Если фотоны не испытывают времени, то почему они не могут выбраться из черной дыры?

Скорость света:

Потому что с нашей точки зрения свет распространяется со скоростью 300 000 000 м/с.

Хотя, безусловно, верно, что мы видим свет, путешествующий на$c = 3 \times 10^8 ~\textrm{ms}^{-1}$, не менее важно отметить, что не только мы видим свет, движущийся с такой скоростью. Скорость света фактически неизменна для любого наблюдателя во Вселенной, независимо от того, насколько быстро или медленно он сам двигался в пространстве.

Пожалуйста, посмотрите эту ссылку о сокращении длины и замедлении времени , чтобы узнать, как масштаб ваших измерений изменяется при релятивистских скоростях.

Черная дыра:

На своем горизонте событий притягивает пространство к себе быстрее скорости света из-за того, что, хотя вы не можете путешествовать в пространстве быстрее скорости света, само пространство может растягиваться быстрее скорости света. Тогда это объяснило бы, почему мы не можем наблюдать свет, выходящий из черной дыры.

Вы правы в первом утверждении. Однако на Горизонте Событий Черная Дыра не тянет пространство (время и материю) просто для того, чтобы растянуть/расширить его. Он фактически искажает и сжимает пространство (время и материю) бесконечно мало до того, что известно как Сингулярность . Гравитационное притяжение Черной Дыры на Горизонте Событий настолько велико, что всему, что падает вниз, потребуется скорость более$c$Сбежать. И поскольку даже сам свет может двигаться только со скоростью$c$, он никогда не сможет выбраться из черной дыры, когда-то пойманной на Горизонте событий или внутри него.

Свет, выходящий из черной дыры.

Есть несколько вещей, которые следует учитывать. Итак, давайте ненадолго отвлечемся от света/фотона.

Точка зрения наблюдателя, падающего внутрь Чёрной Дыры:

Наблюдатель$O_{bh}$попадание внутрь черной дыры подверглось бы бесконечному замедлению времени , вызванному ее огромной гравитацией. Поэтому, говоря упрощенно, с точки зрения стороннего наблюдателя$O_{ext}$, казалось бы, что$O_{bh}$почти застрял на горизонте событий. Однако это не то же самое, что$O_{bh}$буквально застрял на горизонте событий.$O_{bh}$не почувствовали бы ничего особенного, происходящего с их ощущением времени. Теоретически они все еще могут столкнуться с сингулярностью за конечное время... если они смогут выжить, будучи сначала спагеттидированными , то есть.

Внутри горизонта событий:

Теперь, прежде чем перейти к чему-либо, что ускользает от черной дыры, мы можем начать спрашивать, что произойдет со светом/фотоном внутри черной дыры. Как следует из следующих замечательных вопросов и ответов, все, что попадает внутрь черной дыры, должно по существу отказаться от своего исходного состояния и быть сведено к сингулярности.

Может ли достаточно большая черная дыра быть без сингулярностей?

Также важно учитывать, что масса покоя фотонов равна нулю . Другими словами, они никогда не могут находиться в состоянии покоя. Однако они легко взаимодействуют с любыми другими частицами с массой, могут поглощаться такими частицами и передавать им свою энергию, после чего эту частицу с массой можно заставить остановиться.

Излучение Хокинга:

Теперь предполагается, что черные дыры испаряются за конечное время с помощью механизма, называемого излучением Хокинга , хотя это не было подтверждено, и еще не прошло достаточно времени, чтобы любая черная дыра во Вселенной испарилась. Можно (возможно?) утверждать, что излучение Хокинга может испускаться через/как фотоны, но это слишком большой кусок для меня, чтобы жевать!

Тем не менее, с этими указателями выше, вот что можно предположить по вашему основному вопросу....

С двумя взаимно спорными темами:

а) бесконечно малое пространство-время (сингулярность) и

(б) Нет неподвижности для фотонов

Нельзя сказать, остается ли фотон фотоном, когда-то пойманным в Горизонте Событий Черной Дыры (даже если он сможет уйти таким же позже!). С этой неопределенностью, если мы все еще рассматриваем спекулятивный случай, когда фотон покидает горизонт событий из-за излучения Хокинга (опять же, совершенно не зная, был ли это тот же самый фотон, который попал в черную дыру, или новый, испущенный из-за излучения ), время , которое он будет / может испытать между захватом и побегом (которое в любом случае бессмысленно равно нулю), не так сильно беспокоит, как другие проблемы.

Наконец, в качестве заключительного текста вы, возможно, захотите прочитать больше о нерешенной проблеме в физике, а именно: Информационный парадокс .