¿Cuál es la velocidad de un objeto que se dibuja en un agujero negro?

El problema con la física del agujero negro es que es un caso de relatividad extrema, que es realmente difícil de entender (si no imposible) sin las matemáticas.

Primero, recuerde que la velocidad es relativa. Depende del observador. Imagine un objeto que cae en un agujero negro y un observador que permanece inmóvil a cierta distancia del agujero negro usando un conjunto de cohetes. En lo que respecta a este observador, el objeto que cae nunca llega al horizonte. Nunca. Entonces su velocidad parecerá llegar a cero. De hecho, toda la materia que cae parece “congelarse” al acercarse al horizonte, lo que justifica por qué algunos investigadores originalmente llamaron a los agujeros negros “estrellas congeladas”. (Sin embargo, estos objetos también desaparecen de la vista, ya que cualquier luz de ellos se desplaza hacia el rojo infinitamente y, por lo tanto, se vuelve invisible).

Por otro lado … si usas un cohete muy poderoso para desplazarte muy cerca del horizonte de eventos y ver cómo los objetos caen hacia el horizonte (¡y tú!) Desde muy, muy lejos, verás que de hecho se acelerarían hasta casi velocidad de la luz en el momento en que pasan a su lado (después de lo cual parecerían desacelerar rápidamente y desaparecer de la vista antes de llegar al horizonte … y no importa qué tan cerca esté usted del horizonte).

Sin embargo, para ver los objetos alcanzar la velocidad de la luz, tendrías que estar flotando exactamente en el horizonte. Esto es imposible ya que requeriría cohetes infinitamente fuertes que suministran una aceleración infinita. Y si de alguna manera lograras hacerlo, verías que el tiempo exterior se acelera por un factor infinito, y todo lo que alguna vez caería en el agujero negro entre ahora y el futuro infinito aparecería de una vez, instantáneamente. Así que no se sorprenda si las matemáticas le dicen que en este caso, la masa aparente de todos los objetos que caen parecerá infinita u otras tonterías suceden … ya tiene un cohete mágico que suministra una cantidad infinita de energía, entonces quién sabe qué otras tonterías sigue!

Pero realmente, simplemente no es posible flotar en el horizonte.

Finalmente, si estás flotando muy cerca del horizonte y quieres disparar una bala de cañón hasta el infinito, la velocidad de la bala de cañón debería estar muy cerca de la velocidad de la luz. Esta sería la misma velocidad que alcanzaría una bola de cañón descendente a medida que pasa a su lado, antes de que parezca reducir la velocidad muy rápidamente a medida que desaparece de la vista. (Digo aparece porque si estuvieras viajando en esa bala de cañón, no verías ninguna desaceleración en absoluto; más bien, cruzarías el horizonte y poco después, las fuerzas de marea ilimitadas cerca de la singularidad te espantarían).

De todos modos, como dije, esto es relatividad extrema. Las analogías simples y las fórmulas de nivel secundario no funcionan realmente bien aquí. Si se esfuerza por estudiar los diagramas de Penrose (conforme), pueden ser de gran ayuda para comprender la física y la geometría de los horizontes de eventos de los agujeros negros.

Para no estar en desacuerdo con Barak Shoshany (las respuestas de quien siempre son bastante impresionantes en mi experiencia) hay un sentido en el que algo como su sugerencia es cierta.

Hay un efecto, conocido como ‘inflación masiva’, por el cual la radiación que cae puede ser desplazada hacia el azul (ganar energía debido a la gravedad del agujero negro) en la medida en que la masa de un agujero negro aumenta dramáticamente … pero solo DENTRO horizonte de eventos

En términos de la dinámica interior del agujero negro, esto puede hacer una gran diferencia, y tiene implicaciones para cosas como la rotación de agujeros negros o agujeros negros cargados (y probablemente cierra las posibilidades más extrañas que a algunas personas les gusta usar estos agujeros negros para justificar, como como agujeros de gusano, por desgracia).

Sin embargo, tales efectos no pueden escapar del agujero negro más de lo que la luz puede, por lo que la inflación masiva no altera el agujero negro como se observa desde el exterior.

Lo que sí ves al mirar un agujero negro desde el exterior es, de hecho, bastante complejo y depende mucho del marco que estés usando (¿estás cayendo en el agujero negro? ¿Orbitando desde una distancia? Tratando de “flotar” cerca el horizonte de eventos?) Lo que ves depende completamente de este tipo de cosas, no solo en términos de lo que ves visualmente, sino que lo que concluyes está ahí o no. Lo que existe o no existe cerca del agujero negro no nos parece razonablemente algo que dependa de nuestro marco de referencia, pero somos personas que se quedan en casa y que nunca experimentan la física en circunstancias tan extremas, por lo que ¡Nuestras intuiciones y “sentido común” no son muy confiables!

Si está interesado en este tipo de cosas, le recomiendo el libro de Kip Thorne _Black Holes and Spacetime Warps_. Si está interesado en la idea de la inflación masiva, le recomiendo un buen artículo accesible de “Physics World y publicado por uno de los investigadores. Puede encontrar aquí: La historia interna

Desafortunadamente, su comprensión (como se presenta en los detalles de la pregunta) es incorrecta. Pero es bueno que hayas hecho esta pregunta, ya que ahora puedes entender mejor la relatividad.

1. “La velocidad para que un objeto escape de un agujero negro es la velocidad de la luz”, eso no es cierto. Nada puede escapar de un agujero negro , ni siquiera la luz. Por eso se llama un “agujero negro”. No hay velocidad con la que ningún objeto pueda escapar de un agujero negro.

2. “¿Esto significa que esta sería la velocidad de un objeto dibujado en un agujero negro?” – no, porque la premisa es incorrecta como se explica en 1. Un objeto dibujado en un agujero negro ciertamente se moverá a cierta velocidad, pero no puede ser la velocidad de la luz porque ningún objeto puede moverse a la velocidad de la luz . Solo las cosas que no tienen masa (como la luz) se mueven a la velocidad de la luz. El objeto dibujado en el agujero negro siempre se moverá más lento que la velocidad de la luz.

3. “¿No tenderá el objeto a alcanzar una masa infinita?” – De nuevo, no. Es un error común pensar que la masa de un objeto aumenta a medida que se mueve más rápido. De hecho, la masa de cualquier objeto es constante y no depende de su velocidad . Consulte ¿Cuál es la diferencia entre la masa en reposo y la masa relativista? ¿Cómo puede un objeto que se mueve a la velocidad de la luz tener masa alguna, es decir, fotones?

Un objeto que cae libremente en un Agujero Negro desde una distancia significativa tenderá a alcanzar una velocidad cercana a la de la luz, pero los objetos rara vez caen libremente de esta manera en lugar de perder energía al chocar con el disco de acreción del Agujero Negro o por la radiación de su aceleración. .

Como resultado, un objeto que cruza el horizonte de sucesos de un Agujero Negro puede viajar a cualquier velocidad mayor que cero y menor que la velocidad de la luz. Tenga en cuenta que visto desde la distancia, el objeto no parecerá alcanzar el horizonte de eventos que actúa como si “el tiempo se hubiera detenido” para dicho observador distante: de ahí el nombre alternativo de estrellas congeladas para agujeros negros.

La masa de un objeto no cambia y su llamada masa relativista es solo una forma de describir su mayor energía a medida que aumenta su velocidad. Por lo tanto, no hay problema con las masas infinitas, incluso si el objeto se acercaba a la velocidad de la luz.

Gracias por el A2A.

Cualquiera que sea la velocidad de un objeto que viaja cerca de un agujero negro, su velocidad aumentará hasta que llegue al horizonte de eventos. A partir de ese momento, nadie sabe qué sucede, excepto que el objeto desaparece.

Desafortunadamente, el objeto es arrastrado al agujero negro más rápido que la velocidad de la luz.
La velocidad exacta probablemente no se conoce.
Sin embargo, nuestras leyes de Física dicen que nada debería avanzar más rápido que la velocidad de la luz.

Es por esta razón que las leyes de la física se rompen; No podemos explicar qué sucede después de cruzar el horizonte de eventos.

La velocidad de un objeto que se dibuja en un agujero negro depende de la distancia desde el agujero negro. De todos modos, su segunda suposición fue incorrecta, ya que todos los objetos que se mueven a la velocidad de la luz (o más allá) deben estar sin masa. Y ningún objeto puede escapar de un agujero negro hasta donde sabemos, al menos más allá del horizonte de eventos, donde la velocidad de escape desde una órbita estable alrededor de un agujero negro es la velocidad de la luz

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