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Si la velocidad de la luz es constante, ¿por qué puede ' t escapar de un agujero negro?

Cuando la velocidad es el camino recorrido en un tiempo determinado, y la ruta de acceso es constante, como lo es para $c$, ¿por qué la luz no puede escapar de un agujero negro?

Puede tomar un largo tiempo para que suceda, pero ¿no hay algunos de los que la luz se escape cada tan a menudo?

Supongo que porque el tiempo es infinito en el interior de un agujero negro, que esta sería una de las posibles razones, pero no lo que significa que sería necesario infinito de la misa?

Lo que se contradice con la medición de los agujeros negros de masas solares, lo que significa que no contienen masa infinita.

Entonces, ¿cómo puede ser esto?

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La velocidad de $c$ que es constante es así que cuando se mide a nivel local en relación a una picada de marco (es decir, uno para el cual todos los puntos spacefime geodesics wrt a la métrica de $g$). Local significa que el marco de la medida debe ser "pequeño" ya que puede ser pensado como plana: piense en esto como el zoom en el espacio-tiempo colector, la cual es un buen objeto, con la suficiente cantidad de aumento que usted no puede ver ninguna apreciable desviación de espacio-tiempo de Minkowski (que es el espacio-tiempo análogo de la plana espacio Euclidiano, que probablemente haya encontrado). En contraste, la velocidad de la luz medida por un observador distante puede variar, en general, curva el espacio-tiempo.

El texto de su pregunta sugiere que usted se imagina sentado en algún punto en el horizonte, y desde su puntero láser de salida debe a chorro en la everconstant $c$, y el horizonte es sólo un número finito de distace por encima de ti, se debe llegar al horizonte y dejar.

Pero la geometría no es como esto todos los días pensamiento de la imagen. El punto acerca de un horizonte de sucesos es que es no en el futuro de cualquier evento dentro del horizonte. El espacio-tiempo de la distorsión de plano es tan grave que incluso el futuro de la rama de lightlike geodesics no se cruzan. Usted sólo puede alcanzar el horizonte de un evento dentro de ella por viaja hacia atrás en el tiempo.


Algunas preguntas y respuestas de los Comentarios

Usuario PeterA.Schneider pregunta:

"la velocidad de la luz medida por un observador distante puede variar, en general, curva el espacio-tiempo": es la primera vez que he oído eso. Estás seguro? (Teniendo en cuenta que prácticamente la totalidad de espacio-tiempo es curvo.)

que pregunta el Usuario Jan Dvorak elocuentemente respuestas:

no te preocupes, va a recuperar la velocidad de c, una vez que llega lo suficientemente cerca de usted - si lo hace. Su longitud de onda, cuando se encuentra con que puede variar drásticamente de su longitud de onda cuando salió de su origen, sin embargo.

y me gustaría explicar Jan respuesta un poco más plenamente. Usted inferir algo de velocidad mediante la comparación de los cambios en su distribución espacial y temporal de las coordenadas para ese objeto. Vamos a empezar en la relatividad especial, donde en el primer tanto los observadores gráfico el Universo de Minkowski coordenadas. El hecho de que su reloj y gobernantes medir los mismos intervalos de manera diferente de lo lejano que uno hace, no da lugar a sorpresas (al menos para alguien que ha estudiado SR fondo) porque no hay una única, bien definida la transformación que va a hacer un mapa de sus coordenadas para eventos para el observador distante de coordenadas, y viceversa. Esa transformación es la adecuada, orthochronous) la transformación de Lorentz, que tiene la propiedad de que $c$ es medido a ser la misma de ambos observadores puntos de vista.

En general, curva el espacio-tiempo es imposible definir una transformación única entre las dos tramas que nos permitiría comparar directamente medido las velocidades de las cosas de esta manera. Echemos un vistazo a por qué esto es así.

Vamos a re-imaginar nuestro escenario anterior: todavía estamos en el espacio-tiempo de Minkowski con la misma física y hacer SR, pero con las nuevas coordenadas. En cada punto en el que el espacio-tiempo, girar y aumentar la "referencia" de marcos un poco, así que está cerca de lugares tienen sus direcciones de referencia y los intervalos de tiempo ligeramente diferente. Esto es completamente análoga a la elaboración de Euclídea 3-espacio, digamos, el esférico coordenadas. A nivel local, las direcciones de referencia (de creciente $r$, $\theta$ y $\phi$) son rotados de la Cartesiano, y que la rotación varía suavemente con la posición. Ahora hay una gran infinidad de maneras de hacer un medidor de transformación: podemos elegir las direcciones y la unidad de los intervalos de tiempo de cualquier manera que quieras, siempre y cuando la variación es suave y que la limitación de transformaciones como la distancia entre los puntos encoge es una transformación de Lorentz.

Así que ahora, en estas nuevas coordenadas, ¿cómo podemos comparar medido velocidades, si nos dieron sólo estas coordenadas? Bien podríamos simplemente se mueven a través del espacio y el tiempo a lo largo de un escogido buen camino, haciendo que el pequeño transformaciones de Lorenz entre vecinos de marcos de referencia y en la multiplicación de todos ellos juntos para conseguir una transformación global para esta ruta. Pero podríamos elegir una infinidad de vías lisas para ello a lo largo. Por lo tanto, si nos es dada sólo a estas coordenadas, no es inmediatamente obvio que no íbamos a obtener una respuesta diferente a partir de este procedimiento, si tomamos un diferente camino suave entre los dos puntos.

Pero tenemos que hacer, porque eso es lo plana significa, por definición.

Siempre podemos hacer una transformación de nuestro extraño coordenadas de vuelta al espacio-tiempo de Minkowski si y sólo si el resultado de nuestro cálculo no depende de la trayectoria. El resultado de los llamados transporte paralelo de un vector alrededor de un bucle es siempre la identidad de la transformación. Un corolario de este hecho es que no es un bien definidos transformación entre los dos observadores que nos permite comparar medido velocidades: no importa si se calcula que a lo largo de Un camino o ruta B entre dos puntos: la respuesta debe ser el mismo desde que la inversa de una transformación debe invertir los otros para lograr la identidad de la transformación de todo el bucle. Por lo tanto, en teoría, todavía podemos calcular lo que el otro observador observar localmente desde lejos en nuestra extraño coordenadas.

Si usted lo ha hecho a través de esta explicación en este momento, entonces la Relatividad General es ahora sólo un pequeño paso conceptual de distancia. En la curva el espacio-tiempo, la transformación forjado en vectores por el transporte paralelo alrededor de un bucle no es en general la identidad de transformación. Así que no hay bien definida de la manera de comparar las velocidades de lejos, al menos a partir de la propia coordinar marco.

Eso es lo que "curvo" significa, por definición: no trivial "holonomy" en paralelo de transporte alrededor de los trazados cerrados

Y esto es lo que la gente quiere decir cuando dicen que "coordinar la velocidad de la luz puede por nada en el GR". Pero si un observador distante medidas de la velocidad de la luz continuamente, repetidas veces y a intervalos de tiempo regulares como se mide bu su reloj en un laboratorio que llevan con ellos, y, a continuación, enviar el resultado a usted, todos sus informes será que su medición no ha cambiado, aunque el intervalo entre los informes que se establecen regularmente por su reloj puede comunicarse con nosotros al salvajemente diferentes intervalos de nuestro reloj.

Otra analogía que puede ayudar a que usted es el $2$-esfera, lo que llamamos una "bola" en el lenguaje cotidiano, en comparación con el avión. En el avión, planos tangentes al plano están en todas partes el mismo espacio vectorial: hay una clara forma de transporte paralelo al plano tangente en cualquier punto a cualquier otro punto. En la pelota, no es así. Tangente planos en diferentes puntos no están en el mismo plano. Son isomorfos como espacios vectoriales, pero no son el mismo. En particular, no es bien definida de la forma universal de la comparación de ellos, o de la asignación de referencia de las bases en todos los puntos en cualquier revisión de la medida de lo finito, debido a que, en la esfera, el transporte paralelo de vectores alrededor de bucles siempre conduce a un cambio en el vector cuando se llega de nuevo al punto de inicio. De hecho, la esfera tiene curvatura constante, lo que significa que la rotación del vector forjado por bucle paralelo de transporte es proporcional al área encerrada por el bucle.

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JRT Puntos 97

Supongamos que usted está flotando en un río, y que usted tiene con usted un modelo de barco, llamado el SS Lightray, que se pueden hacer de 3 m/seg a través del agua. Cuando se establece el barco navegando aguas arriba tan lejos como a usted le preocupa es hacer 3 m/seg. Pero estoy de pie en la orilla mirando el río que fluye a 1 m/seg, así que cuando miro tu barco me veo viajando a una red velocidad de 2 m/seg. no 3 m/seg.

Ahora el río se estrecha y velocidades de hasta 4 m/seg. En cuanto usted está preocupado de que usted está sentado inmóvil en el agua y, al enviar el barco río arriba de nuevo es aún viajar en 3 m/seg. Sin embargo, desde la orilla del río veo que el barco está ahora viajando río abajo, es decir, su velocidad de subida es de -1 m/seg. El barco no puede viajar lo suficientemente rápido como para avanzar contra la corriente del río.

Sorprendentemente un argumento muy parecido a este se aplica al movimiento de la luz fuera de un agujero negro. Se llama el Río de la Modelo, y aquí hay un enlace a un artículo científico dando los detalles. Más formalmente, esta técnica es un análisis del movimiento de la luz mediante el uso de la Gullstrand–Painlevé coordenadas. He utilizado esta técnica para explicar por qué la luz no puede escapar de un agujero negro en mi respuesta a ¿por Qué es un agujero negro negro?.

La velocidad local de la luz es siempre $c$, pero si se utiliza el Gullstrand–Painlevé coordenadas para analizar lo que sucede en el horizonte de evento que usted encuentra que:

  1. en el horizonte se están cayendo hacia adentro a la velocidad de la luz

  2. en relación a que la luz viaja hacia el exterior a la velocidad de la luz

  3. por lo que la red de la velocidad de la luz fuera del horizonte de sucesos es igual a cero

Y es por eso que la luz no puede escapar del agujero negro.

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vsz Puntos 288

Para explicarlo en términos sencillos, sin necesidad de utilizar conceptos avanzados:

El espacio está deformado en el "interior" del agujero negro (que es, en el horizonte de sucesos) por lo tanto, que se comporta completamente diferente de lo que percibimos escuchar en la Tierra. La "dirección exterior", simplemente no existe.

Por ejemplo, aquí en la Tierra, podemos ir los tres espacial de las dimensiones en ambas direcciones, pero en el tiempo que nos puede moverse sólo hacia adelante. Imagina que en la "superficie" del agujero negro, aka en el horizonte de sucesos, las dimensiones espaciales tienen una sola dirección: hacia el interior. Este último apartado no pretende ser una descripción exacta de cómo los agujeros negros trabajo. Es sólo para conceptualizar cómo hay casos en que sólo una dirección de coordenadas existe.

2voto

aaa Puntos 304

La explicación que más me gusta es esta:

En GR, todas las cosas, de los planetas para que los fotones viajan en líneas rectas a través de la curvatura del espacio doblado por la masa. Los agujeros negros de la curva y de distorsionar el espacio-tiempo tan severamente que la curvatura de la captura de fotones.

La escala de las cosas y se comporta de la misma manera que pasa de los asteroides puede ser capturado por una estrella. Para nosotros, la velocidad del asteroide(fotones) sólo es relevante hasta el punto en que se cruza el umbral de la captura, el punto de no retorno y en las puntas de la estrella(agujero negro) pozo de gravedad. El asteroide(fotones) nunca va a escapar, los "muros" de la bien son demasiado altos. Qué importa si es a mí o a los mundos mejor saltador de altura que está atrapado en el fondo de un pozo, si las paredes son de 50 pies de alto? Ninguno de los dos tiene ninguna posibilidad de escapar, el hecho de que uno de nosotros puede saltar más alto que una persona puede posiblemente salto es irrelevante.

El hecho de que la luz se va el más rápido cualquier cosa puede ir a la misma red herring. Lo que importa es que se ha metido en una situación de la que no hay escape. La velocidad de la luz no es un salir de la cárcel sin pagar más de lo que los saltadores de altura.

1voto

Paul Smith Puntos 61

La respuesta es que no tiene nada que ver con la luz, c, agujeros negros, evento horizontes o de la relatividad. Es simplemente la velocidad de escape. Sabemos que dos cuerpos se atraen con una fuerza de $f = G\frac{M m}{d^2}$ y sabemos que algo está en una órbita estable cuando su energía potencial $PE = -GMm/d$ coincide con su energía cinética $KE = m{v^2}/2 $. Resolver estos dos para la velocidad y se consigue que la velocidad necesaria para una órbita es ${V_o} = \sqrt{\frac{2GM}{r_o}}$. Para cualquier velocidad mayor que $V_o$ hará salir de la órbita y se apartan. La atracción de la gravedad se ralentiza pero nunca nos detenemos es así, en efecto, se ha 'escapado', que es la razón por la que a veces se llama $V_{esc}$. Sin embargo, cualquier velocidad inferior $V_o$ significa que vienen de vuelta con el tiempo.

A medida que la distancia $d$ se hace más pequeño o la masa de $M$ se hace más grande, el valor de $V_o$ aumenta. Para un cuerpo desde la superficie de la tierra, para bajar (y permanecer) de la superficie, $V_o$ es de alrededor de 11 kilómetros por segundo. En la superficie de nuestro sol es de unos 620 km/s. Si toda la masa de nuestro sol se comprime a la mitad de su tamaño actual, $V_o$ sería doble. Si usted mantiene la compresión de el sol hasta que su radio era de unos 3 km, a continuación, $V_{esc}$ a alcanzar y superar la velocidad de la luz (conocida como la de Schwarzschild de radio). Si usted estuviera en la superficie de dicho cuerpo y brilló una luz a su amigo que estaba fuera de este límite, se podría ver la viga que se mueve lejos de usted a la velocidad de la luz hacia ellos, pero la luz no viaja lo suficientemente rápido como para escapar de la gravedad que nunca podría llegar a su amigo. Entonces, ¿cómo puede ser esto? Como usted ha señalado, $c$ es constante para todos los observadores y la velocidad es la distancia justa a lo largo del tiempo y no hay nada que usted puede hacer para cambiar la distancia. Que sólo deja tiempo. En orden para $c$ a permanecer constante en su marco de referencia, su tiempo habría para frenar al punto donde se detiene eficazmente. Sin tiempo, no hay ninguna distancia, y sin distancia, no puede ser de dimensiones y es por eso que lo llaman una singularidad.

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