Si la luz no tiene masa, ¿cómo puede la gravedad de la singularidad evitar que observemos la luz?

Aquí hay muchas explicaciones detalladas, así que solo agregaré un breve punto: el mecanismo de Newton de cómo caen los objetos debido a la gravedad es diferente del de Einstein. Creo que estás pensando en la luz como un objeto sin masa a la vista de Newton.

La idea de Newton era que la fuerza sobre un objeto que cae es proporcional a su masa y la aceleración de un objeto que cae es inversamente proporcional a su masa. Para un objeto que cae con una masa pequeña, el factor de masa en el numerador se cancela con el factor de masa en el denominador, y la aceleración es independiente de la masa. Pero, ¿qué pasa si un objeto tiene masa cero? La fuerza sobre él es cero, pero la aceleración es uno sobre cero, que es infinita. Cero veces infinito no está bien definido. En lugar de decir que estas ecuaciones simplemente no se aplican, Newton creyó (incorrectamente) que la luz tiene una masa muy pequeña. Alternativamente, podría definir la aceleración mediante un proceso limitante: cualquier masa pequeña que no sea cero produce una aceleración constante, así que solo diga que los objetos de masa cero tienen la misma aceleración.

La idea de Einstein era que la gravedad dobla el espacio-tiempo y, por lo tanto, afectaría a todos los objetos, independientemente de si tienen masa o no. La ruta que toma cualquier objeto a través del espacio-tiempo es la ruta más corta posible (como el gran arco que toma un avión transcontinental alrededor de la Tierra curva). La forma de esta trayectoria solo refleja la forma del espacio-tiempo, no las propiedades del objeto que viaja a lo largo de él, por lo que no hay necesidad de un proceso limitante.

El punto esencial aquí tiene que ver con cuerpos que caen masivos o sin masa en un campo gravitacional; no importa si ese campo es creado por una singularidad o una estrella o planeta ordinario. Si un cuerpo gravitante tiene una masa lo suficientemente grande en un volumen lo suficientemente pequeño como para que tenga un horizonte de eventos (nota: uno no necesita una singularidad, incluso para esto), entonces el camino más corto a través del espacio-tiempo es una espiral interna. Por lo tanto, nunca vemos la luz.

     

Advertising Here

En teoría, el espacio “cae” hacia el centro de la singularidad más rápido de lo que la luz puede viajar para escapar. Pero nada puede ir más rápido que la luz, ¿verdad? Bueno, el espacio puede porque no es materia, es solo espacio (que puede consistir en algo, porque puede doblarse, etc.), pero no es materia, ni es luz, que es la misma razón por la cual el universo puede y es expandiéndose más rápido que la luz).

Así que imagina a un nadador acercándose a una cascada. En algún momento, el nadador ya no puede resistir el tirón del agua sobre el borde, y se irá, y no importa cuán duro reme, el nadador nunca podrá volver a nadar por encima. Es una especie de mala analogía, pero supongo que la mayoría de las analogías son insuficientes y engañosas porque ignoran algunas diferencias importantes, en este caso, las diferencias entre el espacio y una cascada y un nadador y la luz. Dicho esto, da una idea aproximada de la teoría de la gravedad de los pozos de gravedad, como los agujeros negros, y por qué la luz no puede escapar.

En una nota al margen importante, Stephen Hawking ahora ha proclamado que los agujeros negros no existen en la forma en que los modelamos y, como nos han enseñado, por lo que esto podría terminar siendo un punto discutible.

Para exponer un poco más, en cuanto a la singularidad al comienzo de la expansión de nuestro universo, que se deriva principalmente de la observación indirecta, por lo que también se encuentra principalmente en la categoría de teoría. Pero la evidencia lo respalda en buena medida, por lo que iremos hasta encontrar algo para ayudar a solidificar la existencia de singularidades o finalmente desacreditar su existencia física.

Gracias por la A2A

EDITAR: Pensando un poco más sobre la mala analogía anterior, se me ocurrió una que no es tan mala (pero aún así no es tan buena, solo un poco mejor). Lo que realmente me molestó es la idea de que el espacio de alguna manera está “cayendo” en una singularidad. Esto esta simplemente mal. Sería más preciso comparar el espacio con un tobogán en un parque infantil.

Imagine que la inclinación de la diapositiva representa la curvatura del espacio hacia un objeto con masa extrema. En un ángulo de 45 grados (que representa quizás el pozo de gravedad de nuestro planeta, no es tan empinado que no se puede correr por el tobogán, pero se necesita más energía para correr que para deslizarse hacia abajo. Ahora digamos que el paso era casi 90 grados perpendiculares al suelo (que representa la curvatura hacia el centro de un objeto supermasivo, como un agujero negro), sería realmente muy fácil deslizarse hacia abajo, pero imposible simplemente correr hacia arriba.

Una vez más, esta tampoco es una gran analogía, porque las velocidades de las que estamos hablando son órdenes de magnitud más rápidas de lo que uno podría deslizarse aquí en la tierra, y una persona obviamente no puede correr tan rápido como la luz, pero espero que esto ayude a iluminar la idea (juego de palabras previsto, esta vez).

Espero que la siguiente respuesta ayude.
¿Un agujero negro realmente absorbe la luz, o simplemente tiene una velocidad de escape igual a c?

Como todos dicen, la gravedad y los agujeros negros en particular distorsionan el espacio en el que viajan los fotones.

Hemos observado efectos de lentes gravitacionales en todo el universo.

Pero cuando tienes un agujero negro, el espacio se distorsiona al equivalente de un punto unidimensional y ahí es donde van los fotones. Sin longitud, altura o profundidad, sin movimiento, sin escape, pero todo el tiempo en el universo.

Esto puede ayudar.

¿Tiene “1 metro” longitud 0, de acuerdo con su definición actual, en el horizonte de eventos de un agujero negro?

No puedo agregar nada a lo que está debajo, excepto que una singularidad en el centro de un agujero negro deformaría el espacio-tiempo sobre sí mismo. Es el mejor hotel de California … puedes entrar pero nunca salir.

Existe cierta discusión sobre si los agujeros negros pueden colapsar hasta una singularidad, o simplemente hacia un espacio muy pequeño donde la relatividad da paso a los efectos cuánticos.

Lo único que escapa a un agujero negro es la radiación de Hawking, y eso es solo debido a las fluctuaciones cuánticas a lo largo del horizonte de eventos.

A2A

La luz viaja a través del espacio-tiempo a lo largo de la geodésica determinada por la métrica del espacio-tiempo, determinada por el tensor de energía de estrés, que describe la distribución de masa y energía a lo largo del espacio-tiempo.

Los agujeros negros son descritos por ciertos tensores de tensión-energía. Una vez que la luz está dentro de un agujero negro, las geodésicas (los caminos permitidos a través del espacio-tiempo) que la luz puede recorrer SOLAMENTE conducen más adentro del agujero negro; Literalmente, no hay camino que pueda tomar la luz que lo lleve fuera del agujero negro.

Uf.

El punto a sacar de esto es que no se puede pensar de manera newtoniana cuando se habla de luz y agujeros negros. La gravedad implica el efecto de la masa Y la energía en la forma del espacio-tiempo, y es por eso que la luz no puede escapar de un agujero negro.

Para responder a esta pregunta, al principio debe pensar en la gravedad como una distorsión en el espacio-tiempo en lugar de una fuerza entre (entre) objetos con masa.

Si la gravedad es una distorsión en el espacio-tiempo, tiene efectos en todas las entidades que ingresan en ese espacio-tiempo, incluidas las ondas y los objetos sin masa: por lo tanto, el camino de la luz cambia en un campo gravitacional.

Si la distorsión del espacio-tiempo es tan grande que ninguna entidad tiene la capacidad de salir de esa distorsión (dentro del radio de Schwarzschild), significa que ninguna información tiene la capacidad de salir de este lugar. Sin información (llevada por la luz o cualquier cosa) no puedes hacer observaciones.

La flexión de la tela del espacio-tiempo puede restringir el escape de la luz de la singularidad, ya que el recorrido de la luz en la dimensión espacial y la curvatura de la dimensión espacial pueden afectar su trayectoria.
sí, los fotones contienen masa, pero de acuerdo con la relación de energía de masa de Einstein, los fotones exhiben propiedades de masa en la interfaz de dos medios de propagación, no en caso de singularidad. En caso de singularidad, solo la curvatura del espacio-tiempo afecta la trayectoria de la propagación de energía luminosa.

La luz no tiene “masa en reposo”, no significa que no tenga masa que pueda derivarse de la ecuación e mc2. Dada esa premisa y la suposición básica de la relatividad general de que la masa inercial es la misma que la masa gravitacional, podemos deducir que la masa del fotón causará un cambio en el momento cerca de la singularidad.

La masa del fotón (y no la masa en reposo) se puede derivar equiparando la ecuación de Plancks con la relación de masa de energía

Esta es la respuesta más precisa que se puede dar a su pregunta. Veamos cuántos votos obtiene esta respuesta

Lo que creo es que la luz requiere ciertos parámetros para propagarse y la luz consiste en paquetes de energías llamadas fotones. Creo que esto es solo mi amplia imaginación de que, en particular, las moléculas se descomponen y eso hace que no sea visible al menos con respecto a las tecnologías actuales. Esta es la respuesta más simple que puedo dar.

Incluso hay una teoría que establece que existe Singularidad Desnuda donde posiblemente se puede observar la luz, pero sigue siendo una teoría y no se ha probado nada, aunque existe la posibilidad de que exista.

Está en Gravedad newtoniana. La gravedad es una fuerza que depende de la masa de los objetos. Por lo tanto, no afecta a las partículas sin masa. Pero en la gravedad de Einstein. La gravedad es solo la aceleración causada. ¡Incluso las partículas sin masa se ven afectadas por él!

En primer lugar, la gravedad newtoniana no es la teoría de la gravedad. La teoría general de la relatividad da la mejor explicación para la gravedad como la curvatura en el espacio creada por la masa y la dinámica que vemos como resultado de la gravedad, el resultado de los movimientos de las partículas en la geodésica en el espacio curvo. Entonces, el fotón solo necesita seguir la geodésica en el espacio curvo, por lo tanto, visto como influenciado por la gravedad. La singularidad es solo un extremo de curvatura después de que es una curvatura y los fotones tendrán que seguir las ecuaciones de campo, que es LA teoría de la gravedad.

No existe una singularidad gravitacional. El problema se aborda aquí en esta publicación renovada:

Cargas gravitacionales y flujo por David Wrixon EurIng en gravedad cuántica explicada

Cuantas más partículas tenga y más flujo tenga, menos aportan las partículas individuales. Así es como funciona realmente la relatividad.

La gravedad de una singularidad no atrae fotones de luz, sino que el espacio-tiempo alrededor de la singularidad se curva sobre sí mismo.

En el horizonte de sucesos, los fotones no se detienen, todavía se mueven continuamente en línea recta, o eso les parece. Dado que el espacio en el que viajan está tan doblado que terminan moviéndose en círculos en el horizonte de eventos.

Gracias por el a2a.

La singularidad como el centro del agujero negro curva el espacio a un punto. Puedes pensar en todos los alrededores que el espacio lleva a ese punto. Entonces, no importa qué tan rápido te estés moviendo, terminarás en ese punto.

No todos los rayos de luz se consumen por la singularidad. Algunos solo terminan doblando. Estos son los que están fuera del horizonte de eventos. El espacio fuera del horizonte de eventos es curvo pero no lo suficiente como para enviar la luz al horizonte de eventos.

More Interesting

¿Cómo pueden los objetos que viajan cerca de la velocidad de la luz experimentar menos tiempo?

¿Quién puede dar una explicación amigable para los niños a 'la teoría de la relatividad general' y 'la teoría de la relatividad especial'?

Cuando estudiamos óptica, nos dijeron que la refracción ocurre debido a las diferencias en la velocidad de la luz en cada medio, pero la teoría de la relatividad sugiere que la velocidad de la luz es constante. ¿Cómo podemos combinar ambos?

Si el futuro existe, ¿no crees que debería haber partículas que se muevan más rápido que la velocidad de la luz?

¿Qué pasaría si un planeta golpea el Sol a la velocidad de la luz?

¿Cómo se calcula la velocidad de la luz debido a su increíble velocidad?

¿Cuántas RPM necesitaría girar el motor V8 estándar para igualar la velocidad de la luz?

¿Qué sucede si dos sujetos golpean a la velocidad del 99.9999997% de la velocidad de la luz?

¿La contracción de la longitud es solo un resultado relacionado con la observación, o una contracción real?

¿El aumento de la temperatura de un gas confinado aumenta su masa? A través de la relatividad especial.

Leo C. Stein: ¿Alguien ha intentado alguna vez desaprobar la teoría de Einstein sobre la relatividad, y alguna vez hemos tenido un experimento que pruebe el efecto de dilatación del tiempo?

¿Está la tierra en un marco de referencia inercial?

¿Teóricamente sería posible congelar a los humanos en una nave espacial y enviarlos al Alfa C a un 5% de velocidad de la luz, podríamos sobrevivir tanto tiempo?

Cómo determinar la velocidad terminal de un objeto que cae. Por ejemplo, ¿cómo sabemos que 120 mph es la velocidad máxima de un ser humano?

¿Cuál es la velocidad de la tierra tierra en relación con la velocidad de la luz?