¿Por qué es importante la energía para que la luz escape del horizonte de sucesos?

Me gustaría saber por qué un fotón con suficiente energía puede evitar ser atraído hacia el horizonte de eventos. La mayor parte de la luz quedará atrapada y formará una esfera de fotones, mientras que algunos pueden escapar, ¿no se supone que la luz es geodésica? Además, más energía no equivale a más velocidad, particularmente en este caso de la luz... entonces, ¿qué pasa?

Leí en el artículo de Wikipedia " Esfera de fotones :"

A medida que los fotones se acercan al horizonte de eventos de un agujero negro, aquellos con la energía adecuada evitan ser atraídos hacia el agujero negro al viajar en una dirección casi tangencial conocida como cono de salida. Un fotón en el límite de este cono no posee la energía para escapar del pozo de gravedad del agujero negro. En cambio, orbita alrededor del agujero negro. Estas órbitas rara vez son estables a largo plazo.

¿Quién dice que la energía es importante para que la luz escape de un horizonte de sucesos? La luz quedará atrapada independientemente de la energía, ¿no?
Me gustaría saber por qué un fotón con suficiente energía puede evitar ser atraído hacia el horizonte de eventos. ¿De dónde sacaste la idea de que esto era cierto? Edite la pregunta para explicar por qué pensaría esto.

Respuestas (2)

Gracias por editar la pregunta para proporcionar una aclaración. El material que cita del artículo de Wikipedia es simplemente incorrecto. Tenga en cuenta que el artículo tiene una plantilla en la parte superior que advierte que "Este artículo necesita la atención de un experto en el tema". La trayectoria de un fotón cerca de un agujero negro no tiene nada que ver con su energía. La ecuación geodésica tiene soluciones definidas de forma única para una posición inicial dada y cuatro velocidades iniciales. Dos fotones con energías diferentes seguirán teniendo las mismas trayectorias si comienzan en la misma posición y con la misma velocidad inicial.

He editado el material incorrecto del artículo de WP y he dejado comentarios en la página de discusión del artículo.

La diferencia entre los fotones que escapan y los fotones atrapados es la dirección de su geodésica. Si considera un agujero negro de 4 dimensiones, que realmente existe en nuestro universo, la posición del fotón en el espacio-tiempo está representada por las coordenadas (t,r,θ,φ) donde θ y φ expresan la posición angular alrededor del agujero negro. Y supongamos que los fotones están ligeramente fuera del horizonte de eventos.

Un fotón que viaja en dirección puramente radial (cuando pasa el tiempo, r aumenta pero θ y φ no cambian) escapa del agujero negro (porque está ligeramente fuera del horizonte de eventos). Pero un fotón que viaja en la dirección angular puede permanecer con respecto a la posición radial. Este es un fenómeno único de la gravedad de Einstein en cierto sentido, porque en la gravedad newtoniana depende solo de su energía si una partícula puede escapar de la gravedad. (Y supongo que es por eso que mencionaste la energía de la luz). En la gravedad de Einstein, los fotones pasan por la misma geodésica nula independientemente de su energía, definida como condición inicial de la ecuación geodésica.

En el caso de un agujero negro bidimensional, que se usa con frecuencia por simplicidad, no hay dirección angular, por lo que no hay fotones atrapados, excepto en el caso de que esté exactamente en el horizonte de eventos. Esto se comprueba fácilmente escribiendo el diagrama de Penrose.

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La pregunta del OP es sobre energía. No has dicho nada sobre la energía.
@BenCrowell, eso podría deberse a que la respuesta a la pregunta de OP no tiene nada que ver con la energía, como mencionó correctamente en su respuesta. Creo que Takumi da una buena explicación.