente), las cosas de adentro no se están moviendo hacia nada (desde nuestra vista externa)?
Cuando saltas de un avión, ¿cómo sabe tu cuerpo en qué dirección caer? Si puede decirnos qué consideraría una buena respuesta a la pregunta del avión, ayudará a aclarar lo que está preguntando.
@safesphere correcto, desde una vista externa todo esto es correcto. Simplemente no entiendo, desde el punto de vista de la materia que cae. En esa vista (la materia que cae en sí misma), las singularidades se formaron hasta donde yo entiendo. Entonces, desde el marco de una materia que cae, las singularidades deberían estar allí y la materia debería moverse hacia (en el tiempo) la singularidad, luego los horizontes se combinan y la materia debería cambiar de dirección (en el tiempo) hacia una nueva singularidad común.
@WillO hay una distinción entre el ejemplo de su avión y un agujero negro. El agujero negro es un ejemplo extremo, donde la curvatura es tan extrema que ninguna información puede propagarse hacia el exterior (aumentando r). La persona que salta de un avión, si la Tierra chocara con otro planeta mientras la persona está en caída libre, la trayectoria de la caída libre cambiaría. Simplemente podemos decir, que mientras ocurre la colisión, el campo gravitatorio cambia, y esos cambios se propagan hacia la persona en caída libre. Pero en el agujero negro los cambios solo pueden propagarse para disminuir r.
@WillO ahora, cuando los horizontes se combinan, los cambios en el campo gravitatorio a veces deberían propagarse hacia un aumento de r (en el nuevo agujero negro común) hacia la materia que cae. Eso no es posible, porque ninguna información puede propagarse hacia el aumento de r (hacia afuera). ¿Cómo se cambiará la trayectoria de la materia que cae (en el tiempo) hacia la nueva singularidad común?

Respuestas (1)

En la Relatividad General, la gravitación y la estructura del espacio-tiempo son lo mismo. Cuando los dos agujeros negros se fusionan, el campo gravitatorio ya está codificando la información de "dónde está el futuro", y de hecho es precisamente por eso que las cosas caen .

Tiene razón en que los "movimientos", por así decirlo, en el campo gravitatorio tardan algún tiempo en llevarse a cabo. Por ejemplo, cuando dos agujeros negros se fusionan, la información de la fusión se transporta a la velocidad de la luz antes de que llegue a los detectores de ondas gravitacionales en la Tierra. Sin embargo, si una partícula se encuentra en una región donde los dos agujeros negros se tocan, entonces, por construcción, se encuentra en una región del espacio-tiempo donde esta información ya está presente. Ambos agujeros negros están distorsionando el espacio-tiempo en esa dirección y su gravedad está definiendo hacia dónde apunta el futuro.

Intuitivamente, podemos pensar que la dirección del tiempo cambió debido a la influencia gravitatoria del nuevo agujero negro que se acercó al sistema original compuesto por partícula y agujero negro. A medida que el nuevo agujero negro se acerca, deforma el espacio-tiempo de manera diferente y cambia la forma en que se moverá la partícula. En términos de la declaración (correcta) de que caer por la singularidad es ir al futuro, el nuevo agujero negro deforma el espacio-tiempo para cambiar "dónde está el futuro". En tiempos suficientemente tardíos, los agujeros negros se habrán fusionado por completo y se habrán establecido en un estado estacionario, cuando estará presente una única singularidad.

Dos comentarios secundarios son para evitar malentendidos:

  1. Debo señalar que una vez que los dos agujeros negros se tocan, ya no podemos distinguirlos, ya que el horizonte de eventos no posee ningún efecto local. En otras palabras, uno no puede saber dónde comienza un agujero negro y termina el otro. Pensar en dos agujeros negros que se tocan como una analogía para comprender mejor el proceso puede ser pedagógico, pero no debe tomarse demasiado en serio.

  2. Como mencionó safesphere en los comentarios, también debemos recordar que un observador externo nunca ve nada cayendo por el agujero negro. Esto incluye la estrella misma. Por lo tanto, un observador externo nunca verá realmente cómo se forma el agujero negro, y mucho menos verá cómo se fusionan dos singularidades. Como consecuencia, un observador externo verá la fusión de los dos agujeros negros antes de ver la formación de ninguna singularidad, por lo que en realidad no ven la fusión de ninguna singularidad ni nada por el estilo. Si el observador cae por el agujero negro, cuando finalmente vea una singularidad ya habrá una sola.

Nótese que, en cualquier caso, el problema de "¿cómo sabe una partícula la dirección del tiempo?" no depende de que el espaciotiempo tenga singularidades en absoluto, y el mismo problema podría plantearse en otros espaciotiempos. Por ejemplo, la misma pregunta se mantendría si uno preguntara "Si una estrella ingresa al sistema solar y pasa cerca del Sol, ¿cómo 'sabría' la Tierra dónde debería caer, dado que ya estaba cayendo hacia el Sol? ?".

Para obtener más información sobre "un observador externo nunca ve la formación de un agujero negro", consulte, por ejemplo, esta respuesta .

Los comentarios no son para una discusión extensa; esta conversación se ha movido a chat .
¿Cómo "saben" las partículas en la fusión de los agujeros negros que necesitan cambiar de dirección en el tiempo hacia una nueva singularidad?
RespuestasAquíPolítica de privacidad1y, 0v