¿Cómo explicas la gravedad de un agujero negro?
Para una comprensión efectiva, clasifiquemos los objetos clásicos en función de su dinámica de comportamiento y su medio ambiente en un período de tiempo determinado.
- Un objeto que cae libremente en medio de fricción (Todos los medios, excepto el vacío, son de fricción, porque tienen moléculas que resisten el movimiento)
Al caer libremente, me refiero a un objeto que no está sujeto a ninguna fuerza que esté actuando activa o momentáneamente contra el tirón gravitacional que experimenta el objeto (además de la fricción, por supuesto). Lanzar una pelota hacia arriba (por ejemplo), normalmente o en diagonal, corresponde a una fuerza momentánea que resiste el tirón gravitacional y, por lo tanto, pierde su validez en este contexto categorial.
La gravedad, dentro de este paradigma, es básica e induce una aceleración de 9.8 m / s ^ 2 dirigida hacia abajo (se dirige hacia el centro de gravedad del cuerpo, para ser más precisos. Si quieres que te lo explique, dilo y yo ” ll). - Un objeto impulsado por una fuerza resistiva en un medio de fricción.
Imagina disparar un cañón desde el techo de un edificio mientras tu amigo cae simultáneamente desde el mismo techo (haciendo que el cañón de tu amigo experimente una caída libre). Ambos cañones experimentan casi la misma magnitud de gravedad que los empuja hacia abajo, sin embargo, el cañón que disparas tardaría mucho más en golpear el suelo, dependiendo de la magnitud de la fuerza que aplicaste para dispararlo. Esto se debe a que el empuje inicial que le proporcionó a su cañón está trabajando activamente contra la fuerza gravitacional, y dado que hay dos fuerzas multidireccionales que operan en el objeto, los efectos concebibles de la gravedad se reducen. - Un objeto que cae libremente en el vacío.
Los objetos, dentro de este escenario, no se comportarían de manera diferente a los objetos en el primer escenario que discutimos; La única diferencia sería la falta de fricción en el vacío. - Un objeto impulsado por una fuerza resistiva en el vacío.
Esto abarcaría, además de los cuerpos celestes y los asteroides, la EEI, los satélites artificiales y cada objeto hecho por el hombre que orbita la tierra. Sí, es un error pensar que los astronautas en la EEI están experimentando gravedad cero; lo que están experimentando es “ingravidez” o “caída libre”, no gravedad cero. De hecho, están experimentando casi la misma gravedad (9/10) que usted mientras lee esta respuesta. Esto plantea una pregunta interesante: ¿por qué no se caen? La respuesta puede parecer contra intuitiva, pero lo hacen, y lo son, todo el tiempo. Sin embargo, antes de que un objeto se establezca para orbitar la tierra, o para ser más apto, para que el objeto orbite la tierra, su velocidad se establece de manera que establezca un equilibrio dinámico con la fuerza gravitacional de la tierra (PS: Dynamic El equilibrio se define como un estado de equilibrio entre los procesos continuos. El proceso, que es el movimiento del satélite en este caso, es perpetuo porque el medio es el vacío). En pocas palabras, esto significa que a medida que el objeto está cayendo, la curvatura de la tierra evita que descienda más abajo con respecto a la superficie de la tierra, lo que genera una ilusión visual de revolución. Dicha velocidad se denomina velocidad orbital. La velocidad orbital necesaria para mantener una órbita terrestre baja estable es de aproximadamente 7,8 km / seg, y se reduce con el aumento de la altitud orbital.La fuerza gravitacional, similar a las ondas, se diluye y disminuye en magnitud con la distancia (inversamente proporcional a la distancia). Sin embargo, aumenta con la masa de los objetos involucrados (directamente proporcional a la masa).
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Los agujeros negros se forman a través de un complejo proceso de descomposición de las estrellas cuando se mantienen ciertas condiciones, un proceso que pasaré por alto ya que está más allá del alcance de la pregunta.
La pregunta más frecuente sobre la fuerza gravitacional de los agujeros negros se basa en su magnitud masiva: si un agujero negro es básicamente una estrella descompuesta, y la fuerza gravitacional de un agujero negro es directamente proporcional a su masa (consulte la imagen de arriba), ¿Por qué el campo gravitacional es mucho más intenso? Disculpe si no tiene la misma pregunta, pero me he encontrado con esto demasiadas veces para no abordarla. La idea de que los agujeros negros retienen la masa de su estrella madre o que su gravedad es mayor en magnitud es un mito y no podría estar más lejos de la verdad. En realidad, en el curso de la descomposición, una gran fracción de la estrella madre se arroja al espacio exterior, reduciéndola a un cuerpo menos masivo con una gravedad más débil y un volumen increíblemente minúsculo.
La pregunta llamativa que hace en este momento es: ¿De dónde, entonces, un campo gravitacional que atrapa incluso la luz? Aquí es donde entra en juego la segunda ecuación de la imagen. Anteriormente en esta respuesta, mencioné que es el centro de gravedad de un cuerpo en el que se centra el campo gravitacional, y cuando digo “distancia” en la segunda ecuación, me refiero a la distancia desde este punto del cuerpo, no el superficie.
Cuando una estrella se descompone en un agujero negro, su masa disminuye, lo que desintensifica moderadamente el campo gravitacional a su alrededor, sin embargo, el volumen de la estrella, simultáneamente, se reduce masivamente, lo que a su vez intensifica la fuerza gravitacional en su superficie astronómicamente, ya que su distancia desde su centro de gravedad después de la reducción de volumen es mucho menor. Esta intensificación del campo gravitacional debido a la reducción del volumen vehementemente supera la disminución en la magnitud del campo gravitacional debido a la masa perdida, porque mientras que la masa y la distancia desde el centro de gravedad están disminuyendo; la gravedad es directamente proporcional a la masa, sin embargo, cuando se trata de distancia, es el cuadrado de la distancia a la que la gravedad es inversamente proporcional.
Para poner mejor la disparidad aritmética en perspectiva, aquí hay dos gráficos (tenga en cuenta que la constante de proporcionalidad empleada en el primer gráfico y la derivada del segundo son arbitrarias, y no son un reflejo exacto de los escenarios realistas):
Las flechas hacia la izquierda y hacia abajo son indicativas de disminución, mientras que las flechas hacia la derecha y hacia arriba son indicativas de aumento.
La línea irregularmente espaciada muestra la caída aproximada y el aumento de la gravedad de ambas imágenes para una disminución de 3 unidades en masa y volumen, respectivamente. La ilustración es aproximada, y también lo es la disparidad retratada; no obstante, está allí y aumenta exponencialmente a medida que disminuye el volumen del agujero negro (el concepto aritmético que opera el gráfico se basa en el hecho de que la diferencia entre inversos de cuadrados de dos números más grandes (900 y 800, por ejemplo) en menos que los inversos de cuadrados de números más pequeños (200 y 100, por ejemplo) que tienen la misma diferencia. Use una calculadora y corrobore el corolario usted mismo).
¿Los agujeros negros más pequeños tienen menos gravedad y viceversa?
La definición de pequeño aquí es subjetiva, añadiéndole un factor de ambigüedad. Sin embargo, voy a interpretar pequeño en dos contextos: pequeño por volumen y en términos de masa (luz).
- Volumen
La fuerza gravitacional de un agujero negro, o cualquier otro cuerpo / objeto para el caso, es independiente de su volumen. Sin embargo, si se refiere a la gravedad de la superficie, aumenta con la disminución del volumen porque la gravedad es inversamente proporcional al cuadrado de distancia desde el centro de gravedad del cuerpo (consulte la segunda ecuación de la primera imagen). Esto no implica que la gravedad esté sujeta al volumen, más bien, es un paradigma que demuestra cómo la gravedad aumenta exponencialmente a medida que se acerca al centro de gravedad de un cuerpo (ya que la disminución de su volumen aumentaría nuestro alcance para viajar más cerca de su centro de gravedad). Lo contrario es cierto dentro de este marco. - Masa
La fuerza gravitacional de un objeto es directamente proporcional a su masa, y viceversa. Consulte el gráfico en la segunda imagen.De hecho:
Ya que estamos hablando de agujeros negros más pequeños aquí, ¿sabía que los agujeros negros más pequeños son más perjudiciales para usted que los más grandes, si cruzara el horizonte de eventos de un agujero negro?
(PD: el horizonte de eventos es un límite hipotético en el campo gravitacional del agujero negro más allá del cual no puedes regresar porque tendrías que viajar más rápido que la luz)
En la imagen de arriba, la línea dentada prominente representa el CG (centro de gravedad) del agujero negro. G representa la intensidad del campo gravitacional, y ‘r’ representa la distancia desde el CG del agujero negro. EV1 representa el horizonte de eventos de un agujero negro más grande, mientras que EV2 representa el de un agujero negro más pequeño.
Ahora, antes de perder la cabeza, soy consciente de la falla de la ilustración que sufre el gráfico. Un agujero negro no puede tener más que un horizonte de eventos. Diseñé este gráfico para facilitar la comprensión.
El horizonte de eventos de un agujero negro más grande, debido a su campo gravitacional más extenso, está más alejado de su CG, en contraste con un agujero negro comparativamente más pequeño. Esto, sin embargo, no cambia la tendencia exponencial de la curva gravitacional con respecto a ‘r’. El sorprendente resultado que deducimos de esto es que más allá del horizonte de eventos de un agujero negro más pequeño (curva de nota más allá de EV2), la curva que ilustra la tendencia de G es más pronunciada que más allá del horizonte de eventos de un agujero negro más grande (curva de nota más allá EV1).
El gráfico es engañoso en el sentido de que perpetra una noción falaz de que el horizonte de eventos del agujero negro más pequeño experimenta un campo gravitacional más fuerte que el del más grande. Fue bosquejado a propósito de esta manera para ilustrar exhaustivamente el cambio en la naturaleza de la curva de G al acercarse al CG del agujero negro. Aprovechando un paradigma más pragmático, ambos horizontes de eventos experimentan la misma intensidad gravitacional, sin embargo, dado que el horizonte de eventos del agujero negro más pequeño está más cerca de su CG que el del agujero negro más grande, el aumento en G más allá de eso mostraría Una tendencia de curva más pronunciada.
Como humano, cuando / si caemos en el horizonte de eventos de un agujero negro de este tipo, la diferencia en la atracción gravitacional entre nuestra cabeza y pies será masiva y nos rasgará en nuestros átomos constituyentes en instantes. El proceso llevaría más tiempo en un agujero negro más grande, ya que tienes que ir más allá del horizonte para que la G crezca lo suficiente como para destrozarte.
