En cuanto a la pregunta de qué es un agujero negro, suelo hablar de su historia. Sin embargo, como he hablado de la historia de los agujeros negros más de una vez, no hablaré de la historia en absoluto. en esta respuesta.
El nombre agujero negro da a la gente una sensación de misterio y piensan que será un objeto inquietante y misterioso. Pero, de hecho, aunque da un poco de miedo, en realidad es muy simple. Alguien dijo una vez que un agujero negro es el cuerpo celeste más simple del universo, porque solo tiene tres cantidades físicas, es decir, se puede describir con precisión. con solo tres cantidades físicas. Estas tres cantidades físicas son: masa, carga y momento angular. Actualmente se conocen estas tres cantidades físicas sobre los agujeros negros.
Sin embargo, el agujero negro del que la mayoría de la gente ha oído hablar en realidad sólo tiene una cantidad física. Este es el cuerpo celeste más simple del universo. Se llama agujero negro de Schwarzschild. Es un cuerpo celeste con una sola cantidad física: la masa, dada por la fórmula del radio de Schwarzschild. Sustituyendo una determinada masa en la fórmula del radio de Schwarzschild, se puede calcular un radio. Cuando toda la masa se concentra dentro de este radio, el cuerpo celeste se volverá invisible, porque la velocidad de la luz, el límite de velocidad en el universo, no puede escapar. dentro de este radio, una superficie esférica formada por este radio se llama horizonte, y el cuerpo celeste esférico delimitado por este horizonte se llama agujero negro. En sentido estricto, esto se llama agujero negro de Schwarzschild.
Según la teoría general de la relatividad, el horizonte de un agujero negro es una membrana unidireccional, y el horizonte es unidireccional, por lo que ningún objeto (incluida la luz) correrá hacia el horizonte dentro del horizonte. En otras palabras, todos los objetos que caigan en el horizonte de sucesos caerán irreversiblemente hacia la singularidad en el centro del agujero negro. La razón por la que es irreversible es que el espacio y el tiempo se intercambian dentro del horizonte, y la dirección desde el horizonte hasta la singularidad central cambia de la dirección del espacio a la dirección del tiempo. Por lo tanto, al mundo exterior no le parece que los objetos que caen en el horizonte caen hacia la singularidad en la dirección del espacio, sino hacia la singularidad en la dirección del tiempo. La singularidad se define en la teoría general de la relatividad como el punto donde el tiempo es 0, que en términos humanos es el fin del tiempo.
El agujero negro de Schwarzschild es un agujero negro muy extremo. Las condiciones iniciales que requiere son muy duras: la carga total es 0, el momento angular total es 0, en términos humanos, está sin carga y no. girar. Esto es básicamente imposible de lograr en un cuerpo celeste masivo formado por el colapso del núcleo de una estrella masiva al final de su vida. Por lo tanto, en términos generales, los agujeros negros de Schwarzschild en sentido estricto no existen en la naturaleza.
Entonces, ¿qué son los agujeros negros en la naturaleza? Lo cierto es que generalmente se trata de agujeros negros con espín, que se denominan agujeros negros de Kerr. En cuanto a si se cobra o no, generalmente se cree que se cobrará, pero en realidad no estamos seguros de ello.
En cuanto al agujero negro de Kerr, en realidad es un agujero negro de Schwarzschild que gira a alta velocidad. También es relativamente simple, pero ya es mucho más complicado que el agujero negro de Schwarzschild. El agujero negro de la película de ciencia ficción "Interstellar" es un agujero negro de Kerr extremo. Se dice que es extremo porque su velocidad de giro es extremadamente alta, que está cerca del límite superior teórico de su velocidad de giro.
Lo de arriba es el agujero negro de Kerr Gargantua en "Interstellar". Esta es una perspectiva cercana al plano ecuatorial de su giro. ¿Has notado que sus lados izquierdo y derecho son asimétricos? Esta es la característica típica de un agujero negro de Kerr. Lo que vemos es el disco de acreción del agujero negro. Girará alrededor del agujero negro a gran velocidad en una dirección bajo el arrastre del espacio y el tiempo causado por el giro de alta velocidad. del agujero negro de Kerr Esto hará que un lado del agujero negro gire a gran velocidad y el disco de acreción se acerque a nosotros a gran velocidad, mientras que el otro lado se aleje de nosotros a gran velocidad, lo que produce un severo efecto Doppler, provocando el efecto Doppler. El disco de acreción más cercano a un lado será más brillante que el disco de acreción más alejado del otro lado.
Este tipo de agujero negro de Kerr dibujado basándose en la teoría es más consistente con la realidad, pero puede hacer que el agujero negro carezca de belleza, por lo que no se muestra así en la película. Podemos aprender sobre las extrañas propiedades de los agujeros negros de Kerr en la película, porque el asesor científico de esta película es la máxima autoridad en relatividad general, Kip Thorne, ganador del Premio Nobel de Física de 2017, por lo que puedes ver esta película. película como una película de divulgación científica e iluminación.
En la película, el protagonista masculino Cooper cae en el espacio del supercuerpo colocado por la civilización de alta dimensión junto a la singularidad del agujero negro. Leíste bien, está al lado de una singularidad, pero esto. La singularidad no es La singularidad central en el agujero negro de Schwarzschild es una singularidad externa única del agujero negro extremo de Kerr, que gira alrededor de la singularidad central. En teoría, la curvatura espacio-temporal de esta singularidad no es tan grande como la de la singularidad central, y debido a que gira alrededor de la singularidad central a gran velocidad, cuando Cooper la encuentre, pasará por ella en muy poco tiempo. y el cuerpo de Cooper puede reservar.
¿Qué ves en la imagen de arriba? Sí, también hay una singularidad que cae, al igual que la singularidad voladora exterior, que gira alrededor de la singularidad central a gran velocidad en el agujero negro extremo de Kerr. El AI Tass que envió los datos de la singularidad a Cooper fracasó y registró. La singularidad de los datos inferiores es la singularidad descendente.
A estas alturas ya se siente que los agujeros negros no son nada simples, de hecho los hay aún más complejos, que son agujeros negros cargados.