Si la luz no tiene masa (lo que le permite viajar en c) ¿por qué no puede escapar de un agujero negro? Nunca debe ‘pesar’ nada, porque no tiene masa y no se ve afectado por la gravedad.

Un punto clave de la teoría de la relatividad general de Einstein es que incluso las partículas sin masa se ven afectadas por la gravedad.

Esto se debe a que la gravedad deforma el espacio-tiempo a través del cual se mueve cualquier cosa, incluida la luz.

La luz puede ser desviada por los objetos, y en el caso de un agujero negro, el espacio-tiempo es tan curvo que la luz no puede escapar.

Muchas respuestas entusiastas aquí. Curvatura de espacio / tiempo, gravedad, fotones …

De hecho, los agujeros negros siguen siendo teóricos, y Stephen Hawking lo ha reconocido recientemente. Personalmente, creo que los agujeros negros son objetos que viajan a velocidades cercanas y que exceden la velocidad de la luz, pero esa es mi prerrogativa.

Siguiendo la teoría convencional de los agujeros negros, y por qué se dice que la luz no puede escapar de la intensa atracción gravitacional de un agujero negro, se requiere explicación.

Hay algo llamado el horizonte de eventos de un agujero negro. Es la región de proximidad al agujero negro donde los electrones son literalmente despojados de los núcleos de los átomos. Tan grande es la atracción gravitacional, se dice, que los átomos están separados. La propagación de la luz visible necesita átomos estables con órbitas externas de electrones estables, porque las frecuencias de las ondas de luz visibles son compatibles con las dimensiones de las partículas en los medios que propagan la luz. Sin electrones orbitales externos, sin luz visible. Sin embargo, se observan rayos X, pero provienen de orbitales más cercanos al núcleo. Los rayos gamma provienen de los núcleos de los átomos.

Es por eso que “la luz no puede escapar de la atracción gravitacional de un agujero negro”.

Comprender cómo se propaga la luz es esencial para poder explicar esto a un niño de seis años.

Es por eso que decimos que la gravedad es la curvatura del espacio-tiempo, y vemos que la ecuación de gravedad de Newton como una fuerza atractiva entre la masa tiene sus defectos, es decir, con la luz.

Y el diagrama del pozo de gravedad, que se dobla hacia adentro hacia un centro gravitacional, es una representación ideal de esta curvatura, cuando se trata de la luz.

Intenta dibujar una línea recta a través de ese pozo. ¿Cómo se dibuja una línea recta en una superficie curva? Verás que siempre se doblará un poco hacia adentro. Así es como “cae” la luz debido a la gravedad. Solo viaja en línea recta a través del espacio-tiempo curvo.

Ahora, esta demostración también tiene sus limitaciones. Es decir, alrededor del horizonte de eventos de un agujero negro, que es tan extremo que nuestro modelo 3D también se descompone. Dentro de la esfera de fotones a 3 / 2EH, la curvatura es tan extrema que no se puede representar de esta manera. La luz solo entra directamente.

La luz ciertamente se ve afectada por la gravedad. La luz sigue a la geodésica en el espacio-tiempo, y el efecto de la gravedad es doblar la geodésica. Lo que sucede en un agujero negro es que todas las geodésicas están contenidas dentro del agujero negro; no es que la luz no pueda escapar, es que los caminos que la luz puede recorrer están contenidos dentro del agujero mismo.

El hecho de que la gravedad afecta a la luz se ha establecido experimentalmente muchas veces. Aquí hay un hermoso ejemplo:

La Cruz de Einstein es un quásar único que, desde nuestro punto de vista, está directamente detrás de la galaxia ZW 2237 + 030, más conocida como la lente de Huchra. A, B, C y D son cuatro imágenes diferentes del mismo cuásar, QSO 2237 + 030; la luz de ella se inclina alrededor de la galaxia, formando lentes gracias al campo gravitacional de la galaxia.

Nuestra comprensión moderna de la gravedad se debe esencialmente a Einstein, cuyas famosas ecuaciones dicen que la gravedad es la manifestación de la curvatura del espacio-tiempo. Espacio-tiempo realmente curvilíneo = fuerte gravedad, y las ecuaciones de campo

[matemáticas] R_ {ij} + \ frac {1} {2} Rg_ {ij} = kT_ {ij} [/ matemáticas]

Son una herramienta matemática para expresar el hecho de que la masa Y la energía curvan el espacio-tiempo y se ven afectados por el espacio-tiempo en su movimiento.

En particular, esto le dice que los fotones (pequeños bultos de luz) son atraídos por cuerpos pesados, incluso si tienen masa cero.

En lugar de cero ‘masa en reposo’ de luz, lo que debe considerarse aquí es la masa cinética (que adquiere debido a su movimiento), y eso evita que escape del agujero negro.

Lo que en realidad significa cuando escuchamos ‘la luz tiene masa cero’ es que la masa de luz (fotón) es cero cuando está en reposo, por lo que se llama masa en reposo . Se ha calculado que la masa de luz en reposo debe ser cero para que pueda moverse con una velocidad de 299,792,458 m / s. Pero nunca se ha observado que la luz esté en reposo, por lo que este concepto deja de tener sentido aquí.

La forma en que planteó su pregunta sería la interpretación clásica de la gravedad, que es una aproximación bastante buena para la mayoría de los casos. Pero no para un agujero negro.

La formulación de Einstein es más generalizada. La gravedad no es un fenómeno que hace que la masa se atraiga hacia sí misma. La gravedad es una deformación en el espacio-tiempo que surge de la presencia de energía . Recuerda, la masa es energía.

No es que la luz se “atraiga” a un agujero negro. Es el espacio mismo el que se dobla, “desviando” la luz. Es como un automóvil que circula por una carretera inclinada.

La luz no tiene masa en reposo .

Lo que está “afectado por la gravedad” no es la masa en reposo. Es energía, impulso y tensiones internas (p. Ej., Presión).

La luz tiene mucha energía e impulso ([matemática] E = pc [/ matemática], [matemática] p = h / \ lambda [/ matemática] para un fotón con longitud de onda [matemática] \ lambda [/ matemática]). “Gas fotón” (radiación electromagnética que llena una cavidad) también hay mucha presión. Todo lo cual se ve afectado por la gravedad.

Debido a que la gravedad no es solo una propiedad de la materia con masa, también es una propiedad de masa y energía. Así, la gravedad atrae masa y energía de todos modos. Como la luz es energía, será atraída hacia la gravedad del agujero negro.

Ah! La luz se ve afectada por la gravedad. Esto se debe a que la relatividad general predice que la masa se dobla espacio-tiempo, que es lo que hace que los objetos se muevan hacia áreas de alta masa. La ley de Newton, que dice que solo la masa de los dos objetos importa, es solo una aproximación.

La curvatura de la luz alrededor de las estrellas fue una de las pruebas triunfantes de la relatividad general.

Los agujeros negros, entonces, simplemente doblan el espacio-tiempo de tal manera que ni siquiera la luz pueda escapar de ellos.

F = GMmr2 [matemática] F = GMmr2 [/ matemática]

Es así de simple. Es la misma ecuación que usas normalmente para la fuerza gravitacional. Es solo que una vez que M se hace lo suficientemente grande, la velocidad de escape es mayor que la velocidad de la luz QED

Esta es la razón por la cual un agujero negro se llama de esta manera.

Cada masa gravitacional grande tiene una velocidad de escape, v = (2GM / r) ^ 0.5

Un agujero negro es tal concentración de masa que v = c en el horizonte de sucesos.

La distancia desde el centro del agujero negro en el que ocurre esto se llama radio de Schwarzschild, r = 2GM / c ^ 2

Dentro del horizonte de eventos está actualmente más allá de nuestro alcance de comprensión.

En general, la gravedad de la relatividad afecta a todas las partículas que tienen energía. Los fotones no tienen masa en reposo pero tienen energía.

Piense en la gravedad como una distorsión del espacio-tiempo, no solo del espacio. De esta manera, es más fácil ver por qué cada partícula se ve afectada por la gravedad, incluso si no tienen masa.

No pienses en las propiedades de la luz. Piensa en las propiedades del espacio-tiempo dentro de un agujero negro.

Cada línea “recta” más allá del horizonte de eventos que va hacia el futuro va hacia la singularidad.

Es como todos los caminos conducen a Roma.

No importa qué camino elijas tomar, sabes a dónde te llevará ese camino: a la singularidad.

¿Parece que eso te sacará del agujero negro? No lo hará. Te llevará a la singularidad aún más rápido.

¿No quieres ir a la singularidad? ¿Quieres girar y tomar un camino diferente? Demasiado. Ese va también a la singularidad.

Esto se aplica a cada cosa en el universo que se mueve. Naves espaciales, rocas, electrones, fotones, … todo. Porque no se trata de la cosa. Se trata de la forma del espacio-tiempo dentro del horizonte de eventos. Cada camino tiene que pasar por la singularidad en el futuro.