Wie kann ein Schwarzes Loch die Lichtgeschwindigkeit verringern?

Werfen Sie einen Blick auf die Frage Lichtgeschwindigkeit in einem Gravitationsfeld? da dies Ihnen im Detail zeigt, wie man die Lichtgeschwindigkeit in einem Gravitationsfeld berechnet.

Ich habe dies nicht als Duplikat gekennzeichnet, weil Sie vermutlich nicht so sehr an den Details interessiert sind, sondern eher daran, wie sich die Lichtgeschwindigkeit überhaupt ändern kann. Sie haben wahrscheinlich gehört, dass die Lichtgeschwindigkeit eine Konstante ist, also ist es eine faire Frage zu fragen, warum sie in der Nähe eines Schwarzen Lochs nicht konstant ist. Die Antwort fällt recht subtil aus.

In der speziellen Relativitätstheorie ist die Lichtgeschwindigkeit eine globale Konstante, bei der alle Beobachter überall den gleichen Wert messen$c$. In der Allgemeinen Relativitätstheorie gilt dies immer noch nur, wenn die Raumzeit flach ist. Wenn die Raumzeit gekrümmt ist, messen alle Beobachter überall den gleichen Wert von$c$ wenn die Messung vor Ort durchgeführt wird .

Das heißt, wenn ich an meinem Standort die Lichtgeschwindigkeit messe, bekomme ich immer den Wert$c$, und das gilt unabhängig davon, ob ich still sitze, auf einer Rakete herumfahre, in ein schwarzes Loch falle oder was auch immer. Aber wenn ich die Lichtgeschwindigkeit an einem von mir entfernten Punkt messe, erhalte ich im Allgemeinen einen anderen Wert als$c$. Insbesondere wenn ich weit von einem Schwarzen Loch entfernt sitze und die Lichtgeschwindigkeit in der Nähe seiner Oberfläche messe, erhalte ich einen Wert von weniger als$c$.

Die Antwort auf Ihre Frage lautet also, dass in GR die Geschwindigkeit mit Licht nicht immer reist$c$.

Wie kann ein Schwarzes Loch die Lichtgeschwindigkeit verringern?

Denn ein Gravitationsfeld ist ein Ort, an dem die Lichtgeschwindigkeit variiert. Sehen Sie, wie Einstein in Absatz 2 hier darüber spricht :

Die Lichtgeschwindigkeit variiert in dem Raum, in dem Sie sich befinden. Wenn dies nicht der Fall wäre, würde Ihr Bleistift nicht herunterfallen. Wie John Rennie sagte, ist die lokal gemessene Lichtgeschwindigkeit konstant. Aber das liegt nur daran, dass wir die lokale Lichtbewegung verwenden, um die Sekunde und das Meter zu definieren, die wir dann verwenden ... um die lokale Lichtbewegung zu messen. Duh! Siehe Magueijo und Moffat, die in diesem Artikel über diese Tautologie sprechen .

Wenn die Lichtgeschwindigkeit immer konstant ist, sollte Licht aus einem Schwarzen Loch entkommen, denn wenn es radial nach außen gerichtet ist, muss es nur eine endliche Entfernung zurücklegen, um zu entkommen, und bei einer Geschwindigkeit von c wird es dies in einer endlichen Zeit tun.

Richtig. Aber es ist nicht konstant. Siehe diesen PhysicsFAQ-Artikel, in dem der Autor Don Koks Dinge sagt wie „dieser Unterschied in den Geschwindigkeiten ist genau der, auf den oben von Decken- und Bodenbeobachtern Bezug genommen wird“ . Oder sehen Sie , wie Irwin Shapiro sagt: "Die Geschwindigkeit einer Lichtwelle hängt von der Stärke des Gravitationspotentials ab" :

Da Licht aus dem Schwarzen Loch nicht entweichen kann, muss die Lichtgeschwindigkeit in der Nähe des Schwarzen Lochs kleiner als c sein.

Richtig. Siehe Ausbreitung von Licht in nicht-trägen Referenzrahmen auf Wikipedia. Es sagt dies:

"Die Koordinatenlichtgeschwindigkeit (sowohl momentan als auch durchschnittlich) wird in Gegenwart von Gravitationsfeldern verlangsamt".

Darauf bezog sich John Rennie, als er davon sprach, die Lichtgeschwindigkeit an einem von ihm entfernten Punkt zu messen. Aber er hat dir nicht die ganze Geschichte erzählt. Denn der Wikipedia-Artikel sagt auch Folgendes:

"Zum Beispiel ist am Ereignishorizont eines Schwarzen Lochs die Koordinatenlichtgeschwindigkeit Null" .

Deshalb ist das Schwarze Loch schwarz. Der vertikale Lichtstrahl kommt nicht heraus, weil die Lichtgeschwindigkeit an dieser Stelle Null ist. Beachten Sie, dass der Artikel auch sagt "während die richtige Geschwindigkeit c ist" . Das ist ein Fehler. Wenn Sie sich an einem Ort befinden, an dem die Lichtgeschwindigkeit und alles andere Null ist, ist die Zeitdilatation der Gravitation unendlich, und Sie brauchen ewig, um die lokale Lichtgeschwindigkeit zu messen. Sie messen also die lokale Lichtgeschwindigkeit nicht mit c . Niemals. Und das Erstaunliche an all dem ist, dass der vertikale Lichtstrahl, wenn er von der Oberfläche eines Planeten aufsteigt, schneller wird .

Ein Schwarzes Loch verlangsamt die Lichtgeschwindigkeit nicht. Da die Geodäten der Raumzeit so um den Horizont gekrümmt sind, kann das Licht nicht entweichen, da sein Weg fast kreisförmig wird, sodass es sich weiter um den Horizont des Schwarzen Lochs dreht. Irgendwann, wenn es nah genug ist, wird es in das schwarze Zuhause selbst schrauben, um niemals zu entkommen.

Um zu verstehen, warum ein Schwarzes Loch Licht einfangen kann, sich das Licht aber immer noch mit konstanter Geschwindigkeit fortbewegt, benötigen Sie ein Verständnis der Allgemeinen Relativitätstheorie, aber der wesentliche Punkt ist, dass das Schwarze Loch die Raumzeit auf sich selbst zurückkrümmt, so dass alle Pfade im Inneren des Schwarzen Lochs führen zurück zur Singularität im Zentrum, egal in welche Richtung Sie gehen, dies ist nur eine grobe Erklärung dafür, warum sich Licht mit Lichtgeschwindigkeit fortbewegt, aber dem Inneren eines Schwarzen Lochs nicht entkommen kann. Ich hoffe, das befriedigt Ihre Neugier im heuristischen Sinne!