Prędkość światła w czarnej dziurze

Gdybym miał kierunkowe źródło emitujące fotony i umieściłbym je w czarnej dziurze skierowanej w górę i na zewnątrz w kierunku widzialnego wszechświata, zakładam, że fotony poruszające się z prędkością światła zwolnią i odwrócą kierunek z powrotem do centrum.

Więc jeśli wziąłbym to samo źródło i umieściłem je poza czarną dziurą skierowaną do środka w kierunku centrum czarnej dziury, czy mogę założyć, że emitowany foton podróżowałby w kierunku centrum szybciej niż prędkość światła, z którą już podróżuje?

black-hole photons

— tnt-rox
źródło

Głosowałem za tobą, ponieważ uwielbiam zdjęcia, ale światło tak się nie zachowuje. Światło porusza się w linii prostej, zakrzywiając się tylko wtedy, gdy przestrzeń jest zakrzywiona, co jest znaczące w horyzoncie zdarzeń czarnej dziury. Wszystkie możliwe ścieżki światła od źródła do krzywej w kierunku osobliwości, nie ma żadnych wzlotów, spowolnień ani odwrotów, są tylko wszystkie kierunki wskazujące na osobliwość. To powiedziawszy, wolałbym nie udzielić odpowiedzi, ponieważ wciąż uważam diagramy czasoprzestrzenne za mylące.

— userLTK

Małe ostrzeżenie: wszystkie odpowiedzi opierają się na założeniu, że nasze rozumienie czarnych dziur (tj. Ogólna teoria względności, wraz z naszymi modelami czarnej dziury, w szczególności Schwarzschild i Kerr), opisuje wnętrze horyzontu zdarzeń z taką samą dokładnością, co opisuje na zewnątrz. Nie mamy powodu, by wierzyć w cokolwiek innego, ale zakładając, że te modele są rzeczywiście (bliskie) prawdzie, nigdy nie znamy faktycznej odpowiedzi.

— Arthur

Miałem wrażenie, że pojęcia „w górę” i „na zewnątrz” nie mają sensu w kontekście wnętrza horyzontu zdarzeń czarnej dziury.

— emory

Z mojego ograniczonego zrozumienia pojęcia takie jak „prędkość” i „kierunek” tak naprawdę nie mają sensu w czarnych dziurach.

— user253751

@ Fandango68 Nie. Kiedy zobaczysz „okrągłą nierotującą czarną dziurę”, wyobraź sobie „czarną dziurę, w której horyzont zdarzeń jest powierzchnią kuli”. Nie mówi wiele o wewnętrznej strukturze czarnej dziury, która jest zwykle obrazowana jako rodzaj „lejka” (przyjmującego szalone kształty z udziałem rotacji i elektromagnetyzmu) mocno zniekształconej czasoprzestrzeni, która może, ale nie musi ” koniec ”w osobliwości (której nie da się opisać ogólną teorią względności). A dlaczego okrągły horyzont zdarzeń? Z matematyki jest łatwiej. Posiadamy również modele do obracania i ładowania czarnych dziur, które nie są kuliste.

— Luaan

Odpowiedzi:

To tak nie działa. Obserwator przy źródle światła (a nawet obserwatorzy gdziekolwiek indziej) zawsze zobaczy lokalnie światło poruszające się (w próżni) z prędkością światła.

Istnieje również poważny problem z eksperymentem myślowym. Nie jest możliwe posiadanie stacjonarnego źródła światła w horyzoncie zdarzeń czarnej dziury. On i wszystko inne w jego pobliżu musi poruszać się do wewnątrz. Jest to tak samo nieuniknione i nieuniknione, jak upływ czasu dla obserwatora poza horyzontem zdarzeń.

Moim zdaniem najlepszym „wizualnym” sposobem myślenia o sytuacji w horyzoncie wydarzenia jest wyobrażenie sobie swoich fotonów światła, takich jak łosoś, próbujący płynąć pod prąd, podczas gdy jesteś na łodzi płynącej strumieniem i wypuszczającej łososia do wody . Zawsze zobaczysz łososia pływającego z pewną prędkością w stosunku do swojej łodzi. Niestety, jeśli strumień płynie wystarczająco szybko, łosoś nie zrobi żadnego postępu i oboje zostaniesz zmieciony nad wodospadem (osobliwość) nieco dalej.

Podobnie twój zdrowy rozsądek zawodzi w sytuacji, gdy strzelasz światłem w kierunku czarnej dziury. Światło jest zawsze mierzone lokalnie z prędkością . Następuje konsekwencja tej zasady, która prowadzi do wszystkich dziwnych zachowań, które wykazują czarne dziury. $c$

— Rob Jeffries
źródło

@ tnt-rox W horyzoncie zdarzeń nie ma czegoś takiego jak statyczny obserwator (czasem nazywany obserwatorem powłoki).

— Rob Jeffries

c

$c$

Nie próbuj tego w domu.

— Strawberry

Pamiętam, jak Leonard Susskind używał tego samego „ryby pływającej pod prąd” w swoich wykładach. Dobrze oddaje esencję.

— TT.

@EricDuminil Miałem wrażenie, że światło zawsze przemieszcza się w punkcie c, ale w próżni odbija cząsteczki, powodując, że podąża dłuższą ścieżką i spowalnia SEEM.

— Feathercrown

Nie można przekroczyć prędkości światła „lokalnie”. Ale możesz - zobacz - wyobraź sobie, że ^* odległości rosną szybciej niż prędkość światła .

Jeśli podróżując masz na myśli „poruszanie się w porównaniu do lokalnej czasoprzestrzeni”, światło nie może podróżować szybciej niż prędkość światła. W twoim przykładzie odległość rośnie szybciej niż prędkość światła, ponieważ czasoprzestrzeń jest przeciągana wewnątrz czarnej dziury przez jej grawitację.

_{* W rzeczywistości nie możesz go „zobaczyć”, ponieważ potrzebujesz trochę informacji, aby jakoś to zrobić! To nie jest możliwe, ponieważ tego cholernie c ograniczeń.}

— J. Chomel
źródło

@ j-chomel twoja odpowiedź jest genialna, szczególnie podoba mi się „odległości rosną szybciej niż prędkość światła” teraz, kiedy zaczynam rozumieć tę koncepcję.

— tnt-rox

@ TNT-rox, miałem podobne pytanie jakiś czas temu, i wiele się nauczyłem od odpowiedzi uzyskałem: astronomy.stackexchange.com/questions/19909/... .

— J. Chomel

Właśnie dlatego średnica widzialnego wszechświata (93 miliardy lat świetlnych) może być większa niż liczba lat od jego powstania (13,8 miliarda lat).

— vsz

Prędkość światła pozostanie stała. Chociaż sposób, w jaki jest postrzegany w pobliżu czarnej dziury, zmienia się w zależności od tego, gdzie i jak jest postrzegany, pozostanie stały. Prędkość światła nie rośnie ani nie maleje tylko dlatego, że znajduje się w pobliżu czarnej dziury.

— Ciemna materia
źródło