¿Realmente puedes caer a través del horizonte de eventos de un agujero negro?

Una predicción de la relatividad realmente requiere que un observador externo que parezca no caer nunca haya pasado el horizonte de eventos desde el punto de vista de un observador seguro fuera del horizonte de eventos. Esta desaceleración suave para detener cualquier cosa incrustada en el espacio-tiempo sería una consecuencia de la velocidad finita del tiempo de dilatación de la luz hasta detenerse. Sin embargo, como puede leer mucho más en las últimas novedades de Scientific American, varios físicos, trabajando en la línea desarrollada por Stephen Hawking que se ocupan de los efectos teóricos de la mecánica cuántica que predicen que cualquier cosa en la cúspide del horizonte de eventos, sufriría, específicamente descomposición del espacio-tiempo, una rotura, rasgadura, agujero, que crea una especie de cortafuegos que separa nuestro universo de cualquier cosa que se encuentre entre este cortafuegos hirviendo en la interfaz entre nuestra vida útil y, bueno, algo completamente diferente más allá de lo que el cortafuegos mecánico cuántico para siempre se esconde desde nuestro punto de vista (la naturaleza nos oculta algunos secretos de forma permanente) y lo que te desgarraría a ti o cualquier cosa en sus partículas constituyentes al entrar en contacto con ellas. Pero debido a que todavía no podemos fusionar la Relatividad con la Mecánica Cuántica, uno se ve obligado a elegir cuál de estas construcciones teóricas gobernaría la situación que usted plantea. La teoría de cuerdas falló. No predice nada y no tiene nada que decir; desafortunadamente no pudo casarse con lo muy grande con lo muy pequeño como Witten pensó que tal vez podría. Así que volvemos a tomar partido: uno compra la dilatación relativista y suave del tiempo de Einstein o los efectos mecánicos cuánticos frenéticos, impredecibles, multifacéticos y en última instancia inciertos como la teoría más probable, o más bien, la teoría cercana a la verdad. Ya que solo nos acercamos a la “verdad”. Como acercarse cada vez más a una diana, pero como no hay “hechos” en los paradigmas filosóficos científicos suscritos por ningún científico profesional que valga la pena (como he mencionado, cada teoría científica tiene una “fecha de vencimiento” cuando es extendido, alterado o abandonado en otras partes, pero en movimiento, siempre en movimiento, nanómetro por nanómetro, más cerca de la verdad (vea Bridgeman y su idea filosófica de que, como una abeja, tratará de escapar del cono volando hacia el techo / cielo, incluso si hay una ventana abierta a la libertad justo en frente, o cuando las plantas crecen hacia el sol, el hombre también tiene tropismo: por la verdad; acercarse cada vez más a la verdad o tener que descartar una hipótesis o teoría por completo (ver Thomas Kuhn sobre paradigmas científicos y Karl Popper sobre falasificabilidad y teorías científicas), QM y Relatividad son válidas dentro de sus dominios apropiados, pero no pueden unirse como una teoría de todo, aún no es así. Cada teoría es válida dentro de su wn domain (la mecánica cuántica muy grande, cósmica y muy, muy, muy pequeña). Para mí, a diferencia de muchos científicos que “crecieron” en QM, es nuestra teoría predictiva más exitosa jamás desarrollada (pruebe Feynman en cualquier cosa, pero QED, QCD, etc.), estoy con Einstein, el último de los físicos verdaderamente clásicos que muchos dicen. Hago esto porque estoy continuamente asombrado de cómo las predicciones que surgen, si se quiere, de la teoría de la relatividad, terminan siendo verdaderas y necesarias. Einstein parece incapaz de estar completamente equivocado. Incluso su “mayor error”, el factor supuestamente desconocido para el dulce de azúcar llamado constante cosmológica, se ha convertido, hoy en día, de vital importancia en la comprensión de la materia oscura y la energía oscura y la velocidad exponencial (con la distancia) que el universo está volando aparte, que Hubble descubrió por primera vez . En otras palabras, creo que Einstein tenía una comprensión intuitiva de la física que era tan profunda que incluso cuando estaba supuestamente equivocado, tenía razón.

Al tratar con los agujeros negros, es realmente importante separar lo que sucede en un sistema de coordenadas particular y lo que sucede en la realidad física. Realmente entrar en el meollo de los sistemas de coordenadas requiere muchas matemáticas. Eventualmente llegarás allí (si estás interesado), pero ahora no es el momento. Pero puedo responder a grandes rasgos.

Primero, considere algunas analogías sobre la Tierra. Primero, considere las coordenadas tradicionales norte / sur / este / oeste en la superficie de la Tierra. En casi cualquier punto de la Tierra, puedes pararte en ese punto y mirar hacia el norte, sur, este u oeste. Pero si te paras en el Polo Sur, no puedes mirar en ninguna dirección excepto en el norte.

¿Eso significa que el Polo Sur es intrínsecamente especial? Realmente no. Su aparente estado especial es solo una coincidencia del hecho de que elegimos ese sistema de coordenadas en particular. Si, en cambio, medimos todo desde, por ejemplo, el centro del centro de Wichita, entonces podría mirar hacia el norte, sur, este u oeste desde lo que actualmente llamamos el Polo Sur.

Considere otro ejemplo, que involucra mapas tradicionales de la Tierra. (Llamo a los mapas “tradicionales” aquellos realizados con la proyección de Mercator). Es un hecho matemático que no se puede representar perfectamente una superficie en forma de esfera en una superficie plana. Por lo tanto, la proyección de Mercator tiene algunas características que pueden confundirlo, si no sabe cómo funciona la proyección de Mercator. Por ejemplo, la proyección de Mercator distorsiona enormemente el área cerca de los polos norte y sur. (Es por eso que Groenlandia o Islandia son más pequeños en realidad física de lo que parece en los mapas de proyección de Mercator).

Lo mismo es cierto sobre distancias y tiempos, de una manera conceptualmente similar, pero matemáticamente más sofisticada. Esto es especialmente cierto cerca de objetos muy pesados ​​… actúan como el Polo Norte en la proyección de Mercator, deformando la traducción de la realidad física a un sistema de coordenadas particular.

Cuando se trata de agujeros negros, existen tres sistemas de coordenadas naturales en los que puede pensar: (1) coordenadas centradas en un observador lejano; (2) coordenadas que se centran en un objeto a medida que cae libremente en el agujero negro, y (3) coordenadas que se centran en un observador que está parado justo fuera del horizonte de eventos del agujero negro. Por ejemplo, el sistema de coordenadas (1) sería lo que observamos en la Tierra, y el sistema de coordenadas (3) sería lo que se ve desde un cohete que está disparando sus motores con fuerza, manteniendo una pequeña distancia desde el horizonte de eventos.

Sin entrar en matemáticas, basta con decir que estos tres observadores ven imágenes radicalmente diferentes del mismo conjunto de eventos. Como saben, los observadores lejanos en el sistema de coordenadas (1) ven que un objeto que cae en el agujero negro se ralentiza cada vez más, nunca cruza el horizonte de eventos en un tiempo finito. Quizás sorprendentemente, el observador en caída libre del sistema de coordenadas (2) ve las cosas “normalmente”. Caen más allá del horizonte de eventos en un tiempo finito.

Y los muchachos en el cohete en (3) ven algo aún más extraño: independientemente de la altura inicial , ven que todo cruza el horizonte de eventos justo por debajo de la velocidad de la luz. En otras palabras, si están dando vueltas, digamos, 1 metro por encima del horizonte de eventos, y dejan caer una llave desde 1,5 metros, ven que la llave gira casi a la velocidad de la luz cuando toca el suelo. Pero una hormiga en la superficie de la llave no experimenta el mismo fenómeno.

¿Cuál es la conclusión de todo esto? Una conclusión es que las nociones “puras” de tiempo y espacio son engañosas. Es por eso que a los físicos se les ocurrió el término “espacio-tiempo”.

“Usted”, como en todas las partículas subatómicas que lo hacen, definitivamente puede caer “a través” del horizonte de eventos de un agujero negro. Lo más probable es que algunos lo hagan y otros no. Pero “Usted” no será consciente de esto … a menos que exista una conciencia sobrenatural que se escape cuando muera y no tenga masa … porque su cuerpo y cualquier cosa que proporcione soporte vital para su cuerpo se destruirá a nivel subatómico. “Usted” morirá MUCHO antes de cruzar el horizonte de eventos, no solo debido a las fuerzas de gravedad de la marea, sino también porque los niveles de energía a medida que se acerque al horizonte de eventos esencialmente vaporizarán su sistema de soporte vital … y luego usted. En poco tiempo, podría agregar.

Esta no es una respuesta científica, pero un agujero negro es, entre otras cosas, una máquina eficiente de reciclaje de materia y energía.

Una cosa más…
Una teoría de cómo se formó el universo es que un agujero negro de un universo vecino puede haber destrozado nuestro universo y haber dado a luz al big bang “nosotros” experimentado. En otras palabras, el universo que conocemos podría ser un desperdicio cósmico de un agujero negro en otro universo. Si lo considera por un momento, el agujero negro comprime inmensamente la materia y la energía … hasta el punto de que toda la idea de una gran explosión de las “cosas” tiene sentido … y el fondo cósmico de microondas “que” experimentamos desde el principio (primero Más de 300,000 años de nuestro vecindario) también tiene sentido.

Esto, por supuesto, no es más o menos loco que la teoría de cuerdas, y es tan demostrable en este momento … que no es demostrable … ni refutable. Es una buena idea. Es mi favorito en este momento, principalmente porque puedo entenderlo, pero no puedo entender la teoría de cuerdas. (Tal vez sea un poco como buscar las llaves perdidas debajo de la farola, porque puedes ver allí aunque hayas perdido las llaves en otro lugar, pero funciona para mí).

Entonces, de la misma manera que el excremento de vaca y cerdo … y todos los demás excrementos … fomentan la vida, nuestro universo puede haber surgido del excremento cósmico de un universo vecino y antiguo. Lo que implica que hay pilas “universales” de estiércol cósmico que fomentan universos por todo el lugar … tipo de. (¡Entonces eso es lo que es ese olor!)

Entonces … si caes en un agujero negro, “tú” podría salir del otro lado como un bloque de construcción de un universo completamente nuevo … big bang y todo.
Es una vergüenza la vieja serie de televisión de Batman, ¿eh? Bang, boom, pow.

Esto es entretenido y hábilmente escrito, y toca algunas de estas ideas salvajes. ¿Qué vino antes del Big Bang?

Pero volviendo a su pregunta … no, no puede entrar en un barco y sumergirse en el agujero negro, mirar a su alrededor y tomar notas. Sus moléculas se romperían y se parecerían vagamente a la inundación de primavera que se precipita sobre las Cataratas del Niágara … sin el barril.

¡Oye, esa fue mi idea! Realmente, puedes calcular esto. Debe suponer que su observador es básicamente un plano 2-d que cae en el agujero negro. A medida que te acercas, la dilatación del tiempo te acelera hacia el futuro, y en este futuro la evaporación del agujero negro se ha acelerado y el agujero negro se ha reducido. Eso sí, la distancia al radio de Schwarzchild tiene que ser muy pequeña, como menos del diámetro de un átomo (¡calcule!) Entonces, ¿cómo se vería cuando cayera es una fuente de luz radiante que se encoge ante usted hasta que llega un momento? en el futuro lejano, cuando el agujero negro se haya evaporado por completo. Probablemente.
En pocas palabras, nunca puedes caer en un agujero negro. En realidad, nunca puedes existir en un agujero negro a menos que se forme a tu alrededor.
Todo esto supone que la radiación de Hawking es algo real, y que los agujeros negros se evaporan.
Así que desde que perdí la ecuación con la que solía jugar esto hace diez años, te desafiaría a unir las ecuaciones de radiación de Hawking y dilatación del tiempo para ver si puedes entenderlo. Podría ser una litera, pero mantén una mente abierta.

Asumiendo que Firewall es incorrecto y el Principio de Equivalencia es cierto, sí, podría caer absolutamente a través del horizonte de eventos de un agujero negro, pero solo para agujeros negros muy grandes, como los supermasivos. Cualquier cosa más pequeña (masa estelar, masa intermedia) las fuerzas de marea crecerán muy fuerte antes del horizonte y te destrozarán.

La respuesta es ambas, si y no. Para los agujeros negros normales con poca masa solar de materia, la persona se exprime instantáneamente a un tamaño infinitamente pequeño después del horizonte de eventos, pero en el caso de agujeros negros supermasivos, es decir, aquellos que tienen una masa de unos pocos millones de masa solar, la persona sobreviviría incluso después de cayendo a través del horizonte de eventos porque la masa no se distribuye uniformemente sino que se concentra en la singularidad. Pero el tiempo para esa persona se ralentizaría dentro del agujero negro.

No exactamente. Un observador distante lo verá desacelerar hasta detenerse, pero su imagen gradualmente se desplazará hacia el rojo. Si realmente pasan el tiempo lo suficiente como para ver que el agujero negro se evapora, también verán una radiación masiva que emerge del agujero negro moribundo (que contiene fragmentos de usted en un sentido informativo, lo que representa el desplazamiento al rojo). No saldrás mágicamente de ese desastre intacto después de eso.

Sí, la cosa que cae cae en el agujero negro con bastante rapidez, pero en el exterior, ya que el tiempo es relativo a la cantidad de gravedad (no me cite sobre esto), si recuerdo correctamente, lleva un tiempo infinito. No he estudiado relatividad, solo Física I a nivel universitario, pero este es el conocimiento general que conozco.

Espero que esto te ayude hasta cierto punto:
¿Cuáles serían las implicaciones de la eventual evaporación de un agujero negro a través de? ¿Radiación de Hawking para alguien que intenta viajar a través de su horizonte de eventos?

Los agujeros negros no pierden mucha masa a través de la radiación. Y crecen a través de cosas que caen en ellos.