Czy w miarę zbliżania się czarnej dziury materia przyspiesza?

Jeśli tak, to skąd wiemy, że przyspiesza? Czy czas nie zwalnia wraz ze wzrostem grawitacji? Jeśli czas zwalnia wokół czarnej dziury, czy możliwe jest, że materia nie przyspiesza?

black-hole gravity

— dwstein
źródło

Oprócz odpowiedzi RobJeffriesa, jeśli jesteś bardzo zainteresowany, znasz ogólną teorię względności i masz trochę czasu, mogę polecić youtube.com/watch?v=BdYtfYkdGDk ten wykład wideo na temat działania fizyki czarnych dziur. Omówiono tam również przyspieszenie i spowolnienie.

— AtmosphericPrisonEscape

To zależy od tego, z którego układu odniesienia mierzymy prędkość obiektu

— Kaczor Donald

Odpowiedzi:

Odpowiedź nie brzmi „tak” lub „nie”, a może jedno i drugie.

Weź prosty przykład. Jeśli coś swobodnie opada w kierunku czarnej dziury wzdłuż ścieżki promieniowej i jest obserwowane przez kogoś, kto jest daleko od czarnej dziury, jej prędkość (według odległego obserwatora) podaje (np. patrz rozdział 6 Eksploracji czarnych dziur Taylora, Wheelera i Bertschingera - bezpłatnie) gdzie jest promieniem Schwarzschilda, a znak ujemny wskazuje tylko prędkość wewnętrzną ze zmniejszającym się .

v = - (1 - \frac{r_{s}}{r}) {(\frac{r_{s}}{r})}^{1 / 2} c,

$v = -\left(1 - \frac{r_s}{r}\right)\left(\frac{r_s}{r}\right)^{1/2}c\, ,$

r_{s}

$r_s$

r

$r$

Jeśli wykreślisz tę funkcję (patrz ryc. 2 w rozdz. 6 Taylora i wsp. - bezpłatnie dostępne), zobaczysz, że początkowo wielkość prędkości rośnie wraz ze spadkiem , ale gdy następnie i spadający obiekt wydaje się być w bezruchu (w rzeczywistości, ponieważ światło z obiektu jest przesunięte grawitacyjnie na czerwono, nie można tego właściwie zaobserwować). Jeśli jednak prędkość najpierw wzrośnie, a następnie spowolni, wówczas musi przekroczyć maksimum! $r$ $r\rightarrow r_s$ $v \rightarrow 0$

Maksymalna obserwowana prędkość w tym scenariuszu jest osiągana przy i wynosi . $r=3r_s$ $0.384c$

Oczywiście ta historia jest inna dla różnych obserwatorów. Jeśli jesteś spadającym obiektem, wtedy twoja prędkość po prostu rośnie w horyzoncie zdarzeń i ku osobliwości. Z drugiej strony, obserwator, który w jakiś sposób był w stanie unosić się tuż nad horyzontem zdarzeń, mierzyłby prędkość spadającego obiektu tuż poniżej podczas mijania. $c$

— Rob Jeffries
źródło

W przypadku tego pytania, przy braku odpowiedzi „tak” lub „nie”, szczegóły są mało lub wcale nieważne.

— Jan

@John, co oznacza twój komentarz? Nie ma odpowiedzi tak / nie bez określenia ram odniesienia i zgodnie z czyimi pomiarami. Witamy w GR.

— Rob Jeffries

@RobJeffries Pytanie jest zadawane w formacie tak lub nie; szczegóły są ważne, chociaż powinny następować w najbardziej zwięzły i bezpośredni sposób: tak lub nie [...].

— Jan

@John Czarno-białe odpowiedzi na czarno-biały świat? Odpowiedź nie brzmi „tak” ani „nie”. Teraz edytowałem to u góry, ale nie wydaje się to konieczne w przypadku odpowiedzi z 15 liniami.

— Rob Jeffries

@dwstein Tak. Gdyby na przykład czarna dziura miała promień Schwarzschilda równy 1 km, zobaczylibyśmy, że przyspiesza do 38,4% prędkości światła, gdy znajduje się 2 km nad horyzontem zdarzeń. Wydawałoby się wtedy, że zwalnia, gdy zbliża się do horyzontu zdarzeń, ale staje się coraz bardziej czerwony i ciemniejszy. Średnio widzieliśmy z niego ostatni foton po dość krótkim czasie.

— Steve Linton

Dylatacja czasu jest istotna tylko z perspektywy kogoś daleko od czarnej dziury. Czas zbliżający się do czarnej dziury wciąż postępuje naprzód w tempie, które wydaje się być normalnym tempem dla kogoś, kto jest blisko czarnej dziury. Film Międzygwiezdny miał świetne przedstawienie tego zjawiska, w którym astronauci Copper i Brand na planecie Millera, w pobliżu czarnej dziury, spędzili tylko kilka godzin, ale astronauta Romilly starzeje się przez dziesięciolecia, gdy pozostaje daleko od planety. Z ich perspektywy Copper i Brand nie doświadczyły żadnych zmian w czasie.

Materia wpadająca do czarnej dziury nie doświadczyłaby żadnych zmian w swojej perspektywie czasu, więc nie wydawałaby się zmieniać prędkości innej niż oczekiwana przez przyciąganie grawitacyjne.

— Bob516
źródło