¿Cómo puede moverse un agujero negro a través del espacio-tiempo si tiene una singularidad gravitacional en su centro?

Usted está trabajando bajo algunas ideas falsas comunes sobre el espacio-tiempo que son alentadas por estas analogías de tela y láminas de goma que son populares en todas partes.

La singularidad significa tanto curvatura infinita en el sentido de una lámina de goma tirada infinitamente lejos y también significa una rasgadura en la tela, un límite para el espacio-tiempo en el que todos los caminos orientados al futuro y similares a la luz llegan a su fin.

El espacio-tiempo en realidad no es un material fijo inmóvil con un montón de objetos que se sientan sobre él o dentro, o se mueven sobre él o a través de él.

El espacio-tiempo en la mejor descripción matemática que existe hasta ahora es en sí mismo un objeto dinámico que es una solución de las ecuaciones de Einstein.

Las ecuaciones de Einstein de vacío admiten ciertas soluciones no triviales llamadas soluciones de agujero negro, que se denominan tiempos espaciales estáticos.

El término “estático” es un poco difícil de definir sin algunas matemáticas. Se puede decir de esta manera: existe un campo vectorial de Matanza temporal en un espacio-tiempo estático. Esto se traduce intuitivamente en la idea de que el espacio-tiempo admite una especie de coordenada de tiempo universal y que las secciones en forma de espacio a través del espacio-tiempo se ven iguales en cada valor de la coordenada de tiempo.

Sin embargo, esta no es la misma idea que la idea de que la posición de un agujero negro aislado permanece fija en el espacio-tiempo: la métrica sigue siendo covariante bajo una transformación general de Lorentz. Por lo tanto, también es posible decir que el agujero negro se está moviendo a una velocidad constante para algunos observadores en el espacio-tiempo.

Si intenta construir una solución a la ecuación de vacío con dos agujeros negros, inmediatamente encontrará que ya no hay soluciones estáticas a las ecuaciones de Einstein: las ecuaciones requieren que no haya un campo vectorial de Matanza temporal y no haya sentir una coordenada de tiempo universal. Las diferentes secciones de espacio espacial a través del espacio-tiempo se verán diferentes.

Otra forma de decir esto es decir que si construimos localmente un sistema de coordenadas en un espacio-tiempo no estático con algunas coordenadas espaciales y temporales, entonces el espacio-tiempo siempre cambiará en cierta medida a medida que cambie nuestra coordenada de tiempo local.

Y claramente los dos agujeros negros en general se moverán uno con respecto al otro.

Como cualquier otra cosa. Las estrellas de neutrones y los agujeros negros formados en el colapso del núcleo de grandes estrellas comúnmente reciben una patada, ya que el colapso no es simétrico en general. Se observa que muchos púlsares viajan a 300 km / seg o más en relación con las estrellas que los rodean, lo suficientemente rápido como para escapar de la galaxia.

No hay singularidad.

La respuesta de Edward Cherlin a ¿Puede un agujero negro realmente tener cero volumen?

Las singularidades se imaginan como lugares de densidad infinita y tamaño infinitesimal. Cuando te encuentras con infinitos en física, es probable que haya algo mal con el modelo. La física moderna ha llegado a la idea de que probablemente haya un tamaño mínimo posible para el espacio (espacio “granular”) que se cree que es la longitud de Planck de aproximadamente 10 elevada a menos 35 metros. Quizás eso se aplica incluso en un agujero negro. Si es así, la noción de singularidad está desactualizada.

Otros han señalado los problemas con el modelado del espacio-tiempo como un objeto bidimensional (manta o lámina de goma). La idea detrás de hacerlo era proporcionar una metáfora motivadora. No debe tomarse literalmente, ya que no puede reflejar adecuadamente un espacio de cuatro dimensiones.

David K ​​ha señalado que no puede “quedar atrapado” en el espacio-tiempo, ya que no es físico en el sentido habitual. Eso es clave Según las observaciones, los agujeros negros pueden moverse en el espacio.

Las galaxias se están alejando entre sí debido a la expansión del universo. Los agujeros negros son parte de las galaxias. Los agujeros negros no se alejan, toda su galaxia se aleja. Pero dentro de la galaxia, no hay expansión.
Esta expansión del universo y la gravitación están muy bien equilibradas.

Las ilustraciones de ‘láminas de goma’ que has visto no tienen sentido. No puede sacar conclusiones basadas en inferencias de estas ilustraciones.

Un agujero negro tiene una masa finita y puede moverse a través del espacio como cualquier otro objeto. Lo único que tiene de especial un agujero negro es que está rodeado por un conjunto de puntos a través de los cuales cualquier trayectoria eventualmente interceptará el centro.

Aunque esa metáfora de la lámina de goma es bastante engañosa, si todavía la usamos podemos decir que la singularidad es el caso (1) donde esta lámina puede estirarse infinitamente. Y el punto donde se estira hasta el momento se mueve.

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