¿Qué le ocurre a un fotón cuando entra en un agujero negro?

Question

El fotón tiene una masa de 0, pero tiene energía debido a su movimiento. Cuando es absorbido por el agujero negro y se convierte en una singularidad, pierde su energía porque ya no se mueve. No es posible que algo sea succionado por un agujero negro, por lo que no tiene energía potencial en la que la energía cinética podría haberse transformado. Si no me he perdido nada, entonces la energía acaba de ser destruida. Todo el mundo sabe que no es posible que la energía se destruya debido a la primera ley de la termodinámica, también conocida como ley de conservación de la energía. Por lo tanto, debo haberme equivocado, porque no estoy dispuesto a criticar a científicos famosos que tienen indefinidamente más conocimientos que yo. Por favor, dime qué he hecho mal :)

Answer 1

Hay un par de cuestiones que quizá quieras tener en cuenta.

En primer lugar está la un poco aburrida de que los físicos que medimos la masa del agujero negro estamos fuera de él, y desde esta posición el fotón nunca llega al horizonte de sucesos y mucho menos lo cruza. No quiero entrar en esto, ya que el tema ha sido tratado hasta la saciedad en numerosas preguntas en este sitio, sin embargo, desde la perspectiva de un observador fuera del agujero negro, la materia infalible tarda un tiempo infinito en alcanzar el horizonte de sucesos. Una vez que el fotón ha pasado junto a nosotros, su gravedad se suma a la gravedad del agujero negro y la atracción total que sentimos hacia el agujero negro ha aumentado en un fotón - no importa que el fotón esté detenido justo fuera del horizonte de sucesos.

En segundo lugar, usted dice Cuando es absorbido por el agujero negro y se convierte en una singularidad, pierde su energía porque ya no se mueve . Es cierto que los fotones no pueden ser estacionarios, pero hay que tener en cuenta dos cosas. Los fotones se convierten fácilmente en otras partículas, por ejemplo, en un par electrón-positrón, por lo que un fotón no tiene por qué desaparecer sin más cuando se detiene. Puede convertirse en otras partículas masivas que pueden detenerse. Otra cosa que hay que mencionar es que sencillamente no sabemos qué pasa cuando la materia llega a la singularidad. Es una singularidad precisamente porque no hay manera de calcular lo que ocurre en ella. Así que no se puede decir que el fotón pierde su energía en la singularidad porque no podemos decir cualquier cosa sobre lo que le ocurre al fotón en la singularidad.

Answer 2

Por favor, dígame qué he hecho mal

Se necesita la Relatividad General (RG) para describir los agujeros negros y, en la RG, la conservación de la energía es, bueno, sutil .

De las preguntas frecuentes sobre la relatividad de John Baez " ¿Se conserva la energía en la relatividad general? ?":

En casos especiales, sí. En general, depende de lo que se entienda por "energía", y de lo que se entienda por "conservada".

Así que, en general, hay que razonar muy cuidadosamente sobre la conservación de la energía cuando el contexto es relativista y, ciertamente, los agujeros negros y los fotones son relativistas.

Sin embargo, se da el caso de que los fotones que caen a través del horizonte de sucesos aumentan la masa y, por tanto, la energía del agujero negro. Véase esta pregunta relacionada: ¿Por qué los fotones añaden masa a un agujero negro?