No tiene sentido hablar de un “poder” dentro de un agujero negro que es “más rápido” que la luz. El poder no tiene nada que ver con lo rápido que es otra cosa. La razón por la cual la luz o cualquier otro tipo de partícula no puede escapar del interior del horizonte de eventos al exterior del horizonte de eventos es porque, para todo dentro del horizonte de eventos, el futuro siempre está hacia el centro del agujero negro. Básicamente, la dirección del tiempo futuro se ha convertido en una dirección espacial radialmente hacia adentro.
Para entender esto, primero debes entender los conos de luz. La siguiente imagen supone que el espacio es bidimensional (en lugar de tres) y está representado por el plano horizontal etiquetado como “hiperesuperficie del presente”. El tiempo está representado por el eje vertical del diagrama y el observador se encuentra en las puntas de los conos de luz futuros y pasados. Ahora, la relatividad especial dice que los objetos masivos nunca pueden ir tan rápido como la velocidad de la luz, así que no importa lo que haga el observador, su futuro siempre estará contenido dentro del cono de luz futuro. Además, cualquier luz que emita el observador viajará a lo largo de la superficie del futuro cono de luz.
Ahora eche un vistazo al siguiente diagrama que representa a un observador que cae en un agujero negro y atraviesa el horizonte de eventos. El tiempo es en dirección vertical, el cilindro representa el horizonte de sucesos y los pequeños conos verdes son los conos de luz futuros del observador y de cualquier rayo de luz que el observador emita al caer en el agujero negro. La línea verde representa el camino del observador mientras está fuera del horizonte de eventos y la línea roja representa el camino del observador una vez que pasa el horizonte de eventos en el punto etiquetado como U. Las líneas discontinuas representan los posibles caminos de luz que el observador podría emitir
Según la relatividad general, el campo gravitacional del agujero negro se manifiesta por la curvatura del espacio-tiempo. En particular, este diagrama deja en claro que los conos de luz futuros se inclinan cada vez más hacia el agujero negro a medida que se acerca al agujero negro. Una vez que se ha cruzado el horizonte de sucesos, todos los conos de luz futuros están confinados permanentemente para apuntar completamente dentro del horizonte de sucesos. Esencialmente, la dirección del tiempo se ha doblado y comienza a apuntar en la dirección radial. Esto significa que el futuro del observador (y toda la luz emitida por el observador) se limitará para siempre al interior del horizonte del agujero negro una vez que el horizonte de eventos esté cruzado. De hecho, el futuro para todos los objetos / observadores y para toda la luz emitida terminará eventualmente en la singularidad en el centro del agujero negro.
Entonces, la razón principal por la que los agujeros negros son negros y que nada puede escapar del horizonte de eventos es porque el futuro se ha doblado en una dirección radial hacia la singularidad del agujero negro.
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Para otro enfoque para comprender por qué un agujero negro es negro, recomendaría encarecidamente leer este sitio web: El agujero negro como cascada. Una forma de definir el horizonte de un agujero negro es decir que un cuerpo que cae en el agujero alcanzaría la velocidad de la luz en el horizonte, pero eso no es realmente exacto. Lo que realmente está sucediendo es que el espacio está cayendo en el agujero negro a la velocidad de la luz en el horizonte y el cuerpo simplemente se transporta junto con el espacio. Del mismo modo, la luz no puede escapar porque el espacio está cayendo en el agujero negro a la velocidad de la luz en el horizonte. El sitio web de Black Hole Waterfall explica este concepto y tiene muchas otras formas muy comprensibles de explicar los agujeros negros. Una cita de ese sitio web describe por qué la luz no puede escapar de un agujero negro:
Una forma más perspicaz de conceptualizar cómo funciona un agujero negro es imaginar que el espacio fluye como una cascada hacia el agujero negro. …
Imagine rayos de luz, fotones, como peces que nadan ferozmente en la corriente. Fuera del horizonte, el espacio está cayendo en el agujero negro a menos de la velocidad de la luz (o la velocidad de los peces), y los peces de fotones que nadan aguas arriba pueden abrirse paso contra el flujo. En el horizonte, el espacio está cayendo en el agujero negro a la velocidad de la luz. En el horizonte, un pez fotón que nada directamente aguas arriba se quedará allí, nadando como un loco, pero sin ir a ninguna parte, el flujo interno del espacio cancela exactamente el movimiento del pez. Dentro del horizonte, la cascada espacial cae más rápido que la velocidad de la luz, llevando todo con ella. Por más que intente nadar río arriba, el pez fotón dentro del horizonte es transportado por el flujo del espacio inevitablemente hacia su destino final.
En la imagen [a continuación], el pez (feliz) río arriba puede abrirse paso contra la corriente, pero el pez (triste) río abajo es arrastrado al fondo de la cascada. Esta imagen fue dibujada por mi hija Wild y proporcionó la imagen de portada de la edición de junio de 2008 del American Journal of Physics 4 .
¿No dice la relatividad que nada puede ir más rápido que la luz? Es cierto que nada puede viajar por el espacio más rápido que la luz. Sin embargo, en la relatividad general, el espacio mismo puede hacer lo que quiera.
La idea del movimiento espacial es una que quizás hayas conocido antes en cosmología (el estudio del Universo en general), en la noción de que el Universo se expande.