Si la gravedad es la fuerza fundamental más débil, ¿cómo puede atraer la luz hacia sí misma y nunca dejarla escapar de un agujero negro?

La teoría de la relatividad general de Einstein dice que la luz se verá afectada de la misma manera que la gravedad afecta a la materia. Esto se debe a que bajo esta teoría, deberíamos pensar en la gravedad no en términos de fuerzas similares a los vectores, sino como consecuencia de la “forma” del universo.
Desde el punto de vista de Newton, la gravedad era una fuerza dirigida linealmente con la cual todos los objetos con masa tiraban de todos los demás objetos con masa. Su análisis mostró que la fuerza de la fuerza era proporcional al producto de las dos masas que se atraían entre sí, e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia entre ellas. Así, una manzana y la tierra se tirarían la una hacia la otra, y la manzana “cae” del árbol. Dado que la luz (ya sea percibida como un rayo o un fotón) no tiene masa, la ecuación de Newton predice que no será atraída por la gravedad hacia nada, sin importar cuán masiva sea.
Para construir un marco teórico que fuera consistente para todos los observadores y que no dependiera de un marco de referencia fijo independiente, Einstein tuvo que descartar esta percepción de cómo funciona la gravedad e idear una nueva comprensión. Según esta teoría, todos los objetos con masa alteran la curvatura del espacio-tiempo, el tejido de 4 dimensiones del universo. Los objetos que se mueven a través del espacio-tiempo simplemente siguen las curvas que se han creado.
Dado que los cerebros humanos no son buenos para representar cosas en 4 dimensiones, generalmente recurrimos a una analogía en 3 dimensiones. Imagine el espacio-tiempo como una lámina de goma, estirada cuando no hay materia presente. Si colocamos un objeto masivo como una estrella en este “espacio”, empuja hacia abajo dentro de la lámina de goma creando un hoyuelo o hoyo en la goma. un asteroide que volaba junto a la estrella no viajaría en línea recta a medida que rodaba a lo largo de la sábana, se curvaría a medida que avanzaba por la pendiente, saliendo en una nueva dirección. Si un objeto estuviera yendo a la velocidad correcta, podría atascarse en el hoyuelo y viajar alrededor de la estrella en una órbita como una bola alrededor de una ruleta. Hasta ahora, las predicciones de esta teoría son las mismas que las de Newton, pero ahora viene una gran diferencia: si la luz viajara a lo largo de esta lámina de goma del espacio-tiempo, también seguiría la curva, ya que la curvatura del espacio ya está creada por la estrella. De hecho, si el pozo es lo suficientemente profundo y las paredes muy empinadas, la luz podría caer dentro del pozo y nunca escapar. (lo que llamamos un agujero negro) Newton no notó esta curvatura de la luz porque se necesitan objetos muy masivos para obtener algo tan rápido como la luz para curvarse lo suficiente como para que puedas notarlo. Esta es la misma razón por la que todavía aprendemos y usamos la ecuación de Newton: funciona bien la mayor parte del tiempo. Pero los experimentos han demostrado que, de hecho, Newton estaba equivocado y que la luz ES atraída hacia el objeto con masa, como predijo la teoría de Einstein.

Según la gravedad newtoniana, la luz no se ve afectada por la gravedad, ya que la luz no tiene masa. La ley de Einstein E = mc2, sugiere inmediatamente que la luz se ve afectada por la gravedad. Este es realmente el caso y se ha observado experimentalmente a través de lentes gravitacionales y otros efectos.
La propagación clásica de la luz en la relatividad general (GR) viene dada por las ecuaciones electromagnéticas de Maxwell y la identidad de Bianci.
dF = 0
y
d * F = 0
Donde d es la derivada exterior, F es la intensidad de campo en forma 2 y * es el operador de dualidad de Hodge.
La forma más fácil de describir los rayos de luz y los conos de luz es a través de la óptica geométrica. En esta aproximación, el campo electromagnético se escribe como una amplitud que varía lentamente y una fase que varía rápidamente.
Usando esta aproximación en las ecuaciones de Maxwell, vemos que la luz viaja a lo largo de geodésicas nulas (ds = 0). Además, el vector de onda y la polarización se transportan en paralelo a lo largo de estos rayos geodésicos nulos. La amplitud varía a medida que el haz se enfoca o diverge. La relación de dispersión es k2 = 0. (k es el vector de onda).
Esto significa que los conos de luz se identifican con conos nulos en el espacio-tiempo y la relación de dispersión k2 = 0. En pocas palabras, los conos de luz son los mismos que los conos nulos y ambos describen la estructura causal del espacio-tiempo.
El método es “simplemente” para resolver la ecuación geodésica nula que le dará los caminos que recorrerá la luz.
Hasta ahora, lo que he dicho es general y, por supuesto, en la práctica puede ser muy difícil de calcular. El ejemplo obvio a considerar es el espacio-tiempo de Schwartzschild. Cualquier libro sobre GR cubrirá esto, ya que este espacio-tiempo es casi el único observado experimentalmente (aparte de las soluciones cosmológicas).
Resolver la ecuación geodésica nula para este fondo da un ángulo de desviación de 4m / R donde m es la masa de la estrella y R es el radio de la estrella. Esto fue observado por Eddington en 1919 y se utilizó como prueba de que GR tiene razón.

La alta gravedad de los agujeros negros no se debe a la alta masa. Incluso una estrella con una masa de alrededor de 5 masas solares puede ser un agujero negro, por ejemplo, y en el universo hay muchas estrellas cuyas masas superan los 10 segundos de masa solar.

La extrema gravedad de un agujero negro radica en su compacidad.
Todos sabemos que la gravedad máxima de una masa dada reside en su superficie. Sobre la superficie, la gravedad cae como 1 / r ^ 2 y debajo de esto disminuye la cantidad de masa que contribuye a la gravedad.

En el caso de un agujero negro, toda la masa se encuentra en un radio llamado radio de Schwarzschild dado por GM / r ^ 2 donde M es la masa de BH y radio r. Como este r es solo unos pocos 10s de km, la gravedad será enorme. Si consideramos nuestro Sol, este radio es de 6 lakh km. Entonces, para un agujero negro de una masa (teóricamente), la gravedad será 60000 * 60000 veces más que la gravedad del Sol. Eso es 4 millones de veces más. El sol mismo tiene una gravedad que es 10,000 veces más que la tierra.

Cuando combina todos estos números, aunque la gravedad es una fuerza débil, la gravedad de un BH es mil millones de veces más, lo que ni siquiera permite que la luz escape de su horizonte de eventos.

Una visión alternativa: la gravitación es la única ‘fuerza’ en el universo. Todas las “fuerzas naturales” son manifestaciones diferentes de la gravitación. La atracción gravitacional es relativamente un subproducto menor de acciones gravitacionales separadas en dos cuerpos de materia 3D. La fuerza gravitacional es enormemente fuerte. Ver: http://vixra.org/abs/1206.0056&nbsp ;

La atracción gravitacional tiene lugar entre las partículas de materia 3D básicas (en dos macro cuerpos), cuyos núcleos de materia 3D están en el mismo plano. Las partículas de materia 3D básicas tienen núcleos de materia 3D en forma de disco. Los núcleos de materia 3D de las partículas de materia 3D básicas (en un macro cuerpo) giran a una frecuencia proporcional a su contenido de materia 3D y se mueven linealmente (en trayectorias circulares) dentro de las partículas primarias. Por lo tanto, los núcleos de materia 3D de partículas de materia 3D básicas de dos macro cuerpos que hacen que un par rara vez venga en el mismo plano para tener atracción gravitacional entre ellos. En cualquier momento, un número extremadamente pequeño de partículas de materia 3D de dos macro cuerpos contribuyen a la atracción gravitacional entre los macro cuerpos. Por lo tanto, la atracción gravitacional entre dos macro cuerpos es extremadamente pequeña en comparación con la inmensidad de las acciones gravitacionales. Ver: ‘MATERIA (reexaminada)’

Un agujero negro, que tiene un tamaño muy grande y una densidad de materia 3D extremadamente alta tiene muchas más partículas de materia 3D básicas, cuyos planos de disco coinciden con el plano de disco del corpúsculo de luz. La atracción gravitacional entre el agujero negro y un corpúsculo de luz que se escapa es relativamente grande. Un gran tirón hacia atrás en el corpúsculo de luz tiende a ralentizarlo. Intentar ralentizar un corpúsculo de luz, desintegra su contenido de materia en 3D que conduce a su muerte. Ver: http://vixra.org/abs/1103.0026 & nbsp ; Los corpúsculos de luz que se mueven hacia afuera, desde un agujero negro, no regresan al agujero negro, sino que mueren al salir. Es por eso que la región de un agujero negro parece negra.

Ver: MATERIA

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Porque al final del día, la gravedad triunfa sobre todas las demás fuerzas. Vea mi respuesta a la pregunta de Quora ¿ Cuál es la mayor fuerza en el universo?

Considere la gravedad y las fuerzas eléctricas entre dos protones a un metro de distancia.

La fuerza eléctrica es de aproximadamente 9 x 10 ^ 9 Nm ^ 2 / C ^ 2 (1.6 x 10 ^ -19 C) ^ 2 / (1 m) ^ 2 = poco más de 2 x 10 ^ -28 N.

La fuerza gravitacional (usando la formulación de Newton) es 6.67 x 10 ^ -11 Nm ^ 2 / Kg ^ 2 (1.67 x 10 ^ -27 Kg) ^ 2 / (1 m) ^ 2 = justo debajo de 2 x 10 ^ -64 N ¡Eso es 36 órdenes de magnitud menos! Sería 42 órdenes de magnitud menos con electrones. La interacción gravitacional fundamental es increíblemente débil en comparación con la interacción electromagnética.

La interacción fuerte (o más básicamente, la interacción de color que une a los quarks) es aún más fuerte que la interacción electromagnética.

La interacción gravitacional comienza a ganar al aumentar la masa, mientras que la carga eléctrica es efectivamente cero. Es la fuerza misma de la carga eléctrica la que permite que domine la interacción gravitacional, ya que con cargas opuestas que pueden neutralizar los efectos de cualquiera de las cargas incluso a distancias pequeñas, la acumulación de carga eléctrica es muy limitada, mientras que la acumulación de masa no lo es.

¿Cuántas masas de protones se necesitan para producir los agujeros negros más pequeños a partir de supernovas? El extremo inferior de esta masa es de aproximadamente 3 masas solares. La masa del sol es de aproximadamente 2 x 10 ^ 30 Kg. ¡Esa es la masa de 4 x 10 ^ 57 protones! Ponga toda esa masa en un objeto de menos de 10 km de diámetro, y el campo gravitacional será enorme cerca del horizonte de eventos.

Es solo el más débil cuando se comparan fuerzas que actúan entre pares de partículas subatómicas típicas. Cuando se comparan trozos de cosas realmente grandes, la gravedad tiende a ganar porque actúa sobre la masa, que siempre es positiva, por lo que la fuerza es invariablemente atractiva. Por el contrario, las fuerzas eléctricas actúan entre cargas que vienen en signos opuestos, atrayendo cargas opuestas. Así, cualquier gran concentración de carga tiende a separarse y / o neutralizarse atrayendo carga opuesta.

La gravedad domina el universo a gran escala porque sus cargas (masa) son todas del mismo signo. A diferencia de las otras fuerzas, que tienen cargos de diferentes signos y que, en promedio, todos se cancelan. Por el contrario, cualquier bulto de materia de tamaño razonable tendrá un campo gravitacional detectable. Mientras que es poco probable que tenga un campo eléctrico fuerte, ya que tenderá a atraer cargas eléctricas opuestas para cancelar su propia carga.