Что происходит с длиной волны/частотой фотона, когда он проходит через горизонт событий?

Я задавал аналогичный вопрос о фотонах и черных дырах, но хотел перефразировать его более конкретно, так что вот...

С тех пор, как я узнал, что длина волны и частота фотона неразрывно связаны со скоростью света, мне стало интересно, что это говорит нам о самой скорости света. Внесите в картину красно-синее смещение, и я начал думать о крайних случаях, например, может ли фотон когда-либо смещаться в бесконечность (бесконечно большая длина волны или бесконечно большая частота). В одном из ответов на мой первоначальный вопрос упоминается, что фотон, выпущенный точно на горизонте событий в радиальном направлении прямо от центра черной дыры, застрянет там. Используя терминологию пределов, мы бы сказали, что «поскольку расстояние от точки высвобождения фотона до горизонта событий стремится к нулю», мы, кажется, подразумеваем, что на горизонте событий фотон не будет двигаться., это, конечно, нарушает другие законы физики, поэтому я и задаю вопрос. Кажется, это сценарий, который должен осветить тьму внутри черной дыры . Я не лукавлю, я искренне верю, что в наших подходах есть что-то, чего нам не хватало, например, изучение физических пределов, таких как абсолютный ноль. Есть ли связь между тем, почему атом не может быть охлажден до 0К точно так же, как фотон никогда не может двигаться со скоростью ниже с, в какой бы среде он ни оказался?

Простите меня и, пожалуйста, поправьте меня, если я плохо описываю, у меня нет надлежащего словарного запаса; моя цель — понять, существует ли связь, а не написать что-нибудь для рецензируемого журнала. Если атомы, охлажденные до температур, приближающихся к 0 Кельвина, начнут образовывать конденсат Бозе-Эйнштейна из-за перекрытия их квантовых волновых функций, возникнет ли аналогичный эффект при приближении фотонов к горизонту событий (ГС)? Если фотоны не могут на самом деле пройти через ЕН, то является ли ЕН более похожей на физическую поверхность в том смысле, что, поскольку фотоны не могут пройти через ЕН, уравнения, пытающиеся описать внутреннюю часть, на самом деле бессмысленны, так же как попытка делить на ноль или найти квадратный корень из -1? Это приводит к другим вопросам, например, если фотоны (и я' m, предполагая, что атомы тоже) не могут пройти ЭД, то любое вещество, попадающее в черную дыру после образования ЭД, никогда не достигло бы сингулярности, и, таким образом, распределение этой новой массы сформировало бы сферу вблизи ЭД? Будет ли правильно сказать, что эта новая материя «кажется» добавляющей массу сингулярности из-за своего распределения, хотя на самом деле никогда не находится в сингулярности? Я знаю, что это больше, чем один вопрос, но я не уверен, как разбить его на лучшие куски, предложения приветствуются. добавить массу к сингулярности из-за ее распределения, никогда не находясь в сингулярности? Я знаю, что это больше, чем один вопрос, но я не уверен, как разбить его на лучшие куски, предложения приветствуются. добавить массу к сингулярности из-за ее распределения, никогда не находясь в сингулярности? Я знаю, что это больше, чем один вопрос, но я не уверен, как разбить его на лучшие куски, предложения приветствуются.

Это много вопросов. Вероятно, вам понравится читать хорошую научно-популярную книгу о черных дырах. Лично мне очень нравится книга Кипа Торна « Черные дыры и искажения времени» , но книга Ленни Сасскинда « Война черных дыр» более современна и охватывает такие темы, как комплементарность черных дыр (что имеет отношение к некоторым вопросам, которые вы задаете).
В конце концов вы должны понять, что на этот вопрос нельзя ответить, потому что вы пытаетесь смешать КМ с ОТО, а это не работает именно для черных дыр... В этом вся дилемма нашей физической жизни.
Я не знал, что я вовлек QM здесь. Искренне, я был бы признателен, если бы узнал, как я участвовал в обоих. Меня не интересует квантовая шкала, излучение Хокинга и т. д., а только взаимосвязь между частотой и длиной волны в крайне возмущенном/искривленном пространстве, которую, как я полагаю, можно найти с космологическим или гравитационным красным смещением.

Ответы (2)

Отвечая на ваши вопросы один за другим:

  1. Фотоны — это бозоны. Я действительно думаю, что некоторые явления такого рода могут формироваться, описываемые квантовой теорией поля. Однако мне неизвестны какие-либо прогнозы или объяснения сценария, который вы упомянули. Может быть, я когда-нибудь попытаюсь расследовать это.
  2. Что ж, на самом деле свет все равно движется со скоростью света в горизонте событий. Однако, поскольку они следуют за своим свободным падением, просто случается, что они не убегают из черной дыры. Горизонт событий не является физической поверхностью (например, фотоны могут влететь в черную дыру). На самом деле локальные горизонты событий ничем не отличаются от любой другой точки пространства-времени. Это заблуждение, что горизонты событий или внутренности черных дыр чем-то отличаются от других областей пространства-времени. На самом деле разницы нет. Просто их кривизна и, следовательно, геодезические, геодезические отклонения различны. Обратите внимание, что в сложных и сверхсложных системах вы можете взять квадратный корень из -1.
  3. Отвечая на все ваши другие вопросы здесь. Как я уже объяснял, горизонт событий НЕ является физической поверхностью. Объекты ДЕЙСТВИТЕЛЬНО проваливаются сквозь черную дыру. На самом деле горизонты событий, как и любые другие поверхности в пространстве-времени общей теории относительности, локально одинаковы. Так что забудьте о предположениях.

Теперь отвечая на вопрос в вашем заголовке: Ничего. Позвольте мне процитировать себя...event horizons, as with any other surfaces in spacetime of general relativity, are locally the same. So forget the speculation.

В одном из ответов на мой первоначальный вопрос упоминается, что фотон, выпущенный точно на горизонте событий в радиальном направлении прямо от центра черной дыры, застрянет там.

...

мы, кажется, подразумеваем, что на горизонте событий фотон не будет двигаться, это, конечно, нарушает другие законы физики, поэтому я задаю вопрос.

Это необходимо решить.

Хотя верно то, что фотон остается на горизонте, вы должны прийти к пониманию того, что фотон там, тем не менее , движется .

Это лучше всего визуализировать с помощью координат Крускала-Секереса :

введите описание изображения здесь

В этих координатах видно, что горизонт, световой конус события в начале координат, является светоподобным .

И в этих координатах ясно, что фотон на горизонте не «стоит на месте»; пространственная координата действительно меняется.

Тот факт, что радиальная координата Шварцшильда не меняется, не означает, что фотон там не движется. Координаты Шварцшильда сингулярны на горизонте, но пространство-время там совершенно регулярно.

Фактически координаты Шварцшильда не включают горизонт, за исключением события в начале координат диаграммы Крускала, т. е. координаты Шварцшильда r=2M при любом значении t являются координатами начала координат.

Кредит изображения

Хорошая визуализация!
Предположим, что фотон, испускаемый на горизонте, движется, какова будет его длина волны/частота? Уходят ли они в ноль/бесконечность?
@KellyS.French, длина волны/частота в зависимости от кого ?
Хм, тут я немного растерялся. Я люблю ваше "согласно кому?" но я не пытаюсь выбрать конкретную систему отсчета, а спрашиваю о существовании системы отсчета, в которой условия экстремальны, чтобы мы могли исследовать взаимосвязь между частотой и длиной волны. Поскольку f = c/h (извините, я не могу ввести гамму, поэтому h представляет собой длину волны) и c является постоянной величиной, что происходит, когда фотон сталкивается с окружающей средой, вызывающей почти бесконечное красное смещение? Если длина волны стремится к бесконечности, не будет ли частота приближаться к нулю? Может ли Вселенная вызвать такое состояние?