Могут ли вещи двигаться быстрее света внутри горизонта событий черной дыры?

Я думаю, что ваш первоначальный вопрос хороший, но текст становится немного более беспорядочным и охватывает несколько разных моментов.

Могут ли вещи двигаться быстрее света внутри горизонта событий черной дыры?

Хороший вопрос.

Черные дыры — это области пространства, где происходят странные вещи.

Я на 100% согласен с этим утверждением. Я думаю, что это достаточно верное резюме, и я уверен, что слышал, как физики тоже говорят это. Даже если «Странный» не является четко определенным научным термином, я согласен с этим на 100% (даже без цитирования).

За горизонтом событий черной дыры любая движущаяся частица мгновенно испытывает гравитационное ускорение по направлению к черной дыре, которое компенсирует ее текущую скорость, даже скорость света. Это означает, что гравитационный колодец черной дыры должен мгновенно ускоряться от -C* до 0 ✝.

Вы тут кого-то цитируете? Во всяком случае, это не совсем так. Черные дыры не ускоряют вещи от -c (что, как я предполагаю, будет световым лучом, пытающимся улететь от сингулярности, но внутри горизонта событий) до 0 «мгновенно».

Возможно, лучший способ взглянуть на это — рассмотреть кривизну пространства, а внутри черной дыры пространство искривляется настолько, что все направления указывают на сингулярность. Это сценарий «все дороги ведут в Рим», даже если вы сделаете полный разворот на 180 градусов, вы все равно будете на пути, ведущем к сингулярности.

Я понимаю искушение смотреть на это как на замедление, но я думаю, что это плохой способ думать об этом. Свет не замедляется, он следует за искривлением пространства.

Учитывая этот факт, мы можем предположить, что гравитационное ускорение черных дыр равно С/мг**. Учитывая это, само собой разумеется, что в последующие мгновения частица будет двигаться со скоростью большей, чем С, потому что она испытывает большие гравитационные силы и постоянное гравитационное ускорение. Есть ли в этом смысл? Есть ли что-то, что мне здесь не хватает? По этой логике кажется, что все внутри горизонта событий черной дыры может и должно двигаться быстрее, чем C, из-за гравитационного ускорения.

за пределами черной дыры непрерывное ускорение никогда не приведет к скорости, превышающей C. Вы можете ускоряться на миллиарды и триллионы лет, и все, что вам нужно сделать, это просто добавить больше девяток справа от запятой.

Кажется, вы предполагаете, что это может произойти внутри черной дыры, но я не уверен, почему вы это предполагаете.

"непрерывное гравитационное ускорение" - каким бы сильным оно ни было, не является гарантией перемещения со скоростью, превышающей скорость света. Это логически противоречит законам относительности.

Редактировать: я показал этот вопрос другу, и он спросил, могут ли гипотетические частицы, излучаемые из сингулярности (фотон, движущийся точно от черной дыры), быть излучением хобота; то есть гравитационное ускорение черной дыры достаточно сильно только для того, чтобы искривить путь света вокруг ненулевого радиуса (таким образом, не останавливая его, а изменяя его курс), и недостаточно сильно, чтобы замедлить свет. Это на самом деле и есть радиация Хокинга, или он так же запутался, как и я?

Я думаю, что более правильный способ смотреть на излучение Хокинга — это рассматривать его как нечто, формирующееся сразу за пределами черной дыры, пару частица/античастица, и одна улетает, а другая падает внутрь, и это, вероятно, тоже не на 100% правильно. , но сама сингулярность не испускает частиц. Излучение Хокинга связано с квантовыми свойствами пространства. Это не свойство черных дыр. Черная дыра уникальна тем, что может захватить одну половину пары виртуальных частиц, а другая половина может ускользнуть.

Это также довольно другая тема, чем ваш первоначальный вопрос.

* Там, где движение к сингулярности считается положительной величиной, движение от сингулярности является отрицательной величиной, то есть все, что движется со скоростью света от сингулярности, будет двигаться со скоростью -C относительно сингулярности. . ✝Если бы он не мог мгновенно ускориться от -C до 0, любой фотон, летящий точно от черной дыры, смог бы покинуть горизонт событий.

**Мгновенье — это произвольное количество времени, это может быть доля секунды, секунда, минута....

Я считаю хорошей идеей различать безмассовые частицы чистой энергии и частицы с массой. Кажется, вы говорите, что луч света может удаляться от черной дыры со скоростью света, подпадать под действие гравитации, замедляться, а затем падать обратно в черную дыру, как мячик, подброшенный прямо в воздух. с поверхности Земли. Это, вероятно, не то, что происходит. Луч света движется впереди себя по траектории пространства-времени, которая оказывается настолько искривленной, что указывает на черную дыру, даже если в классическом смысле свет начинает с направления в сторону. Все пространство искривляется в сингулярность, когда вы находитесь внутри горизонта событий, так что больше нет «вдали от». По крайней мере, я так думаю, что это работает.

Краткий ответ на ваш главный вопрос: «Могут ли вещи двигаться быстрее света внутри горизонта событий черной дыры?» нет. Текст вашего вопроса становится запутанным и содержит много неверных предположений. На горизонте событий или рядом с ним не происходит «особого» ускорения. Если бы вещи могли двигаться там со скоростью, превышающей скорость света, то они потенциально могли бы выбраться из черной дыры. Дыра «черная», потому что вещи ограничены скоростью света и из-за искривления пространства-времени.

Могут ли вещи двигаться быстрее света внутри горизонта событий черной дыры?

Мы не знаем. У нас нет общепринятой, поддающейся проверке — или, что еще важнее, поддающейся проверке — теории о том, что находится внутри горизонта событий. И это не потому, что наши аппараты недостаточно мощные (пока), это носит принципиальный характер. Если что-то ничего не излучает, как мы можем что-то обнаружить?

Это, однако, маловероятно, поскольку « обычно предполагается, что фундаментальные константы, такие как с , имеют одно и то же значение в пространстве-времени, а это означает, что они не зависят от местоположения и не меняются со временем». “.

Хорошо, есть излучение Хокинга , но оно излучается близко к поверхности горизонта событий (снаружи).

Кстати, вещи могут двигаться быстрее, чем свет на Луне. Если вы держите в руке лазер, достаточно сильный, чтобы создать световое пятно на Луне, и если вы вращаете руку достаточно быстро (с частотой более 0,76–0,82 Гц, т. е. около четверти оборота за треть секунды… это легко сделать [выберите Преобразование единиц измерения: больше там, затем прокрутите вниз]) световое пятно движется быстрее, чем$c$.

ПОЖАЛУЙСТА, ОБРАТИТЕ ВНИМАНИЕ: в движении точки проекции лазерного луча не происходит передачи массы, энергии или информации ! Итак, Ньютон, Гюйгенс, Рёмер, Брэдли, Физо, Фуко, Ньюкомб, Араго, Френель , Майкельсон и Морли , Эйнштейн и многие другие по-прежнему правы.

За горизонтом событий черной дыры любая движущаяся частица мгновенно испытывает гравитационное ускорение по направлению к черной дыре...

Не только за горизонтом событий . На самом деле, везде в остальной части Вселенной. Помните, что гравитация не может быть экранирована и имеет неограниченный радиус действия. Так что это происходит не сразу , как только оно пересекает горизонт событий, а уже задолго до этого. (Кстати, мгновенное , т.е. с нулевым$\Delta t$, в сочетании со скоростью приводит к таким терминам, как$\frac {\Delta s} 0$. Математикам — а также физикам — это не слишком нравится.)

... это компенсирует его текущую скорость, даже скорость света.

Отменить до нуля? Нет. Дело в том, что масса черной дыры так сильно искривляет пространство, что частицы (или свет) остаются внутри горизонта событий, продолжая двигаться по геодезическим линиям, которые представляют собой прямые линии в евклидовом пространстве , которые мы знаем из повседневного опыта, но не таковы . прямо совсем рядом (большие) массы; см. эксперимент Эддингтона и гравитационная линза .

Это означает, что гравитационный колодец черной дыры должен мгновенно ускоряться от -C¹ до 0².

Нет, это не обязательно. (Примечание: уменьшение величины [или длины] вектора скорости обычно называют замедлением .)

Учитывая этот факт, мы можем предположить, что гравитационное ускорение черных дыр равно С/мг³.

Нет, мы не можем этого предположить. Мы можем положиться на закон всемирного тяготения Ньютона.

где сила для

уменьшается пропорционально квадрату расстояния, и поэтому ускорение уменьшается одинаково. Ближе к черной дыре нам придется использовать уравнения Эйнштейна его ОТО .

Как это часто бывает в GR, это зависит от того, кто и что именно измеряет, но в основном ответ — нет.

Как вы измеряете скорость? Вы берете часы и видите, сколько времени вам потребуется, чтобы пройти между двумя фиксированными точками с известным расстоянием между ними. В качестве альтернативы вы можете попросить кого-нибудь в фиксированном положении измерить вашу скорость с помощью радара, когда вы проезжаете мимо.

Ни один из этих вариантов не доступен внутри горизонта событий черной дыры. Фиксированных точек нет. Вы не можете возводить стационарные верстовые столбы, потому что все должно двигаться внутрь. Фактически, правильное расстояние между любыми двумя радиальными координатами внутри горизонта событий является воображаемым (то есть квадратным корнем из отрицательного числа), что говорит вам о том, что невозможно измерить расстояние между координатами с помощью измерительной линейки. Точно так же никто не может измерить вашу скорость с помощью радара по той же причине - не может быть наблюдателя в какой-то фиксированной радиальной точке для измерения вашей скорости.

Почему же тогда я уверен, что вы путешествуете медленнее света? Потому что то, что вы можете сделать, это попытаться направить входящий световой импульс к сингулярности. Легко показать, что, начиная с любой радиальной координаты и используя любую временную координату, свет всегда попадает туда первым — поэтому вы не двигаетесь со скоростью, превышающей скорость света.

В этом вопросе есть множество моментов, которые не согласуются с общерелятивистским мышлением. Гравитация не является силой в ОТО. Падающее тело не испытывает ускорения, оно просто следует по траектории, максимизирующей собственное время между двумя событиями. Это не значит, что$d^2r/dt^2 = 0$(это не так), но никто не измеряет$r$или$t$и говоря$dr/dt>c$внутри горизонта событий имеет такое же значение, как и указание на то, что если вы движетесь достаточно быстро, то можете добраться до ближайших звезд за минуты, которые измеряются вашими собственными часами, но никто никогда не скажет, что ваша скорость была$>c$. Свет тоже не ускоряется. Всегда измеряется, чтобы путешествовать в$c$при измерении в любой локальной инерциальной системе отсчета.

Предположим, что объект падает в черную дыру. Когда объект пересекает горизонт событий, он должен двигаться со скоростью света, потому что, если вы измените путь, он едва выберется из черной дыры, если будет двигаться со скоростью света. Поэтому за горизонтом событий естественно думать, что скорость должна быть больше. Обычно вы не можете толкать что-то быстрее, чем с, потому что его масса увеличивается, но гравитационное ускорение не зависит от массы, так почему же оно не продолжает ускоряться? Каким-то образом массе не дают двигаться дальше, даже если она находится в гравитационном поле. Вы должны представить себе картину, где все объекты путешествуют в пространстве-времени со скоростью света, а гравитационная сила, с которой мы сталкиваемся, всего лишь артефакт формы пространства-времени, в нашем путешествии сквозь пространство-время не происходит реального ускорения, оно всегда со скоростью света. Внутри черной дыры скорость все та же, но пространство-время искривлено настолько, что наши обычные представления о пространстве и времени больше не применимы. Нет «верха», есть только «низ», и время течет и вперед, и назад. Таким образом, мы попадаем в беду, если пытаемся применить наши представления здравого смысла о скорости и ускорении.