Was passiert mit der Wellenlänge/Frequenz eines Photons, wenn es einen Ereignishorizont passiert?

Ich habe eine ähnliche Frage zu Photonen und Schwarzen Löchern gestellt , wollte sie aber spezifischer umformulieren, also hier geht es ...

Seitdem ich gelernt habe, wie die Wellenlänge und Frequenz eines Photons untrennbar mit der Lichtgeschwindigkeit verknüpft sind, habe ich mich gefragt, was uns das über die Lichtgeschwindigkeit selbst aussagt. Bringen Sie die Rot/Blau-Verschiebung ins Bild und ich fing an, über die Grenzfälle nachzudenken, wie könnte ein Photon jemals ins Unendliche verschoben werden (eine unendlich lange Wellenlänge oder eine unendlich große Frequenz). Eine der Antworten auf meine ursprüngliche Frage besagt, dass ein Photon, das genau am Ereignishorizont in radialer Richtung direkt vom Zentrum des Schwarzen Lochs weg freigesetzt wird, dort stecken bleiben würde. Wenn wir die Terminologie der Grenzen verwenden, würden wir sagen, dass „wenn der Abstand vom Auslösepunkt des Photons und dem Ereignishorizont auf Null geht“, wir damit zu implizieren scheinen, dass sich das Photon am Ereignishorizont nicht bewegen wird, das verstößt natürlich gegen andere Gesetze der Physik, weshalb ich die Frage stelle. Dies scheint ein Szenario zu sein, das die Dunkelheit im Inneren des Schwarzen Lochs erhellen sollte . Ich bin nicht oberflächlich, ich glaube wirklich, dass es etwas an unseren Ansätzen gibt, das wir vermisst haben, zum Beispiel das Studium physikalischer Grenzen wie des absoluten Nullpunkts. Gibt es eine Beziehung zwischen dem Grund, warum ein Atom nicht auf 0 K gekühlt werden kann, so wie ein Photon niemals mit weniger als c reisen kann, durch welches Medium auch immer es sich befindet?

Verzeihen Sie mir und korrigieren Sie mich bitte, wenn ich das schlecht beschreibe, ich habe nicht das richtige Vokabular; Mein Ziel ist es, zu verstehen, ob eine Verbindung besteht, und nicht etwas für eine Fachzeitschrift mit Peer-Review zu schreiben. Wenn Atome, die auf Temperaturen nahe 0 Kelvin abgekühlt sind, aufgrund der Überlappung ihrer Quantenwellenfunktionen ein Bose-Einstein-Kondensat zu bilden beginnen, würde es dann einen ähnlichen Effekt geben, wenn sich Photonen einem Ereignishorizont (EH) nähern? Wenn Photonen das EH tatsächlich nicht passieren können, dann ist das EH eher eine physikalische Oberfläche, da die Gleichungen, die versuchen, das Innere zu beschreiben, eigentlich unsinnig sind, da Photonen das EH nicht passieren können, genauso unsinnig wie der Versuch, durch Null oder zu teilen Finden Sie die Quadratwurzel von -1? Dies führt zu anderen Fragen wie ob Photonen (und ich' m angenommen, dass auch Atome) das EH nicht passieren können, dann würde jede Materie, die nach der Bildung des EH in das Schwarze Loch fällt, niemals die Singularität erreichen und somit würde die Verteilung dieser neuen Masse eine Kugel in der Nähe des EH bilden? Wäre es richtig zu sagen, dass diese neue Materie aufgrund ihrer Verteilung der Singularität 'scheint', Masse hinzuzufügen, während sie sich nie wirklich in der Singularität befindet? Ich weiß, dass dies mehr als eine Frage ist, aber ich bin mir nicht sicher, wie ich sie in bessere Stücke aufteilen soll. Vorschläge sind willkommen. der Singularität aufgrund ihrer Verteilung Masse hinzuzufügen, ohne tatsächlich in der Singularität zu sein? Ich weiß, dass dies mehr als eine Frage ist, aber ich bin mir nicht sicher, wie ich sie in bessere Stücke aufteilen soll. Vorschläge sind willkommen. der Singularität aufgrund ihrer Verteilung Masse hinzuzufügen, ohne tatsächlich in der Singularität zu sein? Ich weiß, dass dies mehr als eine Frage ist, aber ich bin mir nicht sicher, wie ich sie in bessere Stücke aufteilen soll. Vorschläge sind willkommen.

Das sind viele Fragen. Wahrscheinlich wird es Ihnen gefallen, ein gutes popwissenschaftliches Buch über Schwarze Löcher zu lesen. Ich persönlich mag Kip Thornes Black Holes And Time Warps sehr , aber Lenny Susskinds The Black Hole War ist aktueller und behandelt Themen wie die Komplementarität von Schwarzen Löchern (was für einige der von Ihnen gestellten Fragen relevant ist).
Letztendlich müssen Sie erkennen, dass dies nicht beantwortet werden kann, weil Sie versuchen, QM mit GR zu mischen, und dies funktioniert nicht genau für Schwarze Löcher .... Das ist das ganze Dilemma in unserem Leben der Physik.
Mir war nicht bewusst, dass ich hier QM einbezog. Mit freundlichen Grüßen, ich würde es begrüßen zu wissen, wie ich beide beteiligt habe. Ich interessiere mich nicht für die Quantenskala oder Hawking-Strahlung usw., nur für die Beziehung zwischen Frequenz und Wellenlänge in einem extrem gestörten / gekrümmten Raum, von der ich glaube, dass sie mit kosmologischer oder gravitativer Rotverschiebung gefunden werden kann.

Antworten (2)

Ihre Fragen einzeln beantworten:

  1. Photonen sind Bosonen. Ich denke, dass sich einige Phänomene dieser Art bilden können, die von der Quantenfeldtheorie beschrieben werden. Mir sind jedoch keine Vorhersagen oder Erklärungen für das von Ihnen erwähnte Szenario bekannt. Vielleicht versuche ich das mal zu recherchieren.
  2. Nun, tatsächlich bewegt sich Licht im Ereignishorizont trotzdem mit Lichtgeschwindigkeit. Als sie jedoch ihrem freien Fall folgen, kommt es einfach vor, dass sie dem Schwarzen Loch nicht entkommen. Der Ereignishorizont ist keine physikalische Oberfläche (zB können natürlich Photonen in ein Schwarzes Loch fliegen). Tatsächlich unterscheiden sich lokale Ereignishorizonte nicht von anderen Punkten in der Raumzeit. Dies ist ein Irrglaube, dass sich Ereignishorizonte oder das Innere von Schwarzen Löchern irgendwie von anderen Regionen der Raumzeit unterscheiden. Tatsächlich gibt es keinen Unterschied. Nur ihre Krümmung und damit Geodäten, geodätische Abweichungen, sind unterschiedlich. Beachten Sie, dass Sie in komplexen und hyperkomplexen Systemen die Quadratwurzel von -1 ziehen können.
  3. Beantwortung aller Ihrer anderen Fragen hier. Wie ich bereits erklärt habe, ist der Ereignishorizont KEINE physische Oberfläche. Objekte fallen durch das Schwarze Loch. Tatsächlich sind Ereignishorizonte, wie bei allen anderen Oberflächen in der Raumzeit der Allgemeinen Relativitätstheorie, lokal gleich. Also vergiss die Spekulationen.

Beantworten Sie nun die Frage in Ihrem Titel: Nichts. Erlauben Sie mir, mich selbst zu zitieren ...event horizons, as with any other surfaces in spacetime of general relativity, are locally the same. So forget the speculation.

Eine der Antworten auf meine ursprüngliche Frage besagt, dass ein Photon, das genau am Ereignishorizont in radialer Richtung direkt vom Zentrum des Schwarzen Lochs weg freigesetzt wird, dort stecken bleiben würde.

...

Wir scheinen zu implizieren, dass sich das Photon am Ereignishorizont nicht bewegt, dies verstößt natürlich gegen andere Gesetze der Physik, weshalb ich die Frage stelle.

Dies muss angegangen werden.

Es stimmt zwar, dass das Photon am Horizont bleibt , aber man muss verstehen, dass sich ein Photon dort trotzdem bewegt .

Dies wird am besten mit Kruskal-Szekeres-Koordinaten visualisiert :

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

In diesen Koordinaten wird deutlich, dass der Horizont, der Lichtkegel des Ereignisses am Ursprung, lichtartig ist .

Und bei diesen Koordinaten ist klar, dass ein Photon am Horizont nicht „stillsteht“; die räumliche Koordinate ändert sich tatsächlich.

Die Tatsache, dass sich die Schwarzschild-Radialkoordinate nicht ändert, bedeutet nicht, dass sich ein Photon dort nicht bewegt. Die Schwarzschild-Koordinaten sind am Horizont singulär, aber die Raumzeit ist dort vollkommen regelmäßig.

Tatsächlich beinhalten die Schwarzschild-Koordinaten den Horizont nicht, mit Ausnahme des Ereignisses am Ursprung des Kruskal-Diagramms, dh die Schwarzschild-Koordinaten r=2M sind für jeden Wert von t die Koordinaten des Ursprungs.

Bildnachweis

Schöne Visualisierung!
Angenommen, ein am Horizont emittiertes Photon bewegt sich, was wäre seine Wellenlänge/Frequenz? Gehen sie gegen null/unendlich?
@KellyS.French, Wellenlänge/Frequenz nach wem ?
Hmmm, ich bin hier etwas ratlos. Ich liebe dein 'laut wem?' Aber ich versuche nicht, einen bestimmten Referenzrahmen auszuwählen, sondern frage nach der Existenz eines Rahmens, in dem die Bedingungen extrem sind, damit wir die Beziehung zwischen Frequenz und Wellenlänge untersuchen können. Da f = c/h (ich kann kein Gamma eingeben, also steht h für die Wellenlänge) und c konstant ist, was passiert, wenn ein Photon auf eine Umgebung trifft, die eine nahezu unendliche Rotverschiebung verursacht? Wenn die Wellenlänge gegen unendlich geht, würde die Frequenz dann nicht gegen Null gehen? Kann das Universum einen solchen Zustand überhaupt verursachen?