Pregunta 2: ¿Qué significa horizonte? Definición 1: La interfaz espacio-temporal donde se pueden observar los eventos se llama horizonte. Por ejemplo, los eventos dentro de un agujero negro no pueden ser observados por personas fuera del agujero negro, por lo que podemos llamar a la interfaz del agujero negro horizonte de eventos.
Definición 2: El límite de un agujero negro se llama horizonte de sucesos.
Pregunta 3: El significado del horizonte, específicamente la definición del horizonte
La interfaz espacio-temporal donde se puede observar un evento se llama horizonte [1]. Por ejemplo, los eventos dentro de un agujero negro no pueden ser observados por personas fuera del agujero negro, por lo que podemos llamar a la interfaz del agujero negro horizonte de eventos.
Bajo la geometría global, se puede demostrar que en algún espacio-tiempo existen fronteras llamadas horizontes, que aíslan ciertas regiones del espacio-tiempo. El ejemplo más famoso de esto es un agujero negro: cuando la masa se comprime en una región lo suficientemente pequeña en el espacio (la longitud asociada es el radio de Schwarzschild), ningún fotón puede escapar del interior. Debido a que ninguna partícula con masa puede exceder la velocidad de la luz, la materia dentro del agujero negro también está encerrada en el horizonte de sucesos. Pero el canal desde fuera del horizonte de sucesos hacia dentro del horizonte de sucesos todavía existe, lo que muestra que el horizonte de sucesos del agujero negro es una línea divisoria y no una barrera física.
La capa de energía de un agujero negro en rotación juega un papel importante en el proceso de extracción de energía del agujero negro en rotación. Las primeras investigaciones sobre los agujeros negros se basaron principalmente en encontrar soluciones exactas a las ecuaciones de campo de Einstein. Entre las soluciones famosas se incluyen la solución esféricamente simétrica de Schwarzschild (utilizada para describir agujeros negros estáticos) y la solución antisimétrica de Kerr (utilizada para describir agujeros negros estacionarios en rotación y, por tanto, introducir propiedades interesantes como las capas de energía). Estudios posteriores revelaron propiedades más universales de los agujeros negros a través de la geometría global: los estudios demostraron que durante un largo período de tiempo, los agujeros negros evolucionaron gradualmente hasta convertirse en una clase bastante simple de estrellas que podía determinarse mediante once parámetros, entre ellos energía, momento, ángulo, momento, posición en un momento determinado y cargue. Esta propiedad se puede resumir como el teorema de unicidad de los agujeros negros: "Los agujeros negros no tienen pelo", es decir, los agujeros negros no tienen marcas diferentes como los diferentes estilos de pelo de los humanos. Por ejemplo, el proceso de colapso gravitacional de una estrella para formar un agujero negro es muy complejo, pero las propiedades finales del agujero negro son bastante simples.
Lo que más cabe destacar es que el estudio de los agujeros negros ha obtenido un conjunto de leyes universales que restringen el comportamiento de los agujeros negros. Esta ley se llama (termo)dinámica de los agujeros negros, y estas leyes tienen una fuerte analogía con las leyes de la termodinámica. Por ejemplo, según la segunda ley de la mecánica de los agujeros negros, el área del horizonte de sucesos de un agujero negro nunca disminuirá espontáneamente con el tiempo, lo cual es similar a la entropía de un sistema termodinámico, esta ley también determina que es imposible; Utilice métodos clásicos (como el proceso de Penrose) para rotar infinitamente a partir de Extraer energía de un agujero negro. Todo esto sugiere fuertemente que las leyes de la mecánica de los agujeros negros son en realidad un subconjunto de las leyes de la termodinámica, siendo el área de superficie de un agujero negro directamente proporcional a su entropía. Partiendo de esta suposición, las leyes de la mecánica de los agujeros negros pueden modificarse aún más. Por ejemplo, debido a que la segunda ley de la mecánica de los agujeros negros es parte de la segunda ley de la termodinámica, se sabe que el área de la superficie de un agujero negro también puede disminuir, siempre que algún otro proceso garantice que la entropía total del agujero negro. el sistema aumenta. La tercera ley de la termodinámica sostiene que no hay ningún objeto en el cero absoluto y, además, se puede inferir que los agujeros negros también deberían emitir radiación térmica. Los cálculos teóricos semiclásicos muestran que sí emiten radiación térmica; En este mecanismo, la gravedad superficial del agujero negro desempeña el papel de la temperatura en la ley de Planck sobre la radiación del cuerpo negro, conocida como radiación de Hawking (consulte la sección sobre teoría cuántica a continuación).
La relatividad general también predice otros tipos de modelos de horizontes: en un universo en expansión, los observadores pueden encontrar que algunas regiones en el pasado son no observables (los llamados "horizontes de partículas"), y algunas regiones en el futuro sí lo son. No puede verse afectado (horizonte de eventos). Incluso en el espacio-tiempo rectilíneo de Minkowski, hay horizontes de sucesos cuando el observador se encuentra en un marco de referencia acelerado, y estos horizontes de sucesos van acompañados de radiación anglo en las teorías semiclásicas.
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