¿Qué pasa si no hay singularidad en un agujero negro, pero toda la masa se extiende directamente en el horizonte de eventos?

Este es un caso de relatividad extrema. Diferentes observadores ven cosas diferentes.

Un observador en el exterior ve que las cosas se acercan al horizonte de sucesos, disminuyen la velocidad y desaparecen de la vista a medida que cualquier luz proveniente de él se desplaza al rojo exponencialmente. Ese observador nunca verá la forma del horizonte de eventos y tampoco verá nada caer sobre él.

Un observador que cae por el horizonte de eventos verá que todas las demás cosas hacen lo mismo y, en un tiempo finito, alcanzarán la singularidad. Estos eventos están ocultos del observador externo por el horizonte de eventos, y por lo tanto no son observables por él.

Aquí es donde radica la falacia en el argumento citado. Si no cruza el horizonte de eventos, le tomará una cantidad infinita de tiempo adecuado para verlo. Pero siempre puede cruzar el horizonte de eventos en una cantidad (muy) finita de tiempo adecuado si elige hacerlo. No hay necesidad de esperar a que termine el universo.

Lo que está sucediendo no es lo mismo que lo observado.

Si ves el reflejo de alguien en el espejo de una casa divertida, no significa que una persona se haya deformado y distorsionado, solo que los fotones fueron manipulados.

Si Alice se acerca al horizonte de eventos, desde la distancia, Bob la observará desacelerar, detenerse y cambiar de color rojo hasta que ya no pueda verla. Estos son solo los fotones que rebotan de Alice en la dirección de Bob.

Alice experimentará dilatación del tiempo, por lo que el horizonte de eventos (aunque no visible) retrocederá frente a ella. Suponiendo que las fuerzas de las mareas no la destrocen, cruzará el horizonte de eventos en relación con el observador externo, pero no en relación con su propia posición. Es como si navegara hacia el mar, en el horizonte. Bob ya no puede verla, pero ella todavía está allí.

La parte difícil de visualizar es que a medida que el horizonte de eventos retrocede, también lo hace su visión del universo entero. Desde su perspectiva, imagino que parecería que se está alejando de la singularidad ya que se está poniendo al día con la luz emitida en el pasado (gracias a la dilatación del tiempo extremo). Ahora, no importa en qué dirección o qué tan rápido vaya Alice, se está moviendo hacia la singularidad sin posibilidad de escapar.

Aquí es donde me molesto. Pensaría que incluso si, en relación con un observador externo, cruzara el horizonte de sucesos … si, en su propio marco de referencia no lo hiciera, debería poder alejarse y escapar gradualmente. Debería argumentar que el “cuándo” se convierte en la singularidad en lugar del “dónde”, ya que ella emergería del horizonte de eventos de Bob en el “infinito en punto”.

La gravedad se debilita a medida que te alejas de la masa. Somos capaces de lanzar cohetes al espacio. Asumiendo suficiente energía / combustible, podemos seguir alejándonos y eventualmente escapar de la gravedad de la Tierra sin alcanzar nunca la velocidad de escape.
El horizonte de eventos se define por la velocidad de escape, entonces, ¿por qué algo no puede escapar del horizonte de eventos, incluso si “parece” imposible para un observador externo?

Hasta ahora, solo he recibido respuestas que dicen “todas las direcciones apuntan a la singularidad una vez que se pasa el horizonte de eventos”, pero me gustaría ver las matemáticas y / o pruebas.

Ok, me voy a buscar fórmulas matemáticas en torno a las singularidades gravitacionales.

Después de discutir con Viktor, llegué a la conclusión de que mi respuesta original no tenía sentido.

Fundamentalmente, como el cartel de esta pregunta, estaba confundiendo estar congelado en el tiempo como no moverse … Si haces esa equivalencia, entonces concluyes con un observador distante que nunca cruzas el horizonte de sucesos. Básicamente, a medida que te acercas a un horizonte de eventos, la luz que emites se verá más y más roja desplazada hacia un observador distante. La cantidad de desplazamiento hacia el rojo indica que la cantidad de dilatación del tiempo. Un cambio rojo infinito significa un período infinito de luz. Así que puedes concluir correctamente ante un observador distante que estás congelado en el tiempo antes de cruzar. También puedes darte cuenta de que si eres infinitamente sensible a la luz roja, nunca llega a ser un punto en el tiempo en el que todavía no puedas verlos caer.

Sin embargo, ¿significa algo de esto que están cayendo para siempre?

Para responder a esta pregunta, pensé en galaxias distantes. Eventualmente, con un universo acelerado habrá galaxias que tendrán la misma apariencia visual. Pero eso será porque se están alejando de nosotros a la velocidad de la luz. Entonces, ¿el hecho de que las galaxias ya no se vean como envejecimiento y se vuelvan infinitamente rojas significa que no se mueven? Por supuesto que no, solo dije que se están moviendo a la velocidad de la luz …

Por lo tanto, si un objeto desplazado infinitamente rojo que está congelado en el tiempo todavía puede moverse, es trivial comprender cómo puede cruzar un límite, como un horizonte de eventos, en una cantidad de tiempo finita. Simplemente nunca lo veremos cruzar …

De alguna manera, no podemos decir qué sucede dentro del horizonte de eventos del agujero negro, ya que esa región está separada del resto del universo. Pero es razonable hacer algunas suposiciones sobre las cosas involucradas, una de las cuales es que la misma física básica se aplica a ambos lados del horizonte de eventos.

Creemos que es razonable porque, como señala Mario Mendes en su respuesta, la descripción del espacio-tiempo desde el punto de vista de alguien que cruza el horizonte de eventos es continua y prácticamente invisible para un agujero negro muy grande. Por supuesto, desde el exterior eso es muy diferente, pero si estamos tratando de entender el interior del agujero negro, ¡entramos!

Sin embargo, si las leyes de la física se aplican, luego de cruzar el horizonte de eventos, terminarás en la singularidad. No puedes detener eso más de lo que puedes escapar de mañana … la singularidad es literalmente tu futuro. Entonces, para escapar, necesitaría una máquina del tiempo (que la mayoría de los físicos no cree que sea posible, incluso dentro de un agujero negro).

Otra forma de entender esto es que después del horizonte de sucesos, ninguna fuerza, por grande que sea, podría evitar el colapso de la materia en el centro. No solo ‘no se conoce la fuerza’ sino que no hay fuerza posible. Esto nuevamente supone que las mismas “reglas” se aplican dentro como fuera.

Pero si no lo hicieran, entonces no tendríamos un agujero negro después de todo, ¿verdad?

La cuestión es que, si un agujero negro es lo suficientemente grande, puede cruzar al horizonte de eventos y que nada le suceda solo porque entró en el agujero negro.

Siendo ese el caso, lo que sugieres significaría que cualquier cosa que se mueva hacia el agujero negro se detendrá de inmediato. ¿A dónde iría todo ese impulso?

En un agujero negro tan grande, continuarías viajando como eras justo antes de cruzar el horizonte de eventos.

La teoría del agujero negro está bien establecida, al menos por el momento, por lo que cualquier hipótesis hipotética no es plausible. Se sabe que el agujero negro es un fenómeno universal, se crea con una gran gravedad atractiva en su punto singular, este efecto depende de su definido harison de cierto radio llamado radio de Schwarzschild. Cualquier objeto cruza al harizon, nunca saldrá, pero la entropía también jugará su papel, por lo que todas las cosas dentro del horizonte serán como información depositada en la superficie del harison.

Sí, el interrogador es correcto, por la razón dada. Las singularidades no se forman en el centro de los agujeros negros; El modelo original de agujeros negros como “estrellas congeladas” es mejor que el modelo Singularity. Por alguna razón, esto enoja a muchas personas que deberían saber mejor.