¿Qué sucede con la longitud de onda/frecuencia de un fotón cuando pasa a través de un horizonte de eventos?

Hice una pregunta similar sobre los fotones y los agujeros negros , pero quería reformularla más específicamente, así que aquí va...

Desde que aprendí cómo la longitud de onda y la frecuencia de un fotón están indisolublemente vinculadas con la velocidad de la luz, me he preguntado qué nos dice esto sobre la velocidad de la luz en sí. Traiga el cambio rojo / azul a la imagen y comencé a pensar en los casos extremos, como si un fotón pudiera cambiarse al infinito (una longitud de onda infinitamente larga o una frecuencia infinitamente grande). Una de las respuestas a mi pregunta original menciona que un fotón liberado exactamente en el horizonte de eventos en una dirección radial directamente lejos del centro del agujero negro quedaría atrapado allí. Usando la terminología de los límites, diríamos que 'a medida que la distancia desde el punto de liberación del fotón y el horizonte de eventos llega a cero', parece implicar que en el horizonte de eventos el fotón no se moverá., esto, por supuesto, viola otras leyes de la física, por eso hago la pregunta. Este parece ser un escenario que debería iluminar la oscuridad dentro del agujero negro . No estoy siendo frívolo, realmente creo que hay algo en nuestros enfoques que nos hemos estado perdiendo, por ejemplo, el estudio de los límites físicos como el cero absoluto. ¿Existe una relación entre por qué un átomo no puede enfriarse a 0K al igual que un fotón nunca puede viajar a menos de c, a través de cualquier medio en el que se encuentre?

Perdóname y corrígeme si lo describo mal, no tengo el vocabulario adecuado; mi objetivo es entender si existe una conexión, no escribir algo para una revista revisada por pares. Si los átomos enfriados a temperaturas cercanas a 0 Kelvin comienzan a formar un condensado de Bose-Einstein debido a la superposición de sus funciones de onda cuánticas, ¿habría un efecto similar cuando los fotones se acercan a un horizonte de eventos (EH)? Si los fotones en realidad no pueden pasar el EH, entonces el EH es más como una superficie física en el sentido de que, dado que los fotones no pueden pasar a través del EH, las ecuaciones que intentan describir el interior en realidad no tienen sentido de la misma manera que sería tratar de dividir por cero o encontrar la raíz cuadrada de -1? Esto lleva a otras preguntas como si los fotones (y yo suponiendo que los átomos también) no pueden pasar el EH, entonces cualquier materia que caiga en el agujero negro después de la formación del EH nunca alcanzaría la singularidad y, por lo tanto, la distribución de esta nueva masa formaría una esfera cerca del EH. ¿Sería correcto decir que esta nueva materia 'parece' agregar masa a la singularidad debido a su distribución sin estar realmente en la singularidad? Sé que esta es más de una pregunta, pero no estoy seguro de cómo dividirla en partes mejores, se agradecen las sugerencias. agregar masa a la singularidad debido a su distribución sin estar nunca en la singularidad? Sé que esta es más de una pregunta, pero no estoy seguro de cómo dividirla en partes mejores, se agradecen las sugerencias. agregar masa a la singularidad debido a su distribución sin estar nunca en la singularidad? Sé que esta es más de una pregunta, pero no estoy seguro de cómo dividirla en partes mejores, se agradecen las sugerencias.

Esas son muchas preguntas. Probablemente disfrutará leyendo un buen libro de ciencia pop sobre agujeros negros. Personalmente, me gusta mucho Black Holes And Time Warps de Kip Thorne , pero The Black Hole War de Lenny Susskind está más actualizado y cubre temas como la complementariedad de los agujeros negros (que es relevante para algunas de las preguntas que haces).
En última instancia, debe darse cuenta de que esto no se puede responder porque está tratando de mezclar QM con GR, y esto no funciona precisamente para los agujeros negros... Ese es todo el dilema en nuestras vidas de física.
No sabía que estaba involucrando a QM aquí. Sinceramente, agradecería saber cómo involucré a ambos. No estoy interesado en la escala cuántica o la radiación de Hawking, etc., solo la relación entre la frecuencia y la longitud de onda en un espacio extremadamente perturbado/curvo que creo que se puede encontrar con el desplazamiento hacia el rojo cosmológico o gravitacional.

Respuestas (2)

Respondiendo a sus preguntas una por una:

  1. Los fotones son bosones. Creo que se pueden formar algunos fenómenos de este tipo, descritos por la teoría cuántica de campos. Sin embargo, no estoy al tanto de ninguna predicción o explicación del escenario que ha mencionado. Tal vez intentaré investigar eso en algún momento.
  2. Bueno, de hecho, la luz viaja igual a la velocidad de la luz en el horizonte de sucesos. Sin embargo, mientras siguen su caída libre, sucede que no escapan del agujero negro. El horizonte de eventos no es una superficie física (por ejemplo, por supuesto, los fotones pueden volar hacia un agujero negro). De hecho, los horizontes de eventos locales no son diferentes de cualquier otro punto en el espacio-tiempo. Esta es una idea errónea de que los horizontes de eventos o los interiores de los agujeros negros son de alguna manera diferentes de otras regiones del espacio-tiempo. De hecho, no hay diferencia. Es solo su curvatura y, por lo tanto, las geodésicas, las desviaciones geodésicas, son diferentes. Tenga en cuenta que en los sistemas complejos e hipercomplejos puede sacar la raíz cuadrada de -1.
  3. Respondiendo a todas sus otras preguntas aquí. Como expliqué, el horizonte de sucesos NO es una superficie física. Los objetos SÍ caen a través del agujero negro. De hecho, los horizontes de eventos, como cualquier otra superficie en el espacio-tiempo de la relatividad general, son localmente iguales. Así que olvídate de las especulaciones.

Ahora respondiendo a la pregunta en su título: Nada. Permítanme citarme a mí mismo...event horizons, as with any other surfaces in spacetime of general relativity, are locally the same. So forget the speculation.

Una de las respuestas a mi pregunta original menciona que un fotón liberado exactamente en el horizonte de eventos en una dirección radial directamente lejos del centro del agujero negro quedaría atrapado allí.

...

parece que implicamos que en el horizonte de sucesos el fotón no se moverá, esto por supuesto viola otras leyes de la física y es por eso que estoy haciendo la pregunta.

Esto debe abordarse.

Si bien es cierto que el fotón permanece en el horizonte, debe comprender que un fotón allí, sin embargo, se está moviendo .

Esto se visualiza mejor utilizando las coordenadas de Kruskal-Szekeres :

ingrese la descripción de la imagen aquí

En estas coordenadas, está claro que el horizonte, el cono de luz del evento en el origen, es como una luz .

Y, en estas coordenadas, está claro que un fotón en el horizonte no está "parado"; la coordenada espacial sí cambia.

El hecho de que la coordenada radial de Schwarzschild no cambie no implica que un fotón allí no se mueva. Las coordenadas de Schwarzschild son singulares en el horizonte, pero el espacio-tiempo es perfectamente regular allí.

De hecho, las coordenadas de Schwarzschild no incluyen el horizonte a excepción del evento en el origen del diagrama de Kruskal, es decir, las coordenadas de Schwarzschild r=2M, para cualquier valor de t , son las coordenadas del origen.

Credito de imagen

¡Buena visualización!
Dado que un fotón emitido en el horizonte se está moviendo, ¿cuál sería su longitud de onda/frecuencia? ¿Van a cero/infinito?
@KellyS.French, ¿longitud de onda/frecuencia según quién ?
Hmmm, estoy un poco perdido aquí. Me encanta tu '¿según quién?' pero no estoy tratando de elegir un marco de referencia específico, sino que estoy investigando sobre la existencia de un marco donde las condiciones son extremas para que podamos examinar la relación entre la frecuencia y la longitud de onda. Dado que f = c/h (lo siento, no puedo escribir una gamma para que h represente la longitud de onda) y c es constante, ¿qué sucede cuando un fotón se encuentra con un entorno que provoca un desplazamiento hacia el rojo casi infinito? Si la longitud de onda tiende al infinito, ¿la frecuencia no se acercaría a cero? ¿Puede el universo incluso causar tal condición?