Photon „steckt“ am Ereignishorizont eines Schwarzen Lochs fest

Nach dem, was ich über die spezielle Relativitätstheorie gelesen habe, C ist die Geschwindigkeitsbegrenzung für jedes Objekt im Universum, und laut Einstein summiert sich die Geschwindigkeit eines Objekts durch die drei räumlichen Dimensionen plus seine Geschwindigkeit durch die vierte zeitliche Dimension immer auf C .

Ich habe einmal ein Video gesehen, das zeigt, wie es wäre, in ein schwarzes Loch zu fallen. An einer Stelle erklärte der Autor, dass, wenn ein Photon direkt von der Singularität weg und in einer Entfernung gleich dem Schwarzschild-Radius emittiert würde, das Photon für die Ewigkeit dort schweben würde.

Meine Frage basiert auf diesen Annahmen, also lassen Sie es mich bitte wissen, wenn eine davon falsch ist.

Wird das fragliche Photon, wenn seine Bewegung durch die räumlichen Dimensionen angehalten wird, die Zeit nicht ungefähr mit der gleichen Geschwindigkeit erfahren wie wir? Wird es verfallen?

Antworten (1)

Zunächst ein paar Dinge:

  • Photonen "erleben" die Zeit im Allgemeinen nicht, gerade weil sie immer mitreisen C .
  • Aufgrund des obigen Punktes zerfallen auch Photonen nicht.

Um besser zu visualisieren, was passiert, bedenken Sie, dass der Ereignishorizont ein Ort ist, an dem die Raumzeit selbst mit Lichtgeschwindigkeit in das Schwarze Loch "fällt". Wenn Sie also ein Photon genau dann emittieren, wenn Sie den Ereignishorizont passieren, würde der physikalischen Bewegung des Photons durch den Raum durch die Raumzeitkrümmung am Horizont genau entgegengewirkt, und es würde effektiv an diesem Ort "schweben".

Die Art und Weise, wie dieses Photon beobachtet würde, ist jedoch für verschiedene Beobachter sehr unterschiedlich:

Der einfallende Beobachter, der das Photon aussendet, gerade als er den Ereignishorizont passiert, wird glauben, dass sich das Photon von ihm wegbewegt (at C , wie gewöhnlich).

Ein entfernter Beobachter (weit entfernt vom Schwarzen Loch) wird das Photon jedoch niemals sehen. Oder besser gesagt, für den entfernten Beobachter erscheint das Photon unendlich rotverschoben.

Ein Beobachter, der nach dem ersten einfallenden Beobachter in das Schwarze Loch fällt, hat immer noch die Möglichkeit, das Photon (nicht rotverschoben) zu beobachten.

Aber praktisch gesehen wäre diese Art von "Gleichgewicht" sehr instabil (das Photon könnte nicht sehr lange "schweben"). Dies liegt daran, dass sich der Schwarzschild-Radius des Schwarzen Lochs immer leicht ändert, sei es, weil das Schwarze Loch CMB-Strahlung absorbiert oder Hawking-Strahlung emittiert. Das Photon wird also entweder entkommen oder tiefer in das Schwarze Loch gezogen werden.

Stimmt es unbedingt, dass masselose Teilchen nicht zerfallen? Das scheint mir falsch zu sein, obwohl ich unfreie Zustände wie Gluonen aufrufen muss, um ein offensichtliches Gegenbeispiel zu finden.
@JerrySchirmer: Ich glaube nicht, dass Gluonen als Gegenbeispiel verwendet werden können - die zerfallenden sollten außerhalb der Massenhülle sein ...
@Christoph: Ja, und das sind sowieso keine physikalischen Zustände.
@Jerry Ich denke, es ist notwendigerweise wahr, denn wenn ein masseloses Teilchen (auf der Schale) zerfallen würde, hätten die Produkte notwendigerweise einen Ruherahmen, in dem die Impulserhaltung verletzt worden wäre. Die einzige Ausnahme, AFAIK, ist die kollineare Verzweigung, aber ich würde das nicht als Zerfallsprozess betrachten.
@JerrySchirmer: Für das, was es wert ist, macht die Tatsache, dass masselose Teilchen nicht zerfallen können, aus klassischer (relativistischer) Sicht Sinn: Der quantenmechanische Zerfall ist zufällig und hat eine endliche Wahrscheinlichkeit, dass er in einem bestimmten Zeitintervall auftritt ; Denken Sie jetzt an die richtige Zeit für masselose Teilchen ...
@Christoph: Die Energie des masselosen Teilchens gibt Ihnen eine Zeitskala in jedem Rahmen. Dass die Abklingzeit kovariant wäre, ist kein großes Problem. Und Sie könnten von David Zs Einwand wegkommen, indem Sie sicherstellen, dass die Zerfallsprodukte kein gemeinsames Ruhesystem haben. Es ist wahrscheinlich richtig, dass diese Prozesse verboten sind, aber es ist nicht offensichtlich so.
@Christoph: Ein zerfallendes Teilchen ist nicht off-shell, es ist on-shell, aber mit imaginärer Masse.
@FredericBrünner: Ich habe nicht über beliebige Teilchen gesprochen - oder haben Sie einen bestimmten Prozess im Sinn, bei dem Gluonen auf der Schale zerfallen?
@Christoph: Ich auch nicht, ich habe im selben Kontext wie du über Gluonen gesprochen. Ein zerfallendes Gluon muss sich auf der Schale befinden, ein virtuelles (außerhalb der Schale) Gluon ist nicht wirklich ein Teilchen.
Es gibt keinen allgemeinen Grund, warum masselose Teilchen nicht zerfallen können. Siehe physical.stackexchange.com/questions/12488/…
Dmitry, ist es eine Art Erweiterung, aber das Gegenteil? Dh geht es um eine Art Schrumpfen eines Skalierungsfaktors? Wie die Metrik außen und innen verbunden sind (wenn sie müssen). Ich nehme an, die innere Metrik ist die von Schwarzchild. Ich versuche, hier und da ein gemeinsames Statement zu fassen, um zumindest das Falsche oder falsche Freundliche auszuschließen.
Photon „steckt“ am Ereignishorizont eines Schwarzen Lochs fest
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