Soy un gran admirador del podcast Astronomy Cast y hace un tiempo estaba escuchando un episodio de preguntas y respuestas que hicieron. Un oyente envió una pregunta que encontré fascinante y sobre la que me he estado preguntando desde entonces.
De la transcripción del programa :
Arunus Gidgowdusk de Lituania pregunta: "Si tomaras una masa de un kilogramo y la aceleraras cerca de la velocidad de la luz, ¿se convertiría en un agujero negro? ¿Seguiría siendo un agujero negro si luego redujeras la velocidad?".
La Dra. Gay, astrofísica y una de las anfitrionas, explicó que había preguntado a varios de sus colegas y que ninguno de ellos pudo dar una respuesta satisfactoria. Le pregunté más recientemente en Facebook si alguien se había presentado con uno y ella dijo que no. Así que pensé que tal vez este sería un buen lugar para preguntar.
La respuesta es no.
La prueba más simple es simplemente el principio de la relatividad: las leyes de la física son las mismas en todos los marcos de referencia. Así que puedes mirar esa masa de 1 kg en un marco de referencia que se mueve con ella. En ese marco, es la misma masa de 1 kg que siempre fue; no es un agujero negro.
No, una masa de 1 kg no se convertiría en un agujero negro, incluso si pasara a tu lado a una velocidad muy cercana a la de la luz.
El principio de la relatividad es una idea fundamental en la física, y una de sus consecuencias es que podemos entender la física de algo que se mueve imaginando que nos movemos junto a él.
Por ejemplo, está viendo a la gente jugar al billar en un tren que pasa a toda velocidad. Quiere saber si cierto tiro que se acaba de hacer hundirá la bola 8. Lo averiguas imaginando que estás dentro del tren y calculando todo lo que esperarías que sucediera desde ese punto de vista más simple donde la mesa de billar está estacionaria. Si la bola 8 entra en una tronera determinada desde ese punto de vista, puede estar seguro de que irá en la misma tronera si analiza la situación nuevamente desde su punto de vista original en tierra firme.
Aplicando el mismo principio a la masa de 1 kg, vemos que moviéndose a su lado, parece una masa normal, no un agujero negro. Por lo tanto, desde otro punto de vista en el que se mueve cerca de la velocidad de la luz, todavía parece una masa normal, no un agujero negro.
Si bien es bueno, creo que a las otras respuestas les falta un ingrediente, así que publicaré esta respuesta.
Para las partículas que viajan a velocidad constante no hay un horizonte de sucesos, por lo que no actúan como un agujero negro. La luz de otras regiones del espacio eventualmente lo alcanzará, a diferencia de un agujero negro. Además, las fuerzas entre los átomos en cualquier materia que constituya la masa se están moviendo conjuntamente y, por lo tanto, no hay una mayor interacción gravitatoria entre ellos. Si bien las distancias entre ellos parecen cambiar para un observador externo (a medida que la masa se acelera), una vez que alcanza una velocidad constante, son fijas.
Lo que no se ha mencionado en otras respuestas es el efecto de la aceleración. Cuando una partícula se acelera continuamente, hay un horizonte de eventos aparente. Vea la página relevante de Wikipedia aquí . Esto tiene algunas características que asociamos con un agujero negro, sin embargo, todavía hay diferencias importantes. De hecho, un objeto que experimenta una aceleración constante se comporta como si estuviera estático en un campo gravitatorio constante. Sin embargo, en el caso de tal objeto, la dirección del campo equivalente es constante (y en una dirección constante) en todo el objeto. Esto no es cierto para el campo gravitatorio de un agujero negro, que es esféricamente simétrico.
Por supuesto, una vez que la partícula deja de acelerar, el horizonte aparente desaparece.
Supongo que la idea es que la masa de 1 kg se contraerá por debajo de la longitud de Planck. Es eso o la energía relativista (masa) sería tan grande que implosionaría gravitacionalmente. Sin embargo, la pregunta se puede pensar de acuerdo con lo que le sucedería a un observador en la masa. La pregunta podría darse la vuelta: ¿implosionaría el universo? si una masa pasa por una masa más pequeña entonces uno podría pensar que podría convertirse en un agujero negro y la pequeña masa si estuviera lo suficientemente cerca quedaría atrapado en el agujero negro. Sin embargo, desde el marco de la gran masa la pequeña masa no es un agujero negro. Esto es una contradicción.
Una masa ultrarrelativista se comportará de manera similar a una onda de gravedad cuando pasa por otro punto de referencia. Este ultraboost de Aichelburg-Sexl tiene un pulso de onda plana del espacio-tiempo. La masa relativista dará como resultado un pulso de onda de gravedad detectado por un observador estacionario. Así que hay una implicación gravitatoria en tales impulsos relativistas extremos.
MBN