Si los agujeros negros atraen toda la materia debido a una alta atracción gravitacional, pero la luz no tiene masa y tampoco se considera materia, ¿cómo pueden existir los agujeros negros?

Cuatro puntos

Primero, la luz no tiene masa en reposo . Tiene energía de masa. Como un experimento de pensamiento hipotético, si tuviera una caja forrada en el interior con espejos perfectos, si deja que un rayo de luz brille en esa caja (para que rebote hacia adelante y hacia atrás para siempre), la caja se volvería muy ligeramente más pesado Como un ejemplo menos hipotético, para ciertas estrellas, especialmente estrellas supergigantes, una porción considerable de su masa está en forma de gas fotón , radiación electromagnética atrapada.

En segundo lugar, la gravedad no se trata solo de la materia. Tira de todo . Tira de la materia, tira de la radiación, oye, ¡incluso se tira de sí misma! (Que es lo que significa cuando los físicos le dicen que la teoría de la gravedad de Einstein no es lineal ).

Tercero, los agujeros negros no atraen más materia, ni menos que otros objetos de la misma masa. El campo gravitacional de un agujero negro de una masa solar no es diferente del campo gravitacional del Sol. Sin embargo, debido a que un agujero negro es mucho más pequeño, puedes acercarte mucho más, y eso significa que puedes experimentar una gravedad mucho más fuerte que en el caso del Sol … no puedes acercarte tanto al Sol sin golpear su superficie.

Por último, la gravedad no se trata solo de masa. En la teoría de Einstein, la fuente de gravedad es lo que se llama el impulso-energía-momento del objeto: esto incluye la masa del objeto, pero también incluye sus movimientos internos, presión y tensiones. Para un bulto normal de materia, el término masa domina para que podamos olvidarnos del resto. Pero cuando se trata de materia (y sí, en este sentido, la luz se considera materia) que se mueve a la velocidad de la luz o cerca de ella, o cuando se trata de campos gravitacionales extremadamente fuertes, todos los términos deben considerarse, no solo el término masivo Entonces, incluso para algo como la luz que no tiene masa en reposo, sus otras propiedades, especialmente su impulso, contribuyen y responden al campo gravitacional.

Según la relatividad general, si un objeto tiene impulso y energía, experimentará atracción gravitacional.

Vea la ecuación Feild de Einstein, la ecuación tiene un tensor de Einstein [matemático] G_ {μν} [/ matemático] en LHS y un tensor de momento de energía [matemático] T_ {μν} [/ matemático] en RHS. De este modo, si un objeto tiene impulso y energía, se sentirá atraído y, en el caso de la luz, esto es exactamente lo que sucede.

Aquí está la ecuación en forma de matriz.

Puedes ver que la masa ni siquiera determina la atracción gravitacional, lo que sí hace es la energía y el impulso de la partícula.

La luz tiene energía dada por: [matemáticas] E = hν [/ matemáticas]

Y el impulso dado por: [matemáticas] P = \ frac {h} {λ} [/ matemáticas]

Entonces no hay razón por la cual los agujeros negros no deberían atraer la luz. De hecho, cada objeto atrae la luz debido a la fuerza gravitacional, pero la velocidad de escape del campo gravitacional suele ser mucho, mucho menor que la velocidad de la luz, por lo que la luz se mueve sin distorsión. Pero en el caso de los agujeros negros, la velocidad de escape es mayor que la velocidad de la luz, por lo que la luz no puede escapar del campo.

Espero que las respuestas 🙂

Estoy interpretando esta pregunta como: “Si los agujeros negros atraen toda la materia debido a un alto tirón gravitacional, pero la luz no tiene masa y tampoco se considera materia, ¿cómo pueden los agujeros negros extraer luz y cómo podemos confirmar que existen los agujeros negros? ?

David y Arsh han respondido amablemente: “¿Cómo pueden los agujeros negros atraer la luz?”

Permítanme intentar responder “¿Cómo podemos confirmar que existen los agujeros negros?”

Suponga que una calle está inundada y no puede ver ningún hoyo en el suelo. Sin embargo, puede ver que el agua no fluye a una velocidad uniforme, y muestra inmersiones en algunos lugares. Al analizar las velocidades del agua en diferentes lugares y al comprender las inmersiones, puede ver la existencia de ciertos agujeros en el suelo.

No exactamente similar, pero algo similar, a esto sucede en el espacio. El espacio es similar al suelo, la luz es similar al agua y los agujeros negros son similares a los hoyos. Al analizar la intensidad de la luz en el espacio y al comprender el fenómeno de la lente gravitacional, podemos ver la existencia de agujeros negros en el espacio.

Los fotones (partículas de luz) no tienen masa cuando no se mueven. Esto es significativo para un físico, suena tonto para todos los demás ya que los fotones siempre se mueven a una velocidad fija.

Es útil conocer la “masa en reposo” de algo que nunca descansa si lo necesita para los cálculos o para dilucidar ciertos conceptos, pero todos los fotones en efecto tienen “masa” debido a la energía asociada. Es esta masa efectiva o “inercial” la que impide que los fotones escapen de un agujero negro, siguen un camino que ha sido deformado por el agujero masivo, llevándolos para siempre lejos de la puerta de salida. Los fotones no son materia, se les conoce como partículas mensajeras o portadores de fuerza, pero no son inmunes a los efectos gravitacionales.

Supongo que debería mencionar que actualmente se cree que los “agujeros” no atrapan la luz para siempre, eventualmente las cosas se salen. En cualquier escala de tiempo significativa, eso puede ser ignorado.

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