Prędkość światła w czarnej dziurze

Gdybym miał kierunkowe źródło emitujące fotony i umieściłbym je w czarnej dziurze skierowanej w górę i na zewnątrz w kierunku widzialnego wszechświata, zakładam, że fotony poruszające się z prędkością światła zwolnią i odwrócą kierunek z powrotem do centrum.

Więc jeśli wziąłbym to samo źródło i umieściłem je poza czarną dziurą skierowaną do środka w kierunku centrum czarnej dziury, czy mogę założyć, że emitowany foton podróżowałby w kierunku centrum szybciej niż prędkość światła, z którą już podróżuje?

black-hole photons tnt-rox
źródło

Głosowałem za tobą, ponieważ uwielbiam zdjęcia, ale światło tak się nie zachowuje. Światło porusza się w linii prostej, zakrzywiając się tylko wtedy, gdy przestrzeń jest zakrzywiona, co jest znaczące w horyzoncie zdarzeń czarnej dziury. Wszystkie możliwe ścieżki światła od źródła do krzywej w kierunku osobliwości, nie ma żadnych wzlotów, spowolnień ani odwrotów, są tylko wszystkie kierunki wskazujące na osobliwość. To powiedziawszy, wolałbym nie udzielić odpowiedzi, ponieważ wciąż uważam diagramy czasoprzestrzenne za mylące.

userLTK

Małe ostrzeżenie: wszystkie odpowiedzi opierają się na założeniu, że nasze rozumienie czarnych dziur (tj. Ogólna teoria względności, wraz z naszymi modelami czarnej dziury, w szczególności Schwarzschild i Kerr), opisuje wnętrze horyzontu zdarzeń z taką samą dokładnością, co opisuje na zewnątrz. Nie mamy powodu, by wierzyć w cokolwiek innego, ale zakładając, że te modele są rzeczywiście (bliskie) prawdzie, nigdy nie znamy faktycznej odpowiedzi.

Arthur

Miałem wrażenie, że pojęcia „w górę” i „na zewnątrz” nie mają sensu w kontekście wnętrza horyzontu zdarzeń czarnej dziury.

emory

Z mojego ograniczonego zrozumienia pojęcia takie jak „prędkość” i „kierunek” tak naprawdę nie mają sensu w czarnych dziurach.

user253751

@ Fandango68 Nie. Kiedy zobaczysz „okrągłą nierotującą czarną dziurę”, wyobraź sobie „czarną dziurę, w której horyzont zdarzeń jest powierzchnią kuli”. Nie mówi wiele o wewnętrznej strukturze czarnej dziury, która jest zwykle obrazowana jako rodzaj „lejka” (przyjmującego szalone kształty z udziałem rotacji i elektromagnetyzmu) mocno zniekształconej czasoprzestrzeni, która może, ale nie musi ” koniec ”w osobliwości (której nie da się opisać ogólną teorią względności). A dlaczego okrągły horyzont zdarzeń? Z matematyki jest łatwiej. Posiadamy również modele do obracania i ładowania czarnych dziur, które nie są kuliste.

Luaan

Odpowiedzi:

To tak nie działa. Obserwator przy źródle światła (a nawet obserwatorzy gdziekolwiek indziej) zawsze zobaczy lokalnie światło poruszające się (w próżni) z prędkością światła.

Istnieje również poważny problem z eksperymentem myślowym. Nie jest możliwe posiadanie stacjonarnego źródła światła w horyzoncie zdarzeń czarnej dziury. On i wszystko inne w jego pobliżu musi poruszać się do wewnątrz. Jest to tak samo nieuniknione i nieuniknione, jak upływ czasu dla obserwatora poza horyzontem zdarzeń.

Moim zdaniem najlepszym „wizualnym” sposobem myślenia o sytuacji w horyzoncie wydarzenia jest wyobrażenie sobie swoich fotonów światła, takich jak łosoś, próbujący płynąć pod prąd, podczas gdy jesteś na łodzi płynącej strumieniem i wypuszczającej łososia do wody . Zawsze zobaczysz łososia pływającego z pewną prędkością w stosunku do swojej łodzi. Niestety, jeśli strumień płynie wystarczająco szybko, łosoś nie zrobi żadnego postępu i oboje zostaniesz zmieciony nad wodospadem (osobliwość) nieco dalej.

Podobnie twój zdrowy rozsądek zawodzi w sytuacji, gdy strzelasz światłem w kierunku czarnej dziury. Światło jest zawsze mierzone lokalnie z prędkością . Następuje konsekwencja tej zasady, która prowadzi do wszystkich dziwnych zachowań, które wykazują czarne dziury. $c$

Rob Jeffries
źródło

@ tnt-rox W horyzoncie zdarzeń nie ma czegoś takiego jak statyczny obserwator (czasem nazywany obserwatorem powłoki).

Rob Jeffries

c

$c$

Nie próbuj tego w domu.

Strawberry

Pamiętam, jak Leonard Susskind używał tego samego „ryby pływającej pod prąd” w swoich wykładach. Dobrze oddaje esencję.

TT.

@EricDuminil Miałem wrażenie, że światło zawsze przemieszcza się w punkcie c, ale w próżni odbija cząsteczki, powodując, że podąża dłuższą ścieżką i spowalnia SEEM.

Feathercrown

Nie można przekroczyć prędkości światła „lokalnie”. Ale możesz - zobacz - wyobraź sobie, że ^* odległości rosną szybciej niż prędkość światła .

Jeśli podróżując masz na myśli „poruszanie się w porównaniu do lokalnej czasoprzestrzeni”, światło nie może podróżować szybciej niż prędkość światła. W twoim przykładzie odległość rośnie szybciej niż prędkość światła, ponieważ czasoprzestrzeń jest przeciągana wewnątrz czarnej dziury przez jej grawitację.

_{* W rzeczywistości nie możesz go „zobaczyć”, ponieważ potrzebujesz trochę informacji, aby jakoś to zrobić! To nie jest możliwe, ponieważ tego cholernie c ograniczeń.}

J. Chomel
źródło

@ j-chomel twoja odpowiedź jest genialna, szczególnie podoba mi się „odległości rosną szybciej niż prędkość światła” teraz, kiedy zaczynam rozumieć tę koncepcję.

tnt-rox

@ TNT-rox, miałem podobne pytanie jakiś czas temu, i wiele się nauczyłem od odpowiedzi uzyskałem: astronomy.stackexchange.com/questions/19909/... .

J. Chomel

Właśnie dlatego średnica widzialnego wszechświata (93 miliardy lat świetlnych) może być większa niż liczba lat od jego powstania (13,8 miliarda lat).

vsz

Prędkość światła pozostanie stała. Chociaż sposób, w jaki jest postrzegany w pobliżu czarnej dziury, zmienia się w zależności od tego, gdzie i jak jest postrzegany, pozostanie stały. Prędkość światła nie rośnie ani nie maleje tylko dlatego, że znajduje się w pobliżu czarnej dziury.

Ciemna materia
źródło