Velocità della luce in un buco nero

Se avessi una sorgente direzionale a emissione di fotoni e la posizionassi all'interno di un buco nero che punta verso l'alto e verso l'universo visibile, presumo che i fotoni che viaggiano alla velocità della luce rallenterebbero e invertire la direzione al centro.

Quindi, se prendessi la stessa fonte e la posizionassi all'esterno del buco nero che punta verso l'interno verso il centro del buco nero, posso presumere che un fotone emesso viaggerebbe verso il centro più velocemente della velocità della luce a cui sta già viaggiando?

black-hole photons

— tnt-rox
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Ti ho votato perché amo le immagini, ma la luce non si comporta così. La luce viaggia in linea retta, curvando solo quando lo spazio è curvo che è, significativamente, all'interno dell'orizzonte degli eventi del buco nero. Tutti i possibili percorsi di luce dalla curva della sorgente verso la singolarità, non c'è alcun su, rallentamento o inversione, c'è solo tutte le direzioni che indicano la singolarità. Detto questo, preferirei non rendere questa una risposta poiché trovo ancora confusi i diagrammi spazio-tempo.

— userLTK

Piccolo avvertimento: tutte le risposte qui si basano sul presupposto che la nostra comprensione dei buchi neri (cioè la relatività generale, insieme ai nostri modelli di buco nero, in particolare Schwarzschild e Kerr), continua a descrivere l'interno dell'orizzonte degli eventi con la stessa precisione che descrive l'esterno. Non abbiamo motivo di credere a nient'altro, ma supponendo che questi modelli siano effettivamente (vicini alla) verità, non possiamo mai conoscere la risposta effettiva.

— Arthur,

Avevo l'impressione che i concetti "su" e "fuori" non abbiano senso nel contesto all'interno dell'orizzonte degli eventi di un buco nero.

— emory

Dalla mia comprensione limitata, concetti come "velocità" e "direzione" non hanno davvero senso all'interno dei buchi neri.

— user253751

@ Fandango68 Noi no. Quando vedi "buco nero rotondo non rotante", immagina "un buco nero in cui l'orizzonte degli eventi è la superficie di una sfera". Non dice molto sulla struttura interna del buco nero, che di solito è immaginata come una sorta di "imbuto" (che assume forme folli con rotazione ed elettromagnetismo coinvolti) di spazio-tempo fortemente distorto che può o meno " fine "in una singolarità (che non può essere del tutto descritta dalla relatività generale). E perché intorno all'orizzonte degli eventi? È più facile in matematica. Disponiamo anche di modelli per buchi neri rotanti e caricati, che non sono sferici.

— Luaan,

Risposte:

Non funziona così. Un osservatore alla fonte di luce (e in effetti qualsiasi altro osservatore altrove) vedrà sempre la luce viaggiare (nel vuoto) alla velocità della luce localmente.

C'è anche un grosso problema con il tuo esperimento mentale. Non è possibile avere una fonte di luce fissa nell'orizzonte degli eventi di un buco nero. Esso e tutto il resto nelle vicinanze deve muoversi verso l'interno. Questo è inesorabile e inevitabile come lo è il passare del tempo per un osservatore al di fuori dell'orizzonte degli eventi.

Secondo me, il miglior modo "visivo" di pensare alla situazione all'interno dell'orizzonte degli eventi è quello di immaginare i tuoi fotoni di luce come il salmone che cerca di nuotare a monte, mentre sei su una barca che scorre con il torrente e rilascia il salmone nell'acqua . Vedrai sempre il salmone nuotare a una certa velocità rispetto alla tua barca. Sfortunatamente se il flusso scorre abbastanza velocemente, il salmone non farà progressi e sarete entrambi spazzati da una cascata (la singolarità) un po 'più a valle.

Allo stesso modo, il tuo buon senso fallisce con la situazione di sparare luce verso un buco nero. La luce viene sempre misurata per avere una velocità di localmente . Sta seguendo le conseguenze di questo principio che porta a tutti gli strani comportamenti che mostrano i buchi neri. $c$

— Rob Jeffries
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@ tnt-rox Non esiste un osservatore statico (a volte chiamato osservatore di shell) all'interno dell'orizzonte degli eventi.

— Rob Jeffries,

c

$c$

Non provarlo a casa.

— Strawberry,

Ricordo Leonard Susskind che usava lo stesso "pesce che nuota a monte" nelle sue lezioni. Cattura bene l'essenza.

— TT.

@EricDuminil Ho avuto l'impressione che la luce viaggi sempre in c, ma in un vuoto rimbalza le particelle, facendole prendere un percorso più lungo e rendendolo SEMPRE più lento.

— Feathercrown

Non è possibile superare la velocità della luce "localmente". Ma puoi -vedere- immaginare ^{* le} distanze aumentano più velocemente della velocità della luce .

Se viaggiare significa "muoversi rispetto al tempo dello spazio locale", allora la luce non può viaggiare più veloce della velocità della luce. Nel tuo esempio, la distanza aumenta più velocemente della velocità della luce, perché lo spazio-tempo viene trascinato all'interno del buco nero dalla sua gravità.

_{* In effetti non puoi "vederlo", perché in qualche modo avresti bisogno di trasferire alcune informazioni per fare lo stesso! Questo non è possibile, a causa di questa maledetta c limitazione.}

— J. Chomel
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@ j-chomel la tua risposta è geniale, mi piace soprattutto "le distanze aumentano più velocemente della velocità della luce" ora che sto iniziando a capire questo concetto.

— tnt-rox,

@ tnt-rox, ho avuto una domanda simile qualche tempo fa e ho imparato molto dalle risposte che ho ricevuto: astronomy.stackexchange.com/questions/19909/… .

— J. Chomel,

Questo è esattamente il motivo per cui il diametro dell'universo visibile (93 miliardi di anni luce) può essere maggiore del numero di anni dalla sua creazione (13,8 miliardi di anni).

— vsz

La velocità della luce rimarrà costante. Anche se il modo in cui viene percepito vicino a un buco nero cambia con dove e come viene percepito, rimarrà costante. La velocità della luce non aumenta o diminuisce solo perché si trova vicino a un buco nero.

— Materia oscura
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