Почему свет не может пройти за горизонт событий?

В классической физике существует понятие темной звезды , которое было распространено еще в 18 веке. Идея именно та, о которой вы говорите - объект, масса которого настолько велика, что скорость убегания с его поверхности превышает$c$. Сам Ньютон полагал, что свет подобен частице, и смысл темной звезды в том, что световые частицы, испускаемые с ее поверхности, будут перемещаться наружу на некоторое расстояние, достигать точки поворота, а затем падать обратно.

Это не то, что черная дыра. Радиус Шварцшильда$r_s = \frac{2GM}{c^2}$равен критическому радиусу классической темной звезды только по счастливому совпадению размерного анализа$^\dagger$; хотя свойства черной дыры могут быть внешне похожи на свойства темной звезды, это очень, очень разные объекты.

Один из способов подумать о том, что происходит на радиусе Шварцшильда, состоит в том, чтобы отметить, что при$r=r_s$, природа пространства и времени в некотором смысле перевернута. Радиальная координата (которая в общих чертах описывает расстояние до сингулярности в центре черной дыры) становится «подобной времени», в то время как координатное время становится «подобным пространству»; в результате объект (или даже фотон) в пределах горизонта событий может избежать сингулярности не больше, чем внешний наблюдатель мог бы избежать в следующий вторник.

В отличие от классического представления о темной звезде, дело не в наличии достаточной энергии, чтобы вырваться из черной дыры, а в том, что когда вы находитесь внутри горизонта событий, нет направленных в будущее времяподобных кривых (которые являются путями следуют массивные объекты), которые не уводят вас в сингулярность.

$^\dagger$Под этим я подразумеваю, что если вы хотите использовать постоянную Ньютона$G$, масса объекта$M$, а скорость света$c$сделать дистанцию, ваш единственный выбор$\sim GM/c^2$- иначе не получилось бы юнитов. Тот факт, что дополнительный фактор$2$в радиусе Шварцшильда совпадает с критическим радиусом ньютоновской темной звезды.