¿Alguna partícula alcanza alguna singularidad dentro del agujero negro?

Question

No soy un físico profesional, así que puede que diga alguna tontería aquí, pero esta pregunta siempre me ha venido a la cabeza cada vez que leo o escucho a alguien hablar de partículas que chocan con singularidades y "pasan cosas raras".

Ahora a la pregunta en cuestión, por favor, siga mi lento razonamiento... Por lo que he aprendido, para llegar a la singularidad de un agujero negro, primero hay que cruzar un horizonte de sucesos. El horizonte de sucesos tiene esta particular propiedad de poner el universo externo a una velocidad infinita al observador que cae. Ahora bien, debido a la radiación de Hawking, y sabiendo que la radiación cósmica de fondo se está atenuando lentamente, tarde o temprano todos los agujeros negros en esta particular instancia de inflación que estamos viviendo se evaporarán, según un observador externo de dichos agujeros negros.

Esto significa que todos los agujeros negros tienen una duración finita, mientras este universo sobreviva tanto tiempo. Ahora bien, si volvemos al observador que cae, ya habíamos establecido que dicho observador vería el universo exterior "acelerarse" infinitamente. Esto significa que cuando el observador que cae "choca" con el horizonte de sucesos, él (o ella si hablamos de partículas, lo cual es más claro en este caso), se transportará inmediatamente en el tiempo hacia el momento final de evaporación del agujero negro. O esto o la partícula recibe un tratamiento extraño. Lo que quiero decir es que tal partícula nunca llega a la singularidad, porque no tiene tiempo para llegar a ella. En el momento en que cruza el horizonte de sucesos, el propio agujero negro se evapora.

¿En qué me equivoco?

Answer 1

Efectivamente, has cometido un error: el observador infalible no ve que el universo exterior se "acelere". Fíjate en lo que ocurre en un diagrama espacio-temporal. En el punto del espacio-tiempo en el que tu astronauta pasa el horizonte, sólo puede ver lo que está en su cono de luz pasado, y eso es el universo sólo en los primeros momentos. Las señales que envía de vuelta (o lo intenta) son las que llegan al mundo exterior sólo en tiempos infinitos.

Así, el astronauta observador ve su agujero negro tal y como es mucho antes de que se produzca la evaporación, por lo que su agujero negro sigue ahí. Ahora, dejando de lado algunas otras cuestiones cuánticas, en las que las opiniones no están completamente asentadas y tal vez incluso nuestro lenguaje actual podría ser inapropiado, el observador simplemente continúa, y en una cantidad finita de tiempo, muy rápidamente a menos que el agujero negro fuera más de millones de veces más pesado que el sol, es asesinado por la singularidad central.

En un agujero negro con elevado momento angular (agujero negro de Kerr), la singularidad adopta la forma de un anillo a lo largo del ecuador, y el astronauta podría intentar pasar por delante de él sin peligro, y podría entrar en un nuevo y extraño universo en el que podría dejar o no un agujero negro de masa negativa tras de sí, si no fuera porque los restos de otros objetos que caen en más tarde lo matará antes de que eso ocurra, y al intentar pasar un segundo horizonte, lo matará porque ese segundo horizonte es inestable.

Answer 2

A un observador que cae en un agujero negro en el horizonte de sucesos no se le escapa nada. No lo "golpea". Lo atraviesa sin ningún problema. Sin embargo, a medida que se adentra más y más en el agujero negro, las fuerzas gravitatorias de marea lo "espaguetizan". No sé qué quieres decir con que el universo externo se "acelera infinitamente". En el momento en que la partícula cruza el horizonte de sucesos, el agujero negro no se evapora. El horizonte de sucesos no es una especie de barrera física sólida. La partícula se acercará a la singularidad, pero la RG se rompe en/cerca de las singularidades.

Answer 3

Soy partidario de los experimentos mentales que empleaba Einstein. Mira las pruebas experimentales y descarta las conclusiones de todo el mundo porque podrían estar equivocadas.

Una singularidad es un punto infinitamente denso en el espacio. Crea una deformación en el espacio-tiempo que llamamos gravedad. Sin ninguna prueba más allá de mis propios experimentos mentales, afirmo que ahora mismo estamos dentro de una singularidad. ¿O estás afirmando que la gravedad se detiene a cierta distancia de un objeto infinitamente denso? Nos deformamos junto con todo lo demás, no hay espaguetización y nunca llegaremos al centro y seremos destruidos. Eso es ciencia ficción basada en malos experimentos mentales sin más pruebas que las mías.

Así que no, la partícula nunca llega a la singularidad. ¿Cómo podría hacerlo si el tiempo se acerca infinitamente a cero?

Editar: De la página de la wiki enlazada más abajo: Una singularidad gravitacional o singularidad del espaciotiempo es un lugar donde las cantidades que se utilizan para medir el campo gravitacional se vuelven infinitas de una manera que no depende del sistema de coordenadas. Estas cantidades son las curvaturas escalares invariantes del espaciotiempo, que incluyen una medida de la densidad de la materia.

¿Significa eso que la densidad de la materia se vuelve infinita?

Answer 4

Para ver algunos vídeos que simulan lo que se vería al caer en un agujero negro, mire:

http://jila.colorado.edu/~ajsh/insidebh/

El universo exterior no se acelera para un observador inercial que cae en el agujero negro. Si un observador se cierne sobre el horizonte de sucesos, el mundo exterior sí parece acelerarse. El observador que cae en un agujero negro alcanzará la singularidad en un periodo de tiempo finito. Sin embargo, las fuerzas de marea crecen enormemente y el observador es arrastrado antes de alcanzarla. De hecho, los átomos y los núcleos serán arrastrados antes.

Answer 5

Este rompecabezas es un aspecto de la paradoja de la pérdida de información en un agujero negro y una solución propuesta es la principio holográfico y complementariedad de los agujeros negros .

La visión clásica de los agujeros negros es que cualquier objeto que caiga dentro termina su línea de mundo en la singularidad, pero un observador externo nunca ve esto porque el objeto parece estar congelado en el horizonte. La paradoja surge cuando se considera esto a la luz de la mecánica cuántica, que nos dice que el agujero negro puede evaporarse debido a la radiación de Hawking. Esto significa que la información sobre el objeto debe ser devuelta como parte de la radiación.

El problema sólo puede resolverse con una teoría de la gravedad cuántica y, aunque nuestras teorías de la gravedad cuántica son incompletas, algunos teóricos han elaborado algunos principios que rigen cómo podría funcionar la solución. Una parte de la solución es el principio holográfico que exige que la información se almacene en el horizonte de sucesos. La segunda parte es la complementariedad de los agujeros negros, que dice que el destino del objeto depende del observador. Para un observador en el exterior, el objeto se detiene en el horizonte y devuelve gradualmente su energía e información a los alrededores en forma de radiación Hawking. Para un observador que cae en el agujero negro con el objeto, su destino es muy diferente. el objeto sigue pasando el horizonte y se destruye cuando choca con la singularidad.

Dado que dos observadores de este tipo nunca pueden encontrarse y comparar sus notas, no existe ninguna contradicción física entre estos puntos de vista complementarios.

Por supuesto, se trata de una solución especulativa, ya que está mucho más allá de lo que podemos comprobar experimentalmente en la actualidad