¿La gravedad es más fuerte que la fuerza electromagnética en un agujero negro?

Esto tiene poco que ver con la relatividad per se y mucho más con los efectos reales involucrados en la formación de agujeros negros.

Todas las capas externas de una estrella pesan sobre el interior, y es este peso agregado progresivo el que finalmente supera todas las demás formas de presión: la repulsión electrostática, por ejemplo, pero en las discusiones sobre la formación de agujeros negros, generalmente no hablamos. sobre eso. Los efectos cuánticos comienzan a ser muy significativos a medida que las partículas se ven obligadas a acercarse progresivamente, y la degeneración de los electrones suele ser el primer obstáculo para la formación de agujeros negros. Esto es solo un efecto de los fermiones (de los cuales los electrones son solo un tipo) que no pueden ocupar el mismo estado que los demás.

Aún así, solo hay una cantidad limitada de electrones, y si el objeto aún es demasiado masivo, puede colapsar en una estrella de neutrones, que se sostiene por los mismos principios, pero en este punto todos los electrones se han fusionado con protones para formar neutrones. Incluso eso puede no ser suficiente para evitar el colapso en un agujero negro, para estrellas que son lo suficientemente masivas.

En el límite de masa bajo, tienes toda la razón. El electromagnetismo supera absolutamente a la gravedad, hasta el punto de que puedes ignorar por completo a esta última.

Pero algo divertido sucede cuando concentras mucha masa en un solo lugar. En este caso, la masa curva el espacio-tiempo subyacente. Esto altera fundamentalmente todo lo que sucede con la física. En particular, suceden dos cosas:

1) Habrá una masa máxima más allá de la cual las cosas ya no serán físicamente estables; o bien explotarán y se despojarán de parte de la masa, o colapsarán en un agujero negro. En este caso, un objeto cargado se verá obligado a perder su exceso de carga o simplemente colapsará en un agujero negro cargado.

2) Las distancias entre los objetos cambiarán debido a la curvatura, lo que puede significar que dos objetos cargados sienten fuerzas entre sí de una manera diferente de lo que ingenuamente esperaría solo al observar su separación de coordenadas entre sí y simplemente aplicar$F=k\frac{q_{1}q_{2}}{r^{2}}$

Toda la energía gravita, no solo la asociada con la masa, que incluye la energía de un campo electromagnético y, en cierto sentido, también el campo gravitatorio, aunque sería más adecuado decir que la gravedad no es lineal. En su experimento mental, el campo electromagnético que intenta contrarrestar la gravedad en realidad hace que la gravedad sea más fuerte y, en circunstancias lo suficientemente extremas, pierde.

Más rigurosamente, la ecuación de campo de Einstein describe el comportamiento de la gravedad en términos de un tensor de tensión-energía, que incluye (a) densidad de energía, que incluye masa-energía, (b) densidad de cantidad de movimiento y flujo de energía, y (c) tensión mecánica. . Resulta que en un marco inercial local, el efecto de la gravedad es proporcional a la suma de la densidad de energía y las tensiones principales (la suma de estos últimos términos es proporcional a la presión media).

Para simplificar en términos más intuitivos, tanto la densidad de energía como la presión gravitan. Normalmente, la densidad de energía está completamente dominada por la masa ($E \approx mc^2$a menos que el impulso sea alto), y las presiones ordinarias son muy bajas en comparación con la densidad de energía de los cuerpos masivos. Por lo tanto, el término más importante para la gravedad es masa, pero solo en condiciones ordinarias.

Imagine un cuerpo esférico que es extremadamente denso, con una gravedad muy alta. Está soportado contra la gravedad por fuerzas electromagnéticas internas o por cualquier otro medio. Por lo tanto, las tensiones en su interior serán extremadamente altas, y esto contribuye a la gravedad. En otras palabras, el mismo acto de tratar de mantener a raya la gravedad la hace más fuerte, y eventualmente vencerá incluso al electromagnetismo.

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En realidad, EMF siempre es aplicable, incluso en un agujero negro.

Todas las estrellas tienen una simetría perfecta, hasta cierto punto, la gravedad siempre está tratando de aplastar la estrella y, a través de la fusión SNF / los electrones EMF, repelen esta fuerza hacia afuera causando este equilibrio.

Ahora puede tener GRB y la formación de agujeros negros si la estrella es lo suficientemente grande o si no es una estrella de neutrones o incluso una estrella enana más pequeña (enana blanca, etc.)

Los NS tienen un campo magnético muy fuerte y son inmensamente densos, por lo que la estructura subatómica básicamente empuja a los electrones y protones para que solo queden los neutrones. O más bien, las capas de electrones no pueden revocar la simetría hacia arriba o hacia abajo y se ven obligadas unilateralmente a ser iguales, por lo que se aniquilan entre sí, esto rompe la estructura atómica y permite que el colapso se propague aún más en el proceso de colapso de la masa en una densidad casi infinita.

Ahora, un agujero negro es solo un punto donde la masa dobla el espacio-tiempo hasta un punto, una singularidad, que es más o menos una estrella de neutrones súper comprimida sin siquiera neutrones. Sin embargo, todavía hay un EMF presente, y es responsable de permitir que exista una singularidad. IE: Cierta fuerza impide que la gravedad colapse aún más. No se trata de una densidad infinita, sino de partículas subatómicas casi infinitas que tienen literalmente la longitud de Planck. Sin embargo, los agujeros negros tienen una masa medible, y si alguna vez pudiéramos lograr que una estrella de neutrones rodee el disco de acreción y se acerque al horizonte de eventos, creo que veríamos algo muy bueno, con el EMF como el punto donde la gravedad es más fuerte. Lo que son estas fuerzas aún es incierto, no tenemos los datos cuánticos, para obtener eso,

No es como si EMF se hubiera vuelto más débil que la gravedad. Siempre es más fuerte que la gravedad en nuestro Universo. La fuerza comparativa de todas las fuerzas puede variar en otro Universo pero no en el nuestro.

Lo que sucede en realidad es que, en objetos como Black Hole, la masa total se vuelve increíblemente grande. De hecho, esta es la fuerza de EMF que restringe el requisito de una gran cantidad de masa para formar un agujero negro; de lo contrario, sería bastante posible tener un agujero negro de solo 1 kg. Pero se necesita demasiada masa para superar el efecto de los campos electromagnéticos.

Ahora hay una trampa en tu pregunta,

gravedad entre cada átomo

No es como la fuerza sobre un átomo por cada otro átomo. Más precisamente, deberíamos decir, fuerza sobre un átomo por parte de todos los demás átomos. El efecto de la gravedad se vuelve más fuerte solo porque la atracción general sobre un átomo aumenta al aumentar la cantidad de átomos en el sistema. Esto también es cierto solo para Gravity, no para EMF.

Dejame explicar.

La naturaleza de la fuerza de la gravedad es solo atractiva. No repele. Y como sabemos, decrece por la distancia (1/r2) . Teóricamente, dura distancias infinitas. Ahora bien, si aumentamos el número de átomos, entonces solo contribuye a la atracción.

Pero en el caso de EMF las cosas son diferentes. La naturaleza de EMF es a la vez atractiva y repulsiva. y tampoco depende solo de (1/r2) . Si tenemos un sistema con 3 partículas cargadas (+-+), entonces la fuerza depende de (1/r3) . Si hay 4 partículas (+-+-), entonces la dependencia de la distancia será (1/r4) . Y también sabemos que la carga siempre existe en el dipolo. No podemos tener un sistema con una sola partícula de carga. Entonces, teóricamente, el efecto de EMF durará distancias infinitas, pero si aumentamos las partículas de carga, disminuye increíblemente.

Entonces, cuando aumentamos los átomos en un sistema, el efecto de la fuerza gravitacional aumenta en comparación con EMF. Entonces, en sistemas como los agujeros negros, Gravity supera el efecto de EMF muy fácilmente.