19 votos

¿Por qué me destrozaría un agujero negro?

Según mi interpretación de la Relatividad General, la gravedad no es una fuerza y un observador que cae libremente bajo la influencia de la gravedad debería considerarse inercial. Ahora bien, he encontrado algunos textos sobre agujeros negros que dicen que un cuerpo que se acerca a un agujero negro acabará despedazado debido a la gran diferencia de intensidad del campo gravitatorio entre, digamos, la cabeza y los pies.

Así que mi pregunta es si el observador es inercial y no experimenta ninguna fuerza ¿por qué se desgarrarían las partes de su cuerpo?

50voto

Sean Puntos 1

No se necesita GR para ver este efecto. Se debe a las fuerzas de marea.

Supongamos que mides 2 metros. Entonces la fuerza de la Tierra sobre tus pies es $GMm/r^2$ y la fuerza sobre tu cabeza es $GMm/(r+2)^2$ . La diferencia entre ambas es la fuerza de marea que sientes. Ahora bien, si calculas estas dos fuerzas, verás que son casi iguales. Es por eso que no te destrozan.

Pero digamos que la Tierra se comprimió a un tamaño de aproximadamente $1$ cm (aproximadamente el radio de Schwarzschild de un agujero negro de masa terrestre). Entonces el mismo cálculo encontraría dos fuerzas enormemente diferentes. Por eso te destrozan los agujeros negros pequeños, pero no los grandes.

(Por supuesto, todo esto puede precisarse en la RG, pero la mecánica newtoniana basta para responder a su pregunta).

Editar : para responder a tu comentario, el marco del observador es inercial mientras las fuerzas de marea no sean lo suficientemente grandes. Una vez que son lo suficientemente grandes el marco deja de ser inercial. Hay dos maneras de hacer que las fuerzas de marea sean más pequeñas: la primera es tener una gravedad débil, y la otra es hacer que el observador sea más pequeño. En las ecuaciones anteriores se pueden ver ambas cosas: una gravedad débil corresponde a un observador grande. $r$ o menor $M$ mientras que un observador más pequeño corresponde a una estatura menor. Ambos reducirán las fuerzas de marea, y harán que no te destrocen.

43voto

Rob Jeffries Puntos 26630

El problema es que cuando están cayendo, todos no pueden estar en el mismo marco inercial. Es decir, mientras que tu centro de masa puede ser inercial, partes de tu cuerpo se estar sintiendo fuerzas de aceleración porque no están en el mismo marco inercial que el centro de masa. Estas fuerzas no inerciales se denominan fuerzas de marea.

El concepto de marco inercial es local . Si el marco abarca un volumen lo suficientemente grande como para que el espaciotiempo no pueda considerarse plano a través de él, entonces las fuerzas no inerciales se harán evidentes.

Un experimento mental consiste en considerar un cuerpo formado por diferentes piezas, cada una de las cuales cae inercialmente. A medida que caen, se separan cada vez más, ya que cada una sigue su propia geodésica a través del espaciotiempo según su propia posición inicial. Esta separación acelerada puede interpretarse como debida a fuerzas de marea no inerciales desde el punto de vista de un sistema de referencia de caída.

3voto

Mozzy Puntos 8

Como complemento a las otras respuestas:

  1. No todos los agujeros negros son capaces de destrozarte marealmente.
  • Un agujero negro demasiado pequeño te quemará y te hará volar por los aires con su radiación Hawking mucho antes de que estés cerca para sentir el efecto marea.
  • Un agujero negro demasiado grande (por ejemplo, uno supermasivo en el centro de una galaxia) te tragará entero porque su gravedad es fuerte pero bastante homogénea y no sentirás una marea significativa unilateralmente en lo más profundo.
  1. Existe al menos un mecanismo más para desgarrarte: el arrastre del marco de un agujero negro en rotación. Dependiendo de la dirección de tu aproximación con respecto a la rotación del agujero, puedes ser acelerado lejos del agujero negro. Las partes "bajas", sin embargo, sentirán un "arrastre" más fuerte, y no estoy seguro de si este mecanismo puede dominar (quizá también dependa de lo rígido que seas).

  2. Los campos magnéticos alrededor de un agujero negro en rotación (y tal vez cargado eléctricamente) son lo suficientemente fuertes como para ser capaces de desintegrar los enlaces químicos mucho antes de que se produzca nada de lo anterior.

3voto

Josh Diehl Puntos 138

Hay buenas respuestas de @fraxinus y @profrob, me gustaría añadir una pequeña nota al margen sobre el equilibrio entre las fuerzas.

Surge porque el campo gravitatorio ejercido sobre un cuerpo por otro no es constante en todas sus partes: el lado más cercano es atraído con más fuerza que el más lejano. Esta diferencia es la que provoca el estiramiento de un cuerpo. Así pues, la fuerza de marea también se conoce como fuerza diferencial, además de ser un efecto secundario del campo gravitatorio.

https://en.wikipedia.org/wiki/Tidal_force

Las fuerzas de marea están presentes cuando uno se dirige en caída libre hacia un cuerpo masivo, ya sea la Tierra, el Sol, una estrella de neutrones o un agujero negro.

Tu cuerpo se mantiene unido por las fuerzas fuertes y EM (incluidos los enlaces covalentes), y estas fuerzas dominan sobre los efectos de marea de la gravedad en la mayoría de los casos de caída libre. ¿Cree usted que no hay fuerzas de marea en juego cuando se cae libremente aquí en la Tierra? Sí, las hay. Lo que ocurre es que estos efectos son minúsculos y se ven superados por las fuerzas que mantienen unido el cuerpo.

Sólo en casos extremos como el de un agujero negro (y como se ve en la respuesta de fraxinus, sólo ciertos agujeros negros) son capaces de crear efectos de marea tan fuertes, en los que la aceleración gravitatoria sobre tu cabeza es tan diferente de la aceleración gravitatoria a tus pies, que ésta domina sobre las fuerzas que mantienen unido tu cuerpo. En tales casos, la balanza se inclina a favor de los efectos de las mareas y, en primer lugar, los enlaces químicos se ven superados por los efectos de las mareas y el cuerpo se estira. Pero, en ciertos casos, el efecto es tan fuerte que domina incluso sobre la fuerza EM que mantiene unidos los electrones y los núcleos, separando los átomos, y finalmente domina sobre la fuerza fuerte, separando los quarks.

Incluso antes de que eso ocurra, la fuerza de marea gravitatoria arrancará los electRones y hará que el núcleo se rompa y que la mayor parte se convierta en neutrones, para luego arrancarlos y llegar a los quarks, y finalmente caer en la singularidad. Por eso decimos que un BH se forma cuando hay demasiada gravedad, nada puede resistir los efectos gravitatorios. Ni la presión de los electrones (que sostiene las estrellas enanas blancas), ni las fuerzas nucleares (estrellas de neutrones), ni las fuerzas fuertes (estrellas de quarks, o algunas partes de los núcleos de las estrellas de neutrones). Sí, el principio de equivalencia dice que todo será acelerado (es decir, atraído) de la misma manera, pero sólo hasta que el diferencial de fuerza entre dos objetos del átomo vea aceleraciones diferentes - eso son los efectos de marea gravitacionales, causados por curvaturas muy fuertes del espaciotiempo debidas a la gravedad.

¿La fuerza gravitatoria del agujero negro destruye los átomos?

Ahora bien, como dice ProfRob, aquí en la Tierra, cuando estás en caída libre, se puede considerar que todo tu cuerpo está en el mismo marco inercial, porque las fuerzas que mantienen tu cuerpo unido dominan sobre las fuerzas de marea, y estos efectos de marea se pueden despreciar. En casos extremos, cuando las mesas giran y los efectos de las mareas dominan sobre las fuerzas que mantienen tu cuerpo unido, cada partícula de tu cuerpo necesita ser tratada como si tuviera su propio marco inercial (local) que es diferente del marco de todas las demás partículas de tu cuerpo. El marco "local" en este caso se restringirá a un área extremadamente pequeña (para cada partícula). Cualquier marco (volumen de espacio) que corresponda a un objeto formado por múltiples partículas ya no puede considerarse un marco "local". Esto se debe a que el campo gravitatorio (y la aceleración) varía considerablemente incluso en las escalas extremadamente pequeñas. Creo que ésta es una nota al margen muy importante para la respuesta a tu pregunta.

2voto

happyhardik Puntos 4020

Tampoco hay que olvidar que, en el caso de muchos agujeros negros de los que tenemos conocimiento, la radiación del disco de acreción es tan intensa que te convertirías en plasma mucho antes de llegar al horizonte de sucesos.

TON 618 por ejemplo, tiene un disco de acreción que irradia energía a una velocidad 140 billones de veces superior a la de nuestro Sol. (Edición:) Según mis cálculos, un objeto en órbita alrededor de TON 618 a un radio de 187 años luz recibe tanta radiación de él como nosotros en nuestra órbita alrededor del Sol.

i-Ciencias.com

I-Ciencias es una comunidad de estudiantes y amantes de la ciencia en la que puedes resolver tus problemas y dudas.
Puedes consultar las preguntas de otros usuarios, hacer tus propias preguntas o resolver las de los demás.

Powered by:

X