Si la luz puede entrar pero no escapar de un agujero negro, ¿eso significa que un agujero negro se expande constantemente a la velocidad de la luz?

No. Un agujero negro es una región del espacio-tiempo donde la curvatura es lo suficientemente alta como para que nada pueda escapar de esta región. Entonces, la luz puede intentar escapar hacia la superficie, pero el espacio-tiempo está curvado de tal manera que la luz se ve obligada a ir en otra dirección y nunca llega a la superficie.

El agujero negro no necesita expandirse para que eso suceda; de hecho, su radio es constante, a menos que le arrojes algo de materia, en cuyo caso se expandirá ligeramente.

Si los agujeros negros se expandieran a la velocidad de la luz, ya habríamos sido absorbidos por un agujero negro.

(PD: estoy hablando de un agujero negro clásico aquí; si los describe usando la mecánica cuántica, resulta que en realidad se reducen muy lentamente con el tiempo. Pero esa es otra historia).

El horizonte de eventos es un ejemplo de lo que se llama una superficie nula, por lo que a pesar de algunas respuestas altamente votadas en este hilo que afirman lo contrario, es completamente exacto pensar que se mueve a la velocidad de la luz. (Una superficie nula es básicamente una superficie que puede estar compuesta completamente de posibles trayectorias de rayos de luz).

Sin embargo, la palabra equivocada en la pregunta es “expandirse”. No es correcto decir que el horizonte de eventos se está expandiendo; de hecho, dentro del horizonte, tanto las geodésicas “entrantes” como las “salientes” están disminuyendo de tamaño. Esto es lo que se llama una superficie atrapada. El horizonte de eventos es el límite de una región que contiene superficies atrapadas: fuera de ella, las curvas salientes pueden escapar, dentro no pueden. Esto es parte de la rareza de la curva del espacio-tiempo debido al agujero negro.
En ese sentido, el horizonte de eventos está viviendo en un limbo a la velocidad de la luz, en lugar de expandirse a la velocidad de la luz. El punto crucial aquí es que la velocidad de la luz es un concepto definido localmente, por lo que debido al pozo gravitacional del agujero negro, a pesar de que el horizonte se mueve a la velocidad de la luz, permanece exactamente donde está y nunca nos alcanza.

Hay una gran respuesta de Barak, pero quiero agregar algo.

Para comprender qué es la curvatura del espacio y por qué nada puede escapar de la curvatura del agujero negro, vamos a modelarlo en algo que podamos entender.

Nuestro espacio es tridimensional, y si lo curvamos se curvará en alguna otra dimensión, pero es difícil imaginar cómo puede existir, ya que es difícil imaginar la cuarta dimensión sobre nuestro espacio dentro del cual estará nuestro espacio tridimensional. curvo.
Pero imaginemos que el espacio tiene 2 dimensiones como un plano y la hormiga se mueve en ese espacio, así.

Como podemos ver, las hormigas pueden caminar por cualquier lugar de ese espacio, e incluso pueden llegar a los límites de ese espacio y escapar de él.

Pero si curvamos ese espacio 2D en una esfera como esta.

En este caso, Ant tiene una región específica de libertad, y no puede salir de esa región, porque no hay límites y cualquier movimiento recto en ese plano se repite en la misma región.

Este ejemplo es mucho más simplificado, ya que en el agujero negro todos los caminos van al centro del agujero negro, pero da un poco de intuición para imaginar lo que está sucediendo dentro del horizonte de eventos del agujero negro.

Este es un giro interesante en el concepto. Esta pregunta ha sido respondida técnicamente, pero permítanme presentarles un nuevo enfoque conceptual. No es así como funcionan los agujeros negros (como teorizamos que existen), pero implicaría que el universo mismo es un agujero negro, ya que se está expandiendo más rápido que la velocidad de la luz. De hecho, desde nuestra perspectiva, nunca podemos viajar más allá del universo observable porque el espacio más allá se aleja de nosotros más rápido que la velocidad de la luz. Entonces, con esto en mente, nuestra posición es similar en algunos aspectos a alguien atrapado dentro de un agujero negro que hipotéticamente encontró la forma de evitar ser aplastado por la singularidad.

Bueno, de alguna manera absorbe el espacio en sí a la velocidad de la luz cerca del horizonte. Entonces, si consideramos que el espacio se está acumulando dentro de un agujero negro de esta manera. Incluso hay una teoría de que todo el universo está dentro de un enorme agujero negro.

Además, personalmente encuentro muy tentador explicar la expansión del universo por algo que cae en nuestro súper agujero negro en el que vivimos. Pero me temo que hay muchos problemas con tal hipótesis. No llamaría a eso ni siquiera una teoría. Al menos, una plausible.

Aquí hay uno de los videos que explican los agujeros negros con analogía del agua para el espacio:

Tenga en cuenta que, como todas las analogías, esto podría conducir a conceptos erróneos. Aquí hay un video en el que el presentador comenta sobre estos conceptos erróneos: lo que realmente está sucediendo (según la teoría):

Y aquí hay un artículo sobre la última idea: ¿Estamos viviendo en un agujero negro?

Lo siguiente está muy simplificado y corta muchas esquinas conceptuales, por lo que aquellos que conocen todos los detalles, no me llamen a menos que haya cometido un error atroz.

La luz no consiste en partículas que ocupan espacio. Todos los que quieras pueden estar en el mismo lugar al mismo tiempo. (Técnicamente, el término para este tipo de partícula es “bosón”: la contraparte, las partículas que ocupan espacio y no pueden compartir el espacio en el que se encuentran, se denominan “fermiones”).

Entonces, no: meter muchos fotones en el espacio “ocupado” por un agujero negro no lo hace más grande.

Los agujeros negros atraen materia y energía y los comprimen hacia el centro de bh.
De acuerdo con la ecuación del radio de Schwarzschild
r s es el radio de Schwarzschild; G es la constante gravitacional; M es la masa del objeto; c es la velocidad de la luz en el vacío.
Terminas con la paradoja lógica y matemática donde la masa se acerca al infinito y el tiempo se detiene a medida que la materia se acelera a la velocidad de la luz. Además de eso, tiene un estado de volumen cero que resulta en un estado indefinido
Entonces, mi opinión al respecto es que esa materia / energía / espacio-tiempo se compacta a un nivel crítico, luego escapan parcialmente de nuestro universo para viajar a lo largo de vectores / dimensiones no estándar. Este asunto es gravitacionalmente interactivo, pero se encuentra parcialmente fuera del espacio vectorial de nuestro universo, lo que lo hace no interactivo cinéticamente o electromagnéticamente.

Las estrellas también hacen algo similar, sin embargo, no tienen suficiente gravedad para hacer una capa de materia oscura del tamaño de una galaxia como el agujero negro galáctico central. Por lo general, arrojan materia que se elimina poco a poco de nuestro universo en forma de mallas como los neutrinos y demás.

El efecto gravitacional de la Singularidad dentro del Agujero Negro distorsiona la tela del Espacio-Tiempo de tal manera que incluso la luz no puede alcanzar la velocidad de escape. En otras palabras, por simplicidad, piense en un contenedor esférico. Nada puede salir del interior porque los límites están cerrados. Los agujeros negros son objetos tan magníficos que las cosas solo pueden entrar y nunca pueden salir.
Los agujeros negros se expanden por la acumulación de más masa. No es un caso de expansión autónoma y constante.

Bueno, los agujeros negros solo se expanden cuando la materia es absorbida. Los fotones son bosones (partículas con un giro de 1, o 0 para el Higgs). Los bosones no importan porque no cumplen con el Principio de Exclusión de Pauli. El Principio de Exclusión de Pauli básicamente establece que los Fermiones (Leptones y Quarks con un giro de medio entero) no pueden estar en el mismo lugar en el espacio. Los bosones no cumplen con esto, por lo que no son materia y, por lo tanto, no se expanden cuando la luz ingresa.

El agujero negro no se expande a la velocidad de la luz, sino que se expande a la velocidad agregada de las cosas que rodean. La dirección del espacio dentro del agujero negro cambia en cualquier momento, por lo que la luz es incapaz de moverse a una dirección particular y, por lo tanto, se tuerce por el espacio curvo. La luz no escapa del agujero negro.

Para hacer una respuesta lo más simple posible, me gusta hacer que las cosas sean accesibles, un agujero negro es una singularidad, un punto desde el cual la masa es tan densa y la gravedad es tan fuerte que ni siquiera la luz puede escapar. Sin embargo, los agujeros negros pueden ganar masa, pero si se expandieran a la velocidad de la luz, los resultados serían catastróficos. Para dar una idea del tamaño de los agujeros negros, imagina que nuestro sol se ‘convertiría repentinamente’ en un agujero negro. El diámetro de su horizonte de eventos (el punto de no retorno) sería de solo 6 km de diámetro.

No, pero estás cerca, puedes pensar en el espacio en sí mismo siendo arrastrado hacia el agujero negro, o aquí en la tierra puedes pensar en el espacio siendo arrastrado hacia la tierra a un ritmo acelerado, por eso la gravedad y la aceleración se sienten igual, mirándolo desde La aceleración y la gravedad del espacio-tiempo de 4 dimensiones son lo mismo.

No, no se está expandiendo a la velocidad de la luz. La luz simplemente no puede pasar la curvatura del espacio-tiempo dentro de un agujero negro.

El agujero negro permanece casi del mismo tamaño, excepto que tal vez se vuelve más pequeño debido a la radiación de Hawking.