Fotón "pegado" en el horizonte de sucesos de un agujero negro

Según lo que he leído sobre la relatividad especial, C es el límite de velocidad para cada objeto en el universo y, según Einstein, la velocidad de un objeto a través de las tres dimensiones espaciales más su velocidad a través de la cuarta dimensión temporal siempre suma C .

Una vez vi un video que demostraba cómo sería caer en un agujero negro. En un momento, el autor afirmó que si un fotón se emitía directamente desde la singularidad ya una distancia igual al radio de Schwarzschild, el fotón flotaría allí por la eternidad.

Mi pregunta se basa en estas suposiciones, así que hágamelo saber si alguna es incorrecta.

Con su movimiento a través de las dimensiones espaciales detenido, ¿el fotón en cuestión no experimentará el tiempo aproximadamente al mismo ritmo que nosotros? ¿Se descompondrá?

Respuestas (1)

Primero, un par de cosas:

  • los fotones no "experimentan" el tiempo en general, precisamente porque siempre viajan a C .
  • debido al punto anterior, los fotones tampoco se descomponen.

Para visualizar mejor lo que está sucediendo, considere que el horizonte de eventos es un lugar donde el propio espacio-tiempo está "cayendo" en el agujero negro a la velocidad de la luz. Entonces, si emites un fotón precisamente cuando pasas por el horizonte de eventos, el movimiento físico del fotón a través del espacio sería exactamente contrarrestado por la curvatura del espacio-tiempo en el horizonte, y efectivamente "flotaría" en esa ubicación.

Sin embargo, la forma en que se observaría este fotón es muy diferente para diferentes observadores:

El observador que cae , que emite el fotón justo cuando pasa por el horizonte de sucesos, creerá que el fotón se aleja de ella (en C , como siempre).

Sin embargo, un observador distante (lejos del agujero negro) nunca verá el fotón. O más bien, para el observador distante, el fotón parecerá estar infinitamente desplazado hacia el rojo.

Un observador que cae en el agujero negro después del primer observador que cae todavía tiene la oportunidad de observar el fotón (no desplazado hacia el rojo).

Pero hablando en términos más prácticos, este tipo de "equilibrio" sería muy inestable (el fotón no sería capaz de "flotar" por mucho tiempo). Esto se debe a que el radio de Schwarzschild del agujero negro siempre cambia ligeramente, ya sea porque el agujero negro absorbe radiación CMB o porque emite radiación de Hawking. Entonces, el fotón eventualmente escapará o será arrastrado más adentro del agujero negro.

¿Es necesariamente cierto que las partículas sin masa no se descomponen? Eso me parece incorrecto, aunque tengo que invocar estados no libres como gluones para encontrar un contraejemplo obvio.
@JerrySchirmer: No creo que los gluones se puedan usar como contraejemplo: los que se descomponen deberían estar fuera de masa ...
@Christoph: Sí, y de todos modos no son estados físicos.
@Jerry Creo que es necesariamente cierto, porque si una partícula sin masa (en el caparazón) se desintegrara, los productos necesariamente tendrían un marco de reposo, en el que se habría violado la conservación del impulso. La única excepción AFAIK es la ramificación colineal, pero no lo consideraría un proceso de descomposición.
@JerrySchirmer: por lo que vale, el hecho de que las partículas sin masa no puedan decaer tiene sentido desde un punto de vista clásico (relativista): la descomposición de la mecánica cuántica es aleatoria y tiene una probabilidad finita de ocurrir en un cierto intervalo de tiempo ; ahora, piense en el momento adecuado para las partículas sin masa...
@Christoph: la energía de la partícula sin masa le brinda una escala de tiempo en cualquier marco. Que el tiempo de descomposición sea covariante no es un gran problema. Y podría evitar la objeción de David Z asegurándose de que los productos de descomposición no tuvieran un marco de descanso común. Probablemente sea correcto que estos procesos estén prohibidos, pero OBVIAMENTE no es así.
@Christoph: una partícula en descomposición no está fuera de la cáscara, está en la cáscara, pero tiene una masa imaginaria.
@FredericBrünner: No hablé de partículas arbitrarias, ¿o tiene en mente un proceso particular que involucre gluones en descomposición en el caparazón?
@Christoph: Yo tampoco, estaba hablando de gluones en el mismo contexto que tú. Un gluón en descomposición debe estar en el caparazón, un gluón virtual (fuera del caparazón) no es realmente una partícula.
No existe una razón general por la que las partículas sin masa no puedan desintegrarse. Ver physics.stackexchange.com/questions/12488/…
Dmitry, ¿es una especie de expansión pero opuesta? Es decir, se trata de una especie de reducción de un factor de escala? Cómo se conectan la métrica exterior e interior (si es necesario). Supongo que la métrica interior es la de Schwarzchild. Trato de captar un sentido de declaración común aquí y allá al menos para excluir lo que está mal o es falsamente amistoso.
Fotón "pegado" en el horizonte de sucesos de un agujero negro
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