¿Cómo se mueven los agujeros negros si son solo regiones en el espacio-tiempo?

Question

Si los agujeros negros son solo regiones del espacio tiempo, ¿cómo es que pueden moverse? Cuando la materia se mueve a través del espacio tiempo, dobla el espacio tiempo a su alrededor, ¿pero si los agujeros negros son solo regiones del espacio tiempo, cómo puede una región en el espacio tiempo doblar otras regiones del espacio tiempo? Si un agujero negro no tiene masa, ¿cómo puede doblar el espacio tiempo a su alrededor, para permanecer como un agujero negro, si no hay materia para doblarlo continuamente?

Answer 1

Los agujeros negros no son solo regiones del espacio-tiempo. Una vez había una estrella allí. Según la ley de conservación de la masa y la energía, la estrella todavía está ahí. La estrella tiene giro y momento angular. Según la ley de conservación del momento angular, la estrella dentro del agujero negro y el agujero negro todavía tienen ese momento angular. Si aplastas una bola de papel más pequeña, todavía tendrá la misma masa. Si aplastas una bola de papel infinitamente pequeña, seguirá teniendo la misma masa. Cualquier objeto que caiga en el agujero negro aumentará la masa del agujero negro y alterará su velocidad y dirección de movimiento. Cuando el agujero negro atrae una estrella más cerca de él, el agujero negro se mueve más cerca de esa estrella. Se puede calcular la proporción de cuánto se mueve el agujero negro hacia la otra estrella en comparación con cuánto se mueve la otra estrella hacia el agujero negro usando la masa del agujero negro y la masa de la otra estrella. Al calcular la órbita de un agujero negro, piénsalo como una estrella muy masiva. A menudo escucharás describir a los agujeros negros en términos de su masa. Así es como se calcula esa masa.

Answer 2

Recuerda, estamos hablando de espacio tiempo, no solo espacio. En el espacio por sí solo, el agujero negro es una región en forma de esfera. Pero se extiende mucho en el pasado y en el futuro, así que es más como una especie de tubo.

Así que imagina un agujero negro, con la masa de una estrella, que orbita el centro de nuestra galaxia. Si finges que la galaxia es simplemente un espiral bidimensional, e ignoras la tercera dimensión espacial, entonces puedes imaginar un espacio tiempo tridimensional, con el tiempo como la tercera dimensión. Entonces, el agujero negro es una región en forma de espiral enroscada alrededor del centro de la galaxia.

Todo en el espacio tiempo es una especie de tubo, o un conjunto de líneas, yendo desde el pasado hacia el futuro. El movimiento relativo es simplemente una línea inclinada en relación a otra. En el pasado, la cosa A estaba a la izquierda de la cosa B, y en el futuro está a la derecha.

Answer 3

Agregando una imagen para ilustrar lo que ya han dicho algunas otras respuestas aquí. Supongamos que lanzas una pelota directamente hacia arriba en el aire, y luego cae de nuevo. Probablemente hayas visto una imagen como esta, representando el vuelo de la pelota:

Esa imagen es un diagrama de espacio-tiempo. Es un espacio-tiempo simplificado, porque solo es bidimensional, y solo representa una dimensión del espacio, pero es un diagrama de espacio-tiempo. Representa tanto el espacio como el tiempo como ejes diferentes en un espacio matemático.

Mark Foskey dijo

Recuerda, estamos hablando de espacio-tiempo, no solo de espacio. En el espacio por sí solo, el agujero negro es una región con forma de bola. Pero se extiende mucho hacia el pasado y el futuro, por lo que es más como una especie de tubo.

En mi diagrama, la parábola hacia abajo es la pelota. No es la pelota en un momento particular, es la pelota en cada momento durante todo el experimento. En un espacio-tiempo completo de 4 dimensiones, esa parábola sería el "tubo" del que hablaba Mark

S.G. dijo,

Puede sonar extraño, pero nada realmente se mueve en el espacio-tiempo.

Mi imagen representa el movimiento de la pelota, pero nada en la imagen en sí se mueve. La imagen sólo es lo que es—una representación estática de cómo se movió la pelota durante el experimento.

La imagen es un "espacio-tiempo". Nada se mueve en la imagen, y nada se mueve en el espacio-tiempo.

Tú dijiste,

Si los agujeros negros son simplemente regiones de espacio-tiempo... ¿cómo pueden moverse siquiera los agujeros negros?

TÚ eres simplemente una región de espacio-tiempo. En el espacio-tiempo, eres uno de esos "tubos" de los que habló Mark Foskey. Cuando te mueves en el espacio, eso se representa por curvaturas en tu tubo de espacio-tiempo no-móvil.

Answer 4

¿Cómo se mueven los agujeros negros si son solo regiones en el espacio-tiempo?

Puede sonar extraño, pero en realidad nada se mueve en el espacio-tiempo. Por ejemplo, imaginemos dos agujeros negros orbitándose mutuamente en el marco de referencia de un observador lejano. Entonces, si (suponiendo hipotéticamente) puedo escribir la solución del espacio-tiempo para dicha configuración de agujeros negros, entonces la solución me dirá sobre el comportamiento completo de este sistema, es decir, abarcando todo el espacio y todo el tiempo. En ese sentido, no hay espacio para ningún movimiento. El movimiento solo ocurre cuando elegimos un observador que descompone este espacio-tiempo en hiperfetas de co-dimensión 1.

Dicho esto, con respecto a un observador externo, la masa que forma el agujero negro solo alcanza asintóticamente el horizonte del agujero negro pero nunca lo atraviesa. Entonces, puedes asumir que es esta masa la que está en movimiento.

Si los agujeros negros son solo regiones en el espacio-tiempo, ¿cómo pueden doblar el espacio-tiempo a su alrededor?

Los agujeros negros son regiones en el espacio-tiempo que se clasifican según la curvatura que producen, es decir, si no hay curvatura, entonces no hay agujero negro. Una vez que la materia desaparece para el observador externo, deja su huella en la región circundante en forma de esta curvatura. Es esta curvatura la que dobla el espacio-tiempo. Además, la idea de que los agujeros negros están vacíos desde el interior es de la relatividad general clásica. Es probable que esto no sea cierto.

Answer 5

Si los agujeros negros son solo regiones en el espacio-tiempo, ¿cómo pueden doblar el espacio-tiempo a su alrededor, para que puedan seguir siendo un agujero negro, si no hay materia para doblarlo continuamente?

No hay materia, pero sí hay gravedad. Las no linealidades en las ecuaciones de Einstein implican que la presencia de curvatura conduce a más curvatura. Algunas personas les gusta interpretar esto pensando que la energía-momento gravitacional también dobla el espacio-tiempo.

Si los agujeros negros son solo regiones del espacio-tiempo, donde la pendiente del espacio-tiempo es infinita en su centro, ¿cómo pueden los agujeros negros incluso moverse? Cuando la materia se mueve a través del espacio-tiempo, dobla el espacio-tiempo a su alrededor, pero si los agujeros negros son solo regiones del espacio-tiempo, ¿cómo puede una región en el espacio-tiempo doblar otras regiones del espacio-tiempo?

Como dije, la curvatura conduce a más curvatura debido a las características no lineales de las ecuaciones de Einstein. Además, para entender cómo esto puede tener movimiento, creo que es interesante imaginar olas en el agua: las perturbaciones en la parte superior del agua pueden moverse alrededor, y de manera similar las perturbaciones en la curvatura del espacio-tiempo pueden moverse alrededor.