¿Es nuestra conceptualización de los agujeros negros fundamentalmente incorrecta?

Aquí hay una visualización técnicamente mucho más correcta de un agujero negro con dos dimensiones espaciales suprimidas:

Este diagrama codifica correctamente todo sobre un agujero negro de Schwarzschild. Las dos dimensiones suprimidas no son relevantes debido a la simetría esférica; solo importan la dirección radial y el tiempo.

El problema con esta visualización (un llamado diagrama conformal o de Penrose) es que tiene poco sentido intuitivo a menos que uno haga el esfuerzo de comprender qué significa ese diagrama y cómo debe interpretarse.

El problema es doble. Primero, el espacio-tiempo es de cuatro dimensiones, y nuestros cerebros (muy obviamente) no están conectados para ver cosas en cuatro dimensiones. Segundo, bajo la gravedad, el espacio-tiempo tiene una curvatura intrínseca, y nuestros cerebros, una vez más, no están conectados para ver la curvatura intrínseca de un espacio no euclidiano.

Entonces, en cambio, las visualizaciones populares que ves muestran solo dos dimensiones espaciales de la métrica del agujero negro, y presentan la superficie bidimensional resultante incrustada en tres dimensiones, de modo que su curvatura se hace evidente para el ojo humano.

Desafortunadamente, ese diagrama es engañoso de muchas maneras. Para empezar, sugiere una dirección “hacia abajo”, sin indicar que la curvatura es completamente intrínseca a la superficie bidimensional, y no depende de una tercera dirección externa. Tampoco demuestra cómo la dirección radial cambia de una dirección en el espacio a una dirección en el tiempo en el horizonte de eventos; es decir, para aquellos de nosotros que tenemos la suerte de estar fuera de un agujero negro, su ubicación es una ubicación en el espacio, pero si cruzas el horizonte de eventos, la ubicación de la singularidad se convierte en un momento futuro (inevitable) en el tiempo.

Todo esto está codificado a la perfección en el diagrama conforme, pero no es evidente; uno necesita aprender a leerlo e interpretarlo.

La suposición hecha en todos los diagramas con respecto a los agujeros negros es que la geometría del espacio-tiempo es bidimensional. Esta suposición hace que la observación de los agujeros negros sea mucho más fácil. Si no se hiciera, y si la geometría del espacio-tiempo se tomara como tridimensional, daría lugar a un número infinito de posibilidades para la representación de la curvatura espacio-temporal de un agujero negro. (Dado que habría un número infinito de planos) Estas representaciones harían muy confuso imaginar la curvatura espacio-temporal de un agujero negro.

Para cualquier plano dado, nuestra representación de un agujero negro es correcta. (Como un número infinito de círculos concéntricos en espiral hacia la singularidad)

Pero si tuviéramos que tomar la geometría del espacio-tiempo como tridimensional, entonces creo que las esferas concéntricas serían la representación correcta.

El diagrama es en realidad un gráfico espacio-espacio-potencial: tiene tres ejes. El potencial vertical se convierte por gravedad en un potencial real y, por lo tanto, es una mesa de billar.

Los agujeros negros no se parecen en nada a esto.

En primer lugar, la singularidad supone que no sucede nada más, más bien como suponer que el volumen en la ley del gas puede llegar a cero, y PV = NRT todavía se aplica cuando V va a cero.

Segundo, la curvatura es una curvatura reimann-gauss del espacio en sí misma, en lugar de un espacio curvado en un espacio superior. Es como si no modelamos la Tierra en el espacio para obtener geometría esférica para la navegación.

En tercer lugar, nada existiría a la escala del diagrama como curvatura real.

Si se supone que la gravedad se debe a la curvatura, y dado que la curvatura en sí misma no puede producir una fuerza, dicha curvatura produce una fuerza por exceso de tensión, entonces es un cálculo bastante sencillo obtener F = GMm / (R + GM / c²) ², e incluso si la masa fuera una singularidad, la superficie sería 2 \ pi GM / c².

Ahora suponemos que si los sólidos se consideran opacos a la ley de los gases, que la ley de los gases se mantiene, solo para material gaseoso, entonces los agujeros negros podrían ser opacos a la gravedad, y la tensión máxima en el espacio podría ser algo así como c², lo que significa que en En efecto, un agujero negro se cuela al vacío hasta el horizonte de sucesos, y luego la materia se acumula en el exterior.

¿Te ha parecido extraño que dos agujeros negros en colisión pudieran perder en el proceso el 3% del peso combinado y no hay nada que se les escape?

La dilatación del tiempo es de vital importancia cuando se consideran los agujeros negros.

La Singularidad en cada uno podría considerarse con mayor precisión como el “centro” del universo, por lo que sí podría considerarse que está en el centro de una esfera. El círculo exterior representa la posición de máxima inflación y el punto medio de origen, es decir, el Big Bang, y también el punto al que todo vuelve, a veces llamado Big Crunch. En el punto de máxima inflación, los horizontes de eventos de todos los agujeros negros se unen y el estiramiento del espacio ha aumentado a la velocidad de la luz, encajando completamente con el reciente descubrimiento de la expansión cosmológica acelerada. Por cierto, podemos estar bien en el camino. Algunas estimaciones indican que hemos alcanzado 0.15 de la velocidad de la luz.

El Big Crunch ocurre dentro del corazón de cada agujero negro, representado por las curvas descendentes. La Singularidad en cada agujero negro solo se alcanza al final del universo.

Nunca me gustó ese embudo. Por un lado, es una pesadilla matemática. Estos embudos están destinados a mostrar cómo la luz puede doblarse a pesar de que no tiene masa y siempre viaja en línea recta. Pero para que este embudo cruce el horizonte de eventos, entonces estás mostrando cómo la luz podría realmente escapar del horizonte de eventos.

Un embudo adecuado que muestre el horizonte de eventos nunca lo cruzaría. Simplemente se reduciría infinitamente hasta formar una forma cilíndrica.

Y eso te mostraría lo que una mente adecuada es un agujero negro. No hay geometría para mostrar cómo se comportarían las cosas una vez que pasaran el horizonte de eventos. Si alguna vez lo hacen realmente.

Los agujeros negros son lo mismo que las estrellas. Más masivo por lo que hereda muy alta gravedad. Las ecuaciones de gravedad de Newton también predicen la gravedad con precisión para BH también.

Pero dado que la masa de fotones se supone cero, pero se comporta como una masa en cuanto a gravedad, la ley de Newton falla en el caso de los protones. Si 9ne nota la trayectoria de decir tierra y júpiter alrededor del sol, ambos se comportarán igual porque esa trayectoria es independiente de la masa y obtiene la misma órbita cuando la masa tiende a cero. Esta corrección podría haberse agregado a Bewtons. En cambio, Einstein introdujo la curvatura o curvatura del espacio-tiempo, que básicamente también incluye la luz. Básicamente, la historia de trajedia está determinada por la masa más pesada y los objetos pequeños de la misma trayectoria que incluye g de masa menos luz.

Ya que esto es claro, la luna, las estrellas de la Tierra y BH se comportan de la misma manera. La ruta en órbita de objetos más pequeños está controlada por la masa en el centro de la órbita.