Warum kannst du einem Schwarzen Loch nicht entkommen?

@Florin hat absolut Recht, aber manchmal sagt ein Bild mehr als tausend Worte. Diese Website enthält mehrere Bilder und Erklärungen darüber, wie der zukünftige Lichtkegel beginnt, nur auf das Innere des Schwarzen Lochs zu zeigen, sobald Sie den Ereignishorizont passiert haben.

Hier ist eines der Bilder:

Die Zeit ist vertikal, der Zylinder stellt den Ereignishorizont dar und die Kegel sind die zukünftigen Lichtkegel für den Beobachter, wenn sie in das Schwarze Loch fallen.

Beachten Sie, dass selbst wenn der Beobachter augenblicklich auf fast Lichtgeschwindigkeit beschleunigen könnte, er immer noch auf den zukünftigen Lichtkegel beschränkt wäre. Sobald der Ereignishorizont überschritten ist, können sie also nicht entkommen.

UPDATE: Wie @Florin in einem Kommentar sagt, sind rotierende Schwarze Löcher noch seltsamer als das oben beschriebene nicht rotierende Schwarzchild-Schwarze Loch. Insbesondere gibt es eine Region außerhalb des Ereignishorizonts, die als Ergosphäre bezeichnet wird, wo die Raumzeit selbst schneller als mit Lichtgeschwindigkeit (relativ zu entfernten Sternen) um das Schwarze Loch herumgezogen wird. Es ist möglich, in die Ergosphäre einzutreten und dennoch in die Unendlichkeit zu entkommen. Tatsächlich kann ein Teil der Rotationsenergie der Schwarzen Löcher in dieser Region extrahiert werden und könnte eine Energiequelle für Gammastrahlenausbrüche sein.

Ich möchte auch darauf hinweisen, dass es kein lokales Experiment gibt, das durchgeführt werden kann, um festzustellen, wann der Beobachter den Ereignishorizont überschritten hat. Es wird sich ganz normal "anfühlen" - nur das zukünftige Ziel der Lichtstrahlen ändert sich beim Überqueren des Horizonts und ist lokal nicht bestimmbar. Tatsächlich muss das „normale Newtonsche“ Konzept der „Kraft“ der Schwerkraft am Horizont nicht besonders stark sein. Ein massereicheres Schwarzes Loch hat einen niedrigeren Ereignishorizont „Schwerkraft“. Eine handwinkende Art, dies zu sehen, ist, dass die Newtonsche Kraft proportional zu ist$\frac{1}{R^2}$aber der Radius des Ereignishorizonts ist proportional zur Masse,$M$; also ist die Oberflächenkraft proportional zu$\frac{1}{M}$. In diesem Wikipedia -Artikel finden Sie eine genauere Diskussion darüber, was es überhaupt bedeuten könnte, über das Konzept der „Kraft“ in der Allgemeinen Relativitätstheorie zu sprechen.

Ich wünschte, diejenigen, die die Wissenschaft populär machen, würden aufhören, über die Lichtgeschwindigkeit zu reden. Es verwirrt die Leute nur.

Vergessen Sie die Geschwindigkeit. Denken Sie an Energie. Man braucht unendlich viel Energie, um da rauszukommen. Unendlich. Das heißt, es ist wie mit der Mafia: Egal wie viel Sie ausgeben, es ist immer noch nicht genug.

Denken Sie in Begriffen der Topologie. Vom Inneren des Ereignishorizonts aus gibt es keine möglichen Trajektorien nach außen. Dies ist ein rein geometrisches Problem; Die Raumzeit ist so verstümmelt, dass jede Flugbahn, die Sie ausgehend von Ihrer aktuellen Position zeichnen könnten, nur ins Innere des Ereignishorizonts führt.

Darüber hinaus zeigt jede Flugbahn innerhalb des Ereignishorizonts nur nach unten. Das ist richtig, wo immer Sie hinschauen, schauen Sie nach unten in Richtung der Mitte.

Die 3 raumartigen Dimensionen und 1 zeitartige Dimension der normalen Raumzeit werden nun 3 zeitartige und 1 raumartige Dimension. All diese 3 zeitähnlichen Dimensionen enden an der zentralen Singularität. Das heißt, wenn Sie einmal drinnen sind, können Sie nur noch nach unten gehen.

So ernsthaft ist Raumzeit gestört. Es ist keine Frage der Geschwindigkeit, zum Teufel, sogar Energie spielt keine Rolle, es ist, dass Raum und Zeit selbst zu einem großen Spinnerknoten gebunden sind, der keinen Sinn ergibt und scheinbar darauf ausgelegt ist, Sie einzusaugen.

Physiker bezeichnen dies als Kollaps der Raum-Zeit-Geometrie.

Ich stimme der Antwort von @ FrankH voll und ganz zu. Ich möchte nur das zugrunde liegende Missverständnis betonen, das viele Autoren geben, wenn sie über Fluchtgeschwindigkeiten aus Schwarzen Löchern sprechen. Man kann eine Art "Schwarzes Loch" in der Newtonschen Physik ohne GR haben, und tatsächlich ist dies seit dem 18. Jahrhundert bekannt (siehe zum Beispiel die Wikipedia-Seite ). Alles, was Sie tun, ist den Radius außerhalb einer Masse M zu finden, wo die Fluchtgeschwindigkeit gleich der Lichtgeschwindigkeit ist.

Leider entspricht dieser Radius genau dem Schwarzschild-Radius,$2GM/c^2$, was viele zu der Annahme veranlasst, dass die Newtonschen Argumente einigermaßen zutreffen. Ein wesentlicher Unterschied besteht darin, was mit „Flucht“ gemeint ist. Die Fluchtgeschwindigkeit ist die Geschwindigkeit, die Sie benötigen, um ohne weiteren Schub ins Unendliche zu fliegen. Mit jeder geringeren Geschwindigkeit könnten Sie sich um eine bestimmte Entfernung ungleich Null von der Oberfläche eines Newtonschen Schwarzen Lochs entfernen, bevor Sie wieder hineingezogen werden. Angesichts einer Schubquelle zeigt das Argument in der ursprünglichen Frage, dass Sie einem solchen Objekt immer entkommen könnten. Bei GR sind die Dinge anders, und Sie dürfen den Ereignishorizont niemals um einen Betrag überschreiten, egal wie viel Raketentreibstoff Sie zur Hand haben.

Es ist tatsächlich möglich, aus dem Horizont herauszukommen. Um herauszukommen, muss man nur eine höhere Geschwindigkeit als c erreichen.

Aber kein Objekt, das Informationen trägt, kann diese Geschwindigkeit erreichen, dies würde den Unfall verletzen. Nur Dinge, die keine Informationen tragen, können aus dem Horizont herauskommen.

Eine solche Sache ist die Hawking-Strahlung (nicht nur Photonen, sondern auch Teilchen), die als Quantentunneln aus dem BH heraus betrachtet werden kann. Beachten Sie, dass in allen Fällen des Tunellings (z. B. beim Kernzerfall) das emittierte Teilchen eine Geschwindigkeit von mehr als c erreicht. Dies verletzt den Unfall nicht, da der Prozess probablistisch ist und als solcher nicht für die Informationsübertragung verwendet werden kann.

Angenommen, wir berechnen den Schub, den Sie benötigen, um in einer festen Entfernung vom Ereignishorizont zu schweben. Der Grund dafür ist, dass wir, wenn wir in einem festen Abstand vom Horizont schweben können, nur den Schub um einen gewissen Betrag erhöhen müssen, um uns vom Schwarzen Loch zu entfernen.

In der Newtonschen Gravitation ist der Schub, den wir zum Schweben benötigen, gerade gleich der Gravitationskraft. Wenn unser Raumschiff also eine Masse hat$m$und die Masse des Schwarzen Lochs ist$M$der Schub, den wir brauchen, um auf Distanz zu schweben$r$ist:

Wenn die Masse des Schwarzen Lochs$M$ist groß u$r$klein ist, kann diese Kraft sehr groß werden, aber z$r \gt 0$es ist niemals unendlich. Solange unser Raketenmotor stark genug ist, können wir also immer schweben, und daher können wir uns durch leichte Erhöhung des Schubs immer entfernen, dh wir können dem Schwarzen Loch entkommen.

Das Problem ist, dass die Newtonsche Gleichung (1) eine Annäherung ist und wenn wir die Berechnung unter Verwendung der allgemeinen Relativitätstheorie durchführen, stellen wir fest, dass der zum Schweben erforderliche Schub wie folgt wird:

wo$r_s$ist der Radius des Ereignishorizonts. Auf die Berechnung gehe ich hier nicht ein. Wenn Sie interessiert sind, wird es ausführlich in der Frage Was ist die Gewichtsgleichung durch die allgemeine Relativitätstheorie? beschrieben.

Und jetzt sehen wir das Problem. Wann$r = r_s$, dh wenn Sie versuchen, am Ereignishorizont zu schweben, sagt uns Gleichung (2), dass die Schwebekraft unendlich wird. Da kein Raketentriebwerk unendlich stark ist, ist es unmöglich, am Horizont zu schweben, und wenn Sie nicht einmal schweben können, können Sie sich sicherlich nicht entfernen, um dem Schwarzen Loch zu entkommen.

Wenn Wissenschaftler sagen, dass die Fluchtgeschwindigkeit eines Schwarzen Lochs größer als die Lichtgeschwindigkeit ist, meinen sie, dass, wenn Sie die Oberfläche eines Schwarzen Lochs mit einer Geschwindigkeit verlassen, die nahe der Lichtgeschwindigkeit liegt, und Sie während der Reise keinen zusätzlichen Schub erhalten Geschwindigkeit, dann wirst du irgendwann zurückfallen. Das ist absolut richtig. Aber wenn Sie während der Fahrt einen Geschwindigkeitsschub bekommen, können Sie Ihre Geschwindigkeit nahe der Lichtgeschwindigkeit halten, dann bewegen Sie sich schließlich in eine Umlaufbahn, deren Fluchtgeschwindigkeit niedriger als die Lichtgeschwindigkeit ist, dann können Sie dem Schwarzen entkommen Loch. Daher ist der Mythos "Nichts kann dem Schwarzen Loch entkommen" falsch.