¿Es un horizonte de sucesos absoluto para todos los observadores?

Recientemente tuve una discusión sobre si el horizonte de eventos de un agujero negro es absoluto o relativo a diferentes observadores (externos). ¿Alguien a solo 1 m sobre el horizonte (sin tener en cuenta los efectos de las fuerzas de marea, la estabilidad de las órbitas, etc.) lo percibe a la misma profundidad que alguien en el infinito?

No puedo demostrarlo teóricamente. Mi única justificación es que la relación "información del punto A puede alcanzar el punto B " es transitiva, por lo que todos los fotones que pueden llegar a 1 m por encima del horizonte también pueden llegar a observadores lejanos.

Alguien en el infinito desde un agujero negro estelar no sentiría nada del horizonte de sucesos, alguien a un metro por encima sería desgarrado en pedazos subatómicos. ¿Cómo se supone que eso es "lo mismo"? Los fotones que comienzan a un metro por encima del horizonte de eventos se desplazarán mucho hacia el rojo en relación con los fotones de la misma energía que comienzan en (casi) el infinito. Tampoco es lo mismo. ¿Me estoy perdiendo la parte difícil de la pregunta?
No necesariamente te harían pedazos, la fuerza de marea en el horizonte de eventos depende del tamaño del agujero negro. Para un gran agujero negro, la fuerza de marea sería muy pequeña.
@Ihle: Eso solo es cierto para el observador en caída libre. El observador estacionario sentiría una enorme gravedad.
@CuriousOne No estoy hablando de la fuerza de la gravedad, que es relativa (depende de su marco de referencia), estoy hablando de las fuerzas de marea, que son las que lo destrozarían. Pero, ya que lo mencionas, la fuerza de la gravedad que sentiría un observador estacionario cerca del horazón no tiene por qué ser muy fuerte, depende de la masa del agujero negro.
@Ihle: un agujero negro con una gravedad superficial de 1 g tendría que tener un radio de aproximadamente un año luz (más o menos un pi o dos).
@CuriousOne, "radio de aproximadamente un año luz": ¿qué es en comparación con el infinito mencionado en la pregunta? - casi nada. Si lo hubiera calculado como un porcentaje significativo de la masa total del Universo, entonces podría importar.

Respuestas (5)

La definición del horizonte de sucesos es `el límite del pasado del futuro nulo infinito', por lo que es la superficie más allá de la cual nada puede escapar al infinito . No se define con referencia a ningún observador.

Una consecuencia de la definición es que un observador nunca puede determinar realmente dónde está el horizonte de eventos, ya que su ubicación depende de todos los eventos futuros. En principio, podrías estar cayendo a través del horizonte de un agujero negro en este momento y no saberlo, si algunos extraterrestres conspiran para colapsar una gran capa de materia sobre ti en algún momento en el futuro.

Tengo que decepcionarte. El radio de Schwarzschild se define como señala Holographer, pero con una restricción que no se menciona aquí. Y ese es el radio de Schwarzschild solo se aplica a un observador con una distancia infinita al objeto observado y en reposo. La fórmula no se aplica a otras distancias u observadores en movimiento. Por lo tanto, cualquier observador realista no observará el horizonte de eventos de acuerdo con el radio de Schwarzschild, sino un fenómeno específico del observador.

La gravedad del agujero negro dobla no solo el espacio sino también el espacio-tiempo. Esto se aplica no solo al espacio vacío, sino también a todos los observadores. Dependiendo de su posición de observación, perciben realidades mutuamente excluyentes. Esto no solo es cierto para los agujeros negros, sino que se aplica en general a cualquier observador en este universo, como lo explica y acuerda la Relatividad General desde hace mucho tiempo.

Eche un vistazo a este trabajo de investigación de la Universidad de Colorado sobre el tema que proporciona incluso una simulación en video de caer en un agujero negro. ¡Es bastante genial!

Buena pregunta. Creo que el horizonte de sucesos tiene que ser absoluto, porque como sugeriste, la luz sale o no sale. Me atrevo a sugerir que eso no está de acuerdo con lo que la mayoría diría que es la enseñanza actual, pero aquí hay un par de datos interesantes:

1) La luz no se desplaza hacia el rojo cuando asciende, y tampoco se desplaza hacia el azul cuando desciende. Puede resolver esto enviando un fotón de 511 keV a un agujero negro. La masa del agujero negro aumenta en 511 keV/c², ni un trillón de toneladas. Se aplica la conservación de la energía. No existe un mecanismo mágico y misterioso de acción a distancia en el que un fotón en el espacio de alguna manera adquiera o pierda energía. Lo que pasa es que yo si trabajo sobre ti cuando te levanto. Entonces tienes más masa-energía cuando estás más alto, por lo que podrías pensar que el fotón ascendente ha perdido energía. No es diferente al corrimiento al rojo de SR, donde aceleras alejándote de la fuente de luz y el fotón parece haber perdido energía. Sin embargo, el fotón no cambió, en cambio tú lo hiciste . Es al revés cuando estás más bajo, ves el déficit de masa .

2) La luz aumenta su velocidad cuando asciende verticalmente. Como dijo Einstein , un campo gravitatorio es un lugar donde la velocidad de la luz es espacialmente variable. Decimos que la velocidad "coordenada" de la luz varía con el potencial gravitacional, y notamos que los relojes ópticos van más lentos cuando están más bajos. Consulte Wikipedia y tenga en cuenta que en el horizonte de eventos de un agujero negro, la velocidad coordinada de la luz es cero. Es cero para el tipo que está a 1 m sobre el horizonte, porque no ve salir la luz. Es cero para el tipo que está a 1000 m sobre el horizonte, porque no ve salir la luz. Es cero para el tipo 1000000m sobre el horizonte, porque no ve salir la luz. Etcétera. Porque la luz no frena a medida que asciende, sino que se acelera. Vea este antiguo artículo de Baez y la nueva versión junto con estas palabras del editor Don Koks: "la luz se acelera a medida que asciende del piso al techo" .

Dado que no hay errores en lo anterior, no puedo ver cómo el horizonte de eventos puede ser relativo. Si tuviéramos una cadena de luces geddanken colgando en el agujero negro, en mi humilde opinión, todos los observadores estarían de acuerdo en cuántas luces son visibles, porque la luz en algún lugar se apaga o no.

El horizonte de sucesos no es absoluto. Todo depende del observador. ESO es relatividad. El espacio/tiempo es relativo al observador. Un horizonte de sucesos es la consecuencia de la curvatura del espacio y el tiempo hasta el punto de que la luz no puede escapar en relación con un observador en un punto determinado del espacio/tiempo. Un observador lo suficientemente cerca del agujero negro como para verse afectado por su "fuerza" gravitacional observaría el tiempo de manera diferente, por lo tanto, el horizonte de eventos estaría más cerca de la singularidad. Cuanto más cerca de la singularidad un observador, más cambiaría el horizonte de eventos desde su punto de vista. Si pudiera observar el agujero negro desde la singularidad, todo se volvería infinito. El observador sería básicamente testigo del fin del universo.

De acuerdo con el efecto doppler relativista, la luz cambia a azul o rojo según la velocidad relativa del objeto y el observador. Por lo tanto, mirando un rayo de luz desplazado hacia el rojo cuya fuente está cerca del horizonte de eventos de un SMBH, debe ser posible cambiar su luz de nuevo al azul simplemente acelerando la velocidad del observador en la cantidad relativa. Transformó esto en el horizonte de eventos en sí, donde el desplazamiento hacia el rojo se vuelve infinito y, por lo tanto, la luz ya no escapará en ese punto, solo aumentando la velocidad del observador debe tener la capacidad de "desplazar" la luz nuevamente. Con solo mirar esto, la pregunta "si" la luz escapa de un SMBH parece ser también relativa al observador.

Además, esto significaría que el radio en el que se produce la radiación hawking también sería un efecto relativo al observador. (abstenerse de lincharme, solo estoy teorizando)

Además, al acercarse al fuerte campo gravitatorio, el observador estaría sujeto a la curvatura del espacio-tiempo al igual que el objeto. Por lo tanto, solo parece lógico si los efectos relativistas nuevamente son perceptibles. Entonces, al acercarse al horizonte de eventos, el observador mismo que está sujeto a la curvatura del espacio-tiempo también vería la curvatura del espacio-tiempo en el horizonte de eventos (u objeto) (visto desde afuera) menos curvo, ya que lo percibe en relación con su propio curvatura experimentada. (¿Cierto?) Por lo tanto, parece lógico que el horizonte de eventos parezca encogerse una vez que se acerque a él. Un horizonte de eventos no se puede probar como absoluto o independiente del observador si estas suposiciones no se pueden refutar.

Agradezco si alguien puede probar que estoy equivocado sin cometer errores más obvios que yo mismo. No soy físico, solo me pregunto por qué no puedo encontrar ninguna gran crítica a la teoría del horizonte de eventos absoluto. La única alternativa que he encontrado es el horizonte aparente, pero su definición solo parece aplicarse a los agujeros negros pertubados y/o al espacio-tiempo y no hereda una diferencia entre un horizonte aparente y un horizonte absoluto en un agujero negro.

Además se dice que la velocidad de las ondas gravitacionales no puede exceder c. Por lo tanto, el horizonte de eventos no debe ser solo una barrera para la luz, sino también para la gravitación. Entonces, ¿cómo podría detectarse en el exterior una masa detrás del horizonte de sucesos? ¿Será que la idea clásica de algo "detrás" del horizonte de eventos es engañosa en ese sentido, ya que el espacio-tiempo debido a su curvatura no permite ninguna descripción euclídica detrás del horizonte de eventos, por lo que toda la masa y la energía se acumulan exactamente en el horizonte de sucesos, porque "no hay" detrás?

Me temo que esto no tiene ningún sentido. Como regla general, es peligroso intentar usar argumentos intuitivos en la relatividad general, ya que la intuición generalmente lo desviará. Las preguntas sobre GR solo se pueden responder correctamente mediante las matemáticas, lo que me temo que generalmente lo hace inaccesible para los que no son físicos.
Gracias Juan, por el comentario. Pero según mi información, no hay matemáticas científicas detrás del horizonte de eventos. Las únicas ideas que he encontrado hasta ahora cubren el horizonte de eventos en sí y, por lo tanto, describen problemas bidimensionales. Y nuevamente, si bien toda esta relatividad es relativa, ¿cómo puede el horizonte de eventos ser absoluto y no relativo al observador?
La geometría alrededor de un agujero negro está descrita por la métrica de Schwarzschild, y esto es inequívocamente claro sobre la ubicación del horizonte de eventos. Para escribir la métrica necesitamos elegir un sistema de coordenadas, y la (hiper)superficie que constituye el horizonte obviamente se escribirá de manera diferente en diferentes coordenadas. Pero todas esas descripciones son del mismo objeto, que es invariable para las transformaciones de coordenadas. Me parece una definición tan buena de absoluto como es probable que se obtenga.
Gracias chicos por hacer eso interesante. En la wiki en inglés se menciona que un observador que se acerque al horizonte de eventos nunca experimentará cruzarlo, mientras que siempre aparecerá debajo de él, lo que confirma mi teoría inicial. "Los observadores que crucen el horizonte de eventos de un agujero negro [... ...] nunca experimentarán cruzar este horizonte visual". de wiki:EventHorizon
Eso no confirma tu "teoría". Esa descripción solo significa transmitir que un observador que cae en o por debajo del radio del horizonte de eventos siempre podrá ver la luz proveniente de su radio o por encima de él, pero nunca desde abajo. La ubicación del horizonte de eventos para cualquier observador fuera de él siempre será la misma. La dilatación del tiempo gravitacional y el corrimiento al rojo apuntan a la misma ubicación del horizonte de eventos, independientemente de la ubicación del observador. Las matemáticas son bastante claras.
Además, estás confundiendo la noción de ondas gravitatorias con la de un campo de gravedad. Las ondas gravitacionales están limitadas por C y los que se originan dentro del agujero negro no escapan. Sin embargo, el campo gravitatorio lo establece la masa del agujero negro. Esta masa existía antes de la formación del agujero negro y tenía un campo gravitatorio fijo. Además, toda la materia que caía tenía un campo gravitatorio antes de cruzar el horizonte de sucesos. Las ondas de gravedad transmiten actualizaciones al campo de gravedad...
El efecto del agujero negro simplemente significa que el campo gravitatorio fuera de él nunca se actualiza desde que su masa estaba ubicada inmediatamente al lado del horizonte de eventos. Efectivamente, esto significa que se puede decir que el campo de gravedad alrededor de un agujero negro es generado por su masa combinada si esa masa estuviera distribuida uniformemente en una capa del radio de su horizonte de eventos. El teorema de la capa hace que esto resulte equivalente al campo gravitatorio de una masa puntual. Un observador que cae siempre vería la capa de masa debajo de ellos, por lo que el BH siempre actuaría como una masa puntual.
Ahora, las explicaciones simplificadas que di son simplemente una forma de pensar al respecto. Pero la verdad del asunto se describe puramente matemáticamente. La forma en que realmente funciona es que la masa curva el espacio-tiempo. La curvatura del espacio-tiempo no está limitada globalmente a una velocidad cuando se trata de horizontes de sucesos, solo pregunte a los objetos distantes en el universo que se están alejando de nosotros más rápido que C . Las descripciones del espacio curvo a menudo no son intuitivas, pero las matemáticas son sólidas. El horizonte de eventos está en un radio establecido
Estimado Jim, gracias por la explicación sobre las ondas y el campo gravitacional. Suena cuerdo. En cuanto a que el horizonte de eventos estático no depende del observador, no tiene sentido lógico incluso después de su explicación. Cuando lea el artículo detrás de esa fuente wiki (para ese cierto párrafo que cité aquí) verá que incluso es posible que un observador que cae detrás del horizonte de eventos (desde lejos) vea a otro absorbente que cae en él poco antes que él.
Me pregunto si todos estamos leyendo el mismo párrafo... "los objetos [...] entraron en el horizonte a lo largo de la misma trayectoria radial pero en un momento anterior aparecerían debajo del observador pero aún por encima de la posición visual del horizonte" es .wiki/EventHorizon
Puede leer en todas partes que la métrica de schwarzschild solo se puede aplicar en observadores lejanos. Por lo tanto, es engañoso tomar esto como una justificación aquí. Si un observador "detrás" del horizonte aún puede ver algo que entró en el horizonte antes que él en el tiempo, entonces este es un observador que no ve el mismo horizonte que un observador lejano que solo ve ambos "colgando" en el horizonte.
"La geometría alrededor de un agujero negro está descrita por la métrica de Schwarzschild, y esto es inequívocamente claro sobre la ubicación del horizonte de eventos". Esto suena como una locura. ¿No es esto simplemente una aproximación que se obtiene al suponer que el Agujero Negro es un punto?
¿Es un horizonte de sucesos absoluto para todos los observadores?
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