Cómo derivar el radio de Schwarzschild matemáticamente

Podemos comenzar con la definición del radio de Schwarzschild [1]: el radio al cual la velocidad de escape de un objeto es mayor que la velocidad de la luz. La velocidad de escape puede derivarse utilizando uno de los principios más fundamentales de la física: la conservación de la energía.

[matemáticas] (K + U) _ {\ text {initial}} = (K + U) _ {\ text {final}} \ tag * {} [/ math]

[matemáticas] \ implica \ dfrac {1} {2} mv_e ^ 2 + – \ dfrac {GMm} {r} = 0 \ tag * {} [/ matemáticas]

[matemáticas] \ implica v_e = \ sqrt {\ left (\ dfrac {2GM} {r} \ right)} \ tag * {} [/ math]

Para un agujero negro, podemos establecer la velocidad de escape ([matemática] v_e [/ matemática]) a la velocidad de la luz, y calcular el radio de Schwarzschild ([matemática] r_s [/ matemática]).

[matemáticas] c = \ sqrt {\ left (\ dfrac {2GM} {r_s} \ right)} \ tag * {} [/ math]

[matemáticas] \ implica c ^ 2 = \ dfrac {2GM} {r_s} \ tag * {} [/ matemáticas]

[matemáticas] \ implica \ displaystyle \ boxed {r_s = \ dfrac {2GM} {c ^ 2}} \ tag * {} [/ math]

Cuál es la ecuación requerida.

Notas al pie

[1] Radio de Schwarzschild – Wikipedia

El radio de Schwarshild es el radio del planeta donde su velocidad de escape sería igual a la velocidad de la luz si mantenemos la masa igual.

La velocidad de escape es la velocidad que debe darse al cuerpo para que escape de la atracción gravitacional del planeta.

Velocidad de escape = sqrt (2GM / R) donde G es la constante gravitacional M y r son la masa y el radio del planeta.

Si r se reduce manteniendo m constante hasta que la velocidad de escape sea igual a la velocidad de la luz, obtenemos el radio Schwarshild del planeta.

Para la Tierra, el valor es de 9 mm.

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