Tốc độ ánh sáng trong một lỗ đen

Nếu tôi có một nguồn phát photon định hướng và đặt nó vào một lỗ đen hướng lên trên và hướng ra vũ trụ nhìn thấy được, tôi cho rằng các photon truyền đi với tốc độ ánh sáng sẽ chậm lại và quay ngược về trung tâm.

Vì vậy, nếu tôi lấy cùng một nguồn và đặt nó bên ngoài lỗ đen hướng vào trung tâm lỗ đen, tôi có thể cho rằng một photon phát ra sẽ truyền tới trung tâm nhanh hơn tốc độ ánh sáng mà nó đang truyền đi không?

black-hole photons

— tnt-rox
nguồn

Tôi đã bình chọn cho bạn vì tôi yêu hình ảnh, nhưng ánh sáng không hành xử như vậy. Ánh sáng truyền theo một đường thẳng, chỉ cong khi không gian bị cong, đáng kể, bên trong chân trời sự kiện của lỗ đen. Tất cả các đường ánh sáng có thể từ đường cong nguồn của bạn hướng tới điểm kỳ dị, không có bất kỳ sự tăng, giảm hay đảo ngược nào, chỉ có tất cả các hướng ở điểm kỳ dị. Điều đó nói rằng, tôi không muốn làm cho câu trả lời này vì tôi vẫn thấy các sơ đồ không gian thời gian khó hiểu.

— dùngLTK

Cảnh báo nhỏ: Tất cả các câu trả lời ở đây dựa trên giả định rằng sự hiểu biết của chúng ta về các lỗ đen (nghĩa là thuyết tương đối rộng, cùng với các mô hình của chúng ta về lỗ đen, đáng chú ý nhất là Schwarzschild và Kerr), tiếp tục mô tả bên trong chân trời sự kiện với độ chính xác tương tự nó mô tả bên ngoài. Chúng tôi không có lý do để tin bất cứ điều gì khác, nhưng giả sử những mô hình này thực sự (gần với) sự thật, chúng tôi không bao giờ có thể biết câu trả lời thực tế.

— Arthur

Tôi có ấn tượng rằng các khái niệm "lên" và "ra" không có ý nghĩa gì trong bối cảnh bên trong chân trời sự kiện của một lỗ đen.

— emory

Từ hiểu biết hạn chế của tôi, các khái niệm như "tốc độ" và "hướng" không thực sự có ý nghĩa bên trong các lỗ đen.

— dùng253751

@ Fandango68 Chúng tôi không. Khi bạn thấy "lỗ đen không quay tròn", hãy tưởng tượng "một lỗ đen trong đó chân trời sự kiện là bề mặt của một quả cầu". Nó không nói nhiều về cấu trúc bên trong của lỗ đen, thường được mô phỏng như một "cái phễu" (mang hình dạng điên với sự quay và điện từ liên quan) của thời gian không gian bị biến dạng nặng có thể hoặc không " kết thúc "trong một điểm kỳ dị (không thể mô tả bằng thuyết tương đối rộng). Và tại sao vòng chân trời sự kiện? Toán học dễ hơn. Chúng tôi cũng có các mô hình cho các lỗ đen quay và tích điện, không phải hình cầu.

— Luaan

Câu trả lời:

Nó không hoạt động như thế. Một người quan sát tại nguồn sáng (và thực sự là bất kỳ người quan sát nào ở bất kỳ nơi nào khác) sẽ luôn thấy ánh sáng truyền đi (trong chân không) với tốc độ ánh sáng cục bộ.

Ngoài ra còn có một vấn đề lớn với thí nghiệm suy nghĩ của bạn. Bạn không thể có một nguồn sáng cố định trong chân trời sự kiện của một lỗ đen. Nó, và mọi thứ khác trong vùng lân cận, phải di chuyển vào trong. Điều này là không thể tránh khỏi và không thể tránh khỏi như là thời gian cho một người quan sát bên ngoài chân trời sự kiện.

Theo tôi, cách suy nghĩ "trực quan" tốt nhất về tình huống bên trong chân trời sự kiện là tưởng tượng các photon ánh sáng của bạn như cá hồi đang cố gắng bơi ngược dòng, trong khi bạn đang ở trên một con thuyền chảy theo dòng nước và thả cá hồi xuống nước . Bạn sẽ luôn thấy cá hồi bơi ở tốc độ nào đó đối với thuyền của bạn. Thật không may nếu dòng chảy đủ nhanh thì cá hồi sẽ không tiến triển và cả hai bạn sẽ bị cuốn qua một thác nước (điểm kỳ dị) ở xa hơn một chút về phía hạ lưu.

$c$

— Cướp bóc
nguồn

@ tnt-rox Không có thứ gọi là người quan sát tĩnh (đôi khi được gọi là người quan sát vỏ) bên trong chân trời sự kiện.

— Rob Jeffries

c

$c$

Đừng cố gắng này ở nhà.

— Dâu

Tôi nhớ Leonard Susskind sử dụng cùng một "con cá bơi ngược dòng" trong các bài giảng của mình. Nó nắm bắt được bản chất tốt.

— TT.

@EricDuminil Tôi có ấn tượng rằng ánh sáng DOES luôn truyền đi ở c, nhưng trong môi trường không chân không, nó sẽ tách ra khỏi các hạt, khiến nó đi một quãng đường dài hơn và khiến nó SEEM chậm hơn.

— Feathercrown

Bạn không thể vượt quá tốc độ ánh sáng "cục bộ". Nhưng bạn có thể - tưởng tượng ^* khoảng cách tăng nhanh hơn tốc độ ánh sáng .

Nếu bằng cách di chuyển, bạn có nghĩa là "di chuyển so với thời gian không gian địa phương", thì ánh sáng không thể di chuyển nhanh hơn tốc độ ánh sáng. Trong ví dụ của bạn, khoảng cách tăng nhanh hơn tốc độ ánh sáng, bởi vì không thời gian bị kéo theo bên trong lỗ đen bởi trọng lực của nó.

_{* Thực tế bạn không thể "nhìn thấy" nó, bởi vì bạn sẽ cần một số thông tin để được chuyển đi bằng cách nào đó để làm điều tương tự! Điều này là không thể, bởi vì giới hạn c chết tiệt này .}

— J. Chomel
nguồn

@ j-chomel câu trả lời của bạn thật tuyệt vời, tôi đặc biệt thích "khoảng cách tăng nhanh hơn tốc độ ánh sáng" bây giờ khi tôi bắt đầu nắm bắt khái niệm này.

— tnt-rox

@ tnt-rox, tôi đã có câu hỏi tương tự cách đây một thời gian và đã học được rất nhiều từ những câu trả lời tôi nhận được: Astronomy.stackexchange.com/questions/19909/ Lỗi .

— J. Chomel

Đây chính xác là lý do tại sao đường kính của vũ trụ hữu hình (93 tỷ năm ánh sáng) có thể lớn hơn số năm kể từ khi được tạo ra (13,8 tỷ năm).

— vsz

Tốc độ của ánh sáng sẽ không đổi. Mặc dù cách nó được nhận thấy gần một lỗ đen thay đổi theo vị trí và cách nhận thức, nó sẽ không đổi. Tốc độ của ánh sáng không tăng hoặc giảm chỉ vì nó ở gần một lỗ đen.

— Vật chất tối
nguồn