Теоретически возможно ли покинуть классическую черную дыру силой?

Конечно, до тех пор, пока он никогда не пересекает горизонт событий. Как только он пересекает горизонт событий, он исчезает навсегда. Гравитация на самом деле не сила. Это побочный эффект искривления пространства. Как только вы пересекаете горизонт событий, пространство становится таким искривленным, что выхода из него просто не остается. Все мировые линии указывают на сингулярность в центре черной дыры.

Вот две мысли, которые могут помочь вашей интуиции.

1. В специальной теории относительности, если на тело действует постоянная сила, то оно имеет постоянное собственное ускорение. Разгоняется и разгоняется. Но его скорость по-прежнему стремится только к$c$(относительно всего остального).

2. В случае с черной дырой, как только тело оказывается внутри горизонта, оно так же неизбежно переносится в сингулярность, как мы с вами переносимся в следующую неделю. Это не столько вопрос медленного и быстрого, сколько будущего и прошлого. Для событий внутри горизонта все будущее лежит внутри горизонта. Как только вы пересекли его извне, горизонт оказывается в вашем прошлом. Поэтому вместо «однажды за горизонтом» лучше сказать «после пересечения горизонта».

Я +1 к ответу Ryan_L, потому что я думаю, что это представляет собой очень разумную интерпретацию цели вашего вопроса с ответом, который является правильным в рамках этой интерпретации. Тем не менее, после некоторых комментариев по этому вопросу, вот ответ, который дает другую интерпретацию вашего вопроса.

Предпосылка вопроса заключается в том, что ваш камень может иметь «бесконечное топливо», а также (неявно) иметь конечную массу. (Если бы он имел бесконечную массу, то по$F=ma$никакая конечная сила не была бы достаточно велика, чтобы ускорить его, не говоря уже о том, что центр масс системы Земля-камень будет находиться в камне, так что в этом случае вы будете думать о камне, двигающем Землю. Я предполагаю, что с «бесконечным» топливом вы могли бы также выдвинуть гипотезу о «бесконечной» порожденной силе, но я не буду вдаваться в это, потому что к тому времени вы оставили основную физику.)

Конечно, даже в ньютоновском случае это невозможно. Но если мы как-то примем это, в ньютоновском случае, возможно, как приближение к топливу с предельной плотностью энергии, то присутствие этого топлива не меняет динамики. Мы предполагаем, что законы Ньютона, поскольку мы занимаемся физикой в ​​рамках Ньютона, применимы, и вы можете использовать$F=ma$может быть, чтобы сдвинуть свой камень, если вы все отслеживаете, используя ракетное уравнение для учета изменения массы по мере расходования топлива.

Однако в случае общей теории относительности нас интересует общая плотность энергии массы для определения пространства-времени в дополнение к динамике вашего камня в пространстве-времени. Итак, ваш камень с «бесконечным топливом» (что бы это ни значило), по-видимому, немного искривит само пространство-время. Ваше заявленное количество топлива теперь либо создает проблему согласованности, либо кардинально меняет проблему по сравнению с тем, что вы изначально намеревались описать. Последняя возможность отличается от ньютоновского случая, когда предположение было сомнительным, но не изменило уравнения движения. Теперь, чем больше вы пытаетесь добавить топлива для побега, тем больше вы меняете структуру пространства-времени, что, в свою очередь, увеличивает количество топлива, которое вам нужно. Даже как ограничивающий процесс, я подозреваю, что он расходится или иным образом делает "неприятный"

Хотя мы можем взглянуть на ньютоновскую физику и увидеть, что объект со скоростью убегания больше, чем$c$породило бы многие свойства того, что мы сейчас знаем как черные дыры, поведение черных дыр сложнее, чем то, что видно с ньютоновской точки зрения. Тот факт, что объекты не могут покинуть черную дыру, означает нечто большее, чем просто «все движется медленнее, чем скорость убегания».

Даже если это не было из-за эффектов общей теории относительности, эффектов специальной теории относительности, таких как объекты, приобретающие массу-энергию по мере их ускорения, и масса-энергия, приближающаяся к бесконечности по мере приближения объекта.$c$, предотвратит побег объекта. Опять же, это не принимает во внимание фактические эффекты общей теории относительности, но, поскольку вы, по-видимому, не знакомы с этим уровнем физики, нижеследующее объясняет, почему даже без них ваша идея о ракете, покидающей черную дыру, не работает. .

Камень с двигателем с бесконечным запасом топлива может двигаться со скоростью 1 м/с и при этом покинуть Землю.

Бесконечное топливо невозможно. Так что я интерпретирую это как «достаточное количество топлива». Сколько достаточно? Что ж, если бы он уже двигался со скоростью убегания, то определенный процент его массы-энергии составлял бы компонент его кинетической энергии. Назовите этот процент$p$. Чтобы ракета, стартующая с нулевой скоростью, покинула Землю, процентная доля ее массы, состоящей из топлива, должна быть не менее (в действительности, из-за неэффективности, намного больше)$p$.

Когда объект приближается к скорости света, процент его массы-энергии, то есть кинетической энергии, приближается к 100%. Итак, если скорость убегания тела$c$, то ракета, стартующая с нулевой скоростью на поверхности, должна состоять только из топлива и иметь способ преобразования этого топлива в кинетическую энергию с идеальной эффективностью. Как только скорость убегания превысит$c$, более 100% ракеты пришлось бы заправлять топливом.

Это показывает, что такой анализ не работает, когда у вас есть объект, достаточно массивный, чтобы быть черной дырой. Чтобы точно понять, как это ломается, вам нужно понять общее относительно, но, по крайней мере, это показывает, что то, что вы предлагаете, не работает.

Ракета над черной дырой сжигает за одну миллисекунду (время на бесконечности) одну тонну (собственная масса) топлива, направляя свой выхлоп в черную дыру. Масса черной дыры увеличивается на 500 кг (при измерении на бесконечности).

Другая ракета в более низком положении, чем предыдущая, сжигает за две миллисекунды (время на бесконечности) одну тонну (собственная масса) топлива, направляя свой выхлоп в черную дыру. Масса черной дыры увеличивается на 250 кг (при измерении на бесконечности).

Эти две ракеты должны быть идентичными. Они сжигают одну и ту же собственную массу топлива за одно и то же собственное время.

Наблюдатели внутри этих двух ракет чувствуют одинаковую силу. Итак, мы говорим, что две ракеты производят одинаковую собственную силу.

Если нижняя ракета не поднимается, а верхняя поднимается, мы можем видеть, наблюдая издалека, разные причины этого:

1) выхлоп имеет меньшую массу 2) топливо сгорает медленнее 3) сила тяжести больше

Третий менее важен, чем два других. Гравитационная сила изменяется на небольшую величину, когда расстояние до центра черной дыры изменяется на небольшую величину, в то время как замедление времени приближается к бесконечности, когда расстояние до горизонта событий приближается к нулю.