¿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

Lo que ocurre dentro del horizonte de sucesos de un agujero negro es, en el mejor de los casos, una cuestión especulativa. La relatividad general de Einstein es la teoría de la gravitación aceptada. Según ella, no podemos obtener información de un objeto lanzado a través del horizonte de sucesos. Por lo tanto, cualquier respuesta que se obtenga estará muy limitada por el hecho de que nunca se ha realizado un experimento de este tipo ni es probable que lo hagamos.

Las observaciones astronómicas actuales del centro de la galaxia sugieren que la RG de Einstein funciona bien bastante cerca del horizonte de sucesos. Pero la RG explota en la singularidad, por lo que sus predicciones allí son, en el mejor de los casos, sospechosas.

Parece que la única forma de obtener información sobre esa singularidad es saltar a un agujero negro. No podrás devolver la información a tus amigos, pero puede que lo descubras tú mismo. Por otro lado, los efectos de las mareas podrían matarte antes de acercarte lo suficiente.

Answer 2

Parece que la zona más allá del horizonte de sucesos está desconectada del resto del universo. Si es así, hay que plantearse cuestiones más amplias, como si se rige por las mismas leyes. Pero además, la singularidad no es necesariamente un objeto real, es simplemente la expresión de que la RG no puede dar ninguna información sobre lo que ocurre con el espacio-tiempo en el centro de un agujero negro. Deberíamos plantearnos además la pregunta de si podemos tener alguna vez una teoría real de lo que ocurre en el interior del agujero negro. Podríamos modelar algunas ecuaciones, pero ¿qué observador sería capaz de probarlas? A no ser que la zona no esté desconectada, en cuyo caso habría que reexaminar la RG. ¡¡¡¡Los cambios en la RG podrían cambiar la propia definición de lo que es un agujero negro!!!! Así que para reformular lo que parece ser el consenso: nadie sabe + parece que aún no tenemos ni siquiera las bases para resolver este problema

Answer 3

En la relatividad general (a diferencia de la relatividad especial, en la que el tiempo-espacio puede hacerse universal) no existe el concepto de tiempo-espacio universal, por lo que los observadores generales tienen observaciones que dependen en gran medida de las ubicaciones espacio-temporales de los observadores. Dos observadores que están separados en el espacio-tiempo pueden observar el mismo fenómeno con resultados sorprendentemente diferentes. El observador que está cayendo hacia el horizonte de sucesos observará que está acelerando hacia el horizonte de sucesos, luego lo alcanza y cae en el agujero negro. El observador que está a una distancia segura del agujero negro verá que una persona que estaba cayendo hacia el horizonte de sucesos finalmente se ralentiza al llegar al horizonte de sucesos y se detiene allí, sin llegar nunca al horizonte de sucesos durante miles y miles de millones de años (según su reloj).

Answer 4

Quizá la siguiente descripción del viaje completo de la partícula aporte claridad.

Cuando una partícula cae radialmente hacia el horizonte de sucesos de un agujero negro, el tiempo progresa de forma diferente según el marco de referencia desde el que se mida, debido al efecto que la gravedad y el movimiento tienen sobre el paso del tiempo.

Una primera ecuación integral, derivada de la métrica de Schwarzschild, permite calcular el paso del tiempo de las coordenadas, tal como lo experimenta el observador distante. Una segunda ecuación integral, derivada de la métrica de Schwarzschild, permite calcular el paso del tiempo local, tal y como lo experimenta la partícula. Mientras la partícula esté fuera del horizonte de sucesos del agujero negro, ambas integradas están definidas y las integrales se comportan perfectamente. Por lo tanto, el viaje de la partícula puede seguirse con certeza hasta el horizonte de sucesos.

A medida que la partícula que cae se acerca al horizonte de sucesos, el tiempo pasa más rápido cuando se mide en tiempo local que el viaje medido en tiempo de coordenadas, debido a los efectos relativistas del movimiento y la gravedad.

Dado que la velocidad es igual a la distancia dividida por el tiempo, existe una percepción diferente de la velocidad dependiendo de si es el observador lejano o la partícula quien realiza las mediciones. Para cada lugar alcanzado, la partícula piensa que ha llegado allí rápidamente, por lo que cree que va rápido. El observador lejano cree que ha llegado más despacio, por lo que piensa que la partícula va más despacio. La partícula llega al mismo lugar, sólo hay una percepción diferente de la cantidad de tiempo que tardó en llegar al lugar.

Esta percepción de que la velocidad disminuye desde la perspectiva del observador lejano continúa hasta que el avance de la partícula parece muy lento. Tan lento, de hecho, que a los 10^60 años más o menos, cuando el agujero negro se evapora, el viaje de la partícula se encuentra en un lugar final que está fuera del horizonte de sucesos del agujero negro.

Ahora, desde la percepción de la partícula, iba bastante rápido cuando llegó al lugar del final. Iba a una buena velocidad, cuando de repente el agujero negro se evaporó instantáneamente.

Este es el escenario de los cálculos de las integrales derivadas de la métrica de Schwarzschild. Las integrales se comportan perfectamente bien, por lo que no es necesario utilizar ninguna coordenada especial. Sin embargo, según la teoría de la relatividad general, el recorrido calculado desde cualquier marco de referencia debería dar el mismo resultado.

Answer 5

Creo que la cuestión es que la información externa desde el infinito tendrá dificultades para alcanzar al objeto que infla, es decir, los conos de luz no se cruzarán. He visto una respuesta detallada a esta cuestión basada en que el objeto que infla ha pasado el horizonte de sucesos, pero como eso no puede ocurrir, la persona que responde a la pregunta ha simplificado demasiado el problema. Uno debería ser capaz de acercarse al horizonte de sucesos, y luego tratar de acelerar para alejarse de él, pero se arriesga a ser desintegrado por el conjunto de todos los rayos cósmicos infalibles desde el infinito.