¿Cuál sería el horizonte de sucesos para la carga?

Si hubiera una densidad de carga suficiente, ¿sería posible que esa carga tuviera un horizonte de sucesos, un radio en el que una partícula cargada necesitaría ir más rápido que la velocidad de la luz para escapar? Si es posible, ¿cuál sería el radio de este horizonte de eventos de carga?

Relacionado: physics.stackexchange.com/q/263961/2451 y enlaces allí.

Respuestas (2)

No de la misma manera que un agujero negro, al menos, no por la fuerza eléctrica en sí.

Verá, una gran parte de la razón por la que los agujeros negros tienen un horizonte de eventos es que "actúan en todo por igual": ese es el famoso principio de equivalencia débil de la gravedad, esa "carga" gravitatoria, o masa gravitacional , es estricta y exactamente proporcional a la masa inercial, por lo que la gravedad tiene un efecto estrictamente cinemático. Ingenuamente, es decir, en términos de mecánica newtoniana y sin invocar la relatividad general, convierte la gravedad en un efecto estrictamente cinemático: uno que puede entenderse únicamente en términos de aceleración y sin necesidad de incorporar la masa del objeto sobre el que se actúa. O, dicho de otro modo, te permite cancelar la "m" minúscula en

GRAMO METRO metro r 2 = metro a

de la segunda ley de Newton combinada con la ley de gravitación universal de Newton. La pequeña "m" a la izquierda es la masa gravitatoria del pequeño cuerpo de prueba, mientras que la de la derecha es la masa inercial . Solo si estos dos son iguales (o proporcionales, pero luego absorbemos esa proporcionalidad en GRAMO ) podemos simplemente cancelarlos. Cuando esto se toma en su máxima extensión en la Relatividad General, este hecho finalmente convierte a la gravedad en una interacción que no es una fuerza , donde una "fuerza" significa muy específicamente una interacción que intercambia cuatro impulsos (energía/impulso combinados en un solo "espacio -tiempo de impulso") entre los dos objetos: es una interacción que ocurre porque los objetos cambian el espacio-tiempo a su alrededor de modo que, en efecto, se redefine el "movimiento en línea recta". En el extremo, esto eventualmente forma los horizontes de eventos de un agujero negro, donde la geometría se ha torcido hasta el punto de que todos los movimientos en línea recta permitidos terminan en el núcleo del agujero negro donde, por supuesto, la propia relatividad general falla como un teoría.

Ahora para el electromagnetismo. El electromagnetismo es una fuerza real : da como resultado un intercambio de cuatro impulsos y, por lo tanto, provoca, incluso en el contexto del espacio-tiempo curvo de la relatividad general, una aceleración genuina que puede ser captada por un acelerómetro. Las partículas que interactúan electromagnéticamente siguen caminos que no son líneas rectas, incluso en el sentido modificado de las mismas, causado por los efectos gravitacionales ambientales.

Así, en particular, una consecuencia es que no hay una sola velocidad de escape para un objeto cargado arbitrariamente. Dependerá de la masa de ese objeto, como menciona @Nihar Karve en su comentario, y dependerá de la carga.

Pero además de eso, creo que es posible demostrar que incluso la velocidad de escape de un objeto cargado específico nunca supera la velocidad de la luz en un contexto electromagnético relativista. La forma más sencilla de ver esto es considerar lo que sucede con una carga que cae desde el infinito hacia un potencial eléctrico infinito. Como esta es una fuerza real, gana más y más impulso, pero el impulso nunca puede llevar nada más allá de la velocidad de la luz. Asimismo, entonces, el tiempo inverso de esta situación es la partícula cargada que sube contra el potencial eléctrico. Esto, entonces, ocurrirá necesariamente a velocidades inferiores a la de la luz. Por lo tanto, no hay "horizontes de eventos electromagnéticos" generados únicamente por la interacción electromagnética sola.

Sin embargo, este argumento no funciona para los agujeros negros y la gravitación, porque como dije antes, la gravitación no es una fuerza en la Relatividad General, sino una alteración de la geometría ambiental, por lo que no podemos hablar de su efecto en términos de cosas que "aceleran hasta la velocidad de la luz" en el sentido de "aceleración" que prefiere la teoría. De hecho, es un poco engañoso hablar de una "velocidad de escape" en este contexto: para hablar de tal (y llamar a la gravedad una "aceleración") necesita establecer una coordenada espacial global (no espacio-tiempo). sistema, y ​​es una propiedad de la teoría que hay una gran libertad en la elección de tales coordenadas. Es decir, no existe un estándar no arbitrario de "distancia" puramente espacial o puramente temporal y, por lo tanto, tampoco "

No, esto no sucederá. Por ejemplo, si tienes un agujero negro en el que pones más y más carga, el radio de Schwarzschild aumentará hasta que haya tanta carga que desaparezca. Ya no habrá ningún agujero negro allí. Puede imaginar que debido a esto, un radio de Schwarzschild no aparecerá si coloca más y más carga en un pequeño volumen de espacio. Sin embargo, debe tenerse en cuenta que juntar la carga en un volumen pequeño requerirá mucha energía. Pero para un agujero negro cargado esto no se tiene en cuenta. Solo se tiene en cuenta el campo eléctrico de la carga dentro del agujero. Consulte este artículo sobre agujeros negros cargados.