Dies ist eine großartige Frage, da es sich um eine subtile Variation der üblichen Frage nach Spaghettifizierung und supermassiven Schwarzen Löchern handelt und etwas tieferes Denken zeigt.

Nehmen wir also das Schwarz an Loch ist supermassiv - oder genauer gesagt, dass Sie im Vergleich zum Schwarzen Loch wirklich winzig sind - damit wir Gezeiteneffekte ignorieren können. Gezeiteneffekte sind der Unterschied in der Gravitationskraft auf zwei verschiedene Teile eines Objekts. In diesem Fall meine ich den Unterschied zwischen der Beschleunigung Ihrer Füße und Ihres Kopfes. Ihre Füße befinden sich etwas näher an der Mitte des Schwarzen Lochs, sodass sie eine etwas größere Beschleunigung erfahren als Ihr Kopf. Sie würden dies als ein leichtes Ziehen an Ihren Füßen fühlen. Je größer das Loch oder je weiter Sie davon entfernt sind, desto geringer ist der Unterschied. Irgendwann wird es so klein sein, dass es "im Lärm" ist und man es nicht einmal bemerkt. Wir gehen davon aus.

Wenn Ihr Kopf irgendwie außerhalb des Horizonts stecken würde, ^{† sup> hätten Sie Recht. Ich glaube nicht, dass irgendjemand behaupten würde, Sie würden nichts fühlen, wenn Ihr Kopf an einer Rakete befestigt wäre, die Sie fernhält, während Ihre Füße im Schwarzen Loch baumelten. :) Aber das sind keine Gezeiteneffekte; Sie sind Beschleunigungseffekte.}

Auf der anderen Seite, wenn Sie in das supermassereiche Schwarze Loch fallen (selbst wenn Sie nur einen Augenblick zuvor von dieser verrückten Rakete gesprungen sind), Dinge sind sehr verschieden. Ihr Kopf und Ihre Füße werden im Grunde genommen mit der gleichen Geschwindigkeit "beschleunigt" (im Vergleich zu einem stationären Koordinatensystem, sagen wir), weil Sie im Vergleich zum Schwarzen Loch so klein sind. Ihr Kopf bewegt sich also ungefähr mit der gleichen Geschwindigkeit wie Ihre Füße, was bedeutet, dass sich das Signal relativ zu diesen stationären Koordinaten nicht nach außen bewegen muss (es kann nicht). Stattdessen muss es sich nur langsamer nach innen bewegen als Ihr Kopf. Und das ist überall erlaubt, sogar im Inneren des Schwarzen Lochs.

Normalerweise sehen Sie solche Dinge, die durch eine Grafik der Lichtkegel dargestellt werden. Und innerhalb des Horizonts "kippen" diese Lichtkegel in Richtung der Singularität. Dies bedeutet, dass sich selbst nach außen gerichtetes Licht nicht nach außen bewegen kann. Der nach außen gerichtete Lichtstrahl bewegt sich immer noch in Richtung der Singularität. Aber dein Kopf (und deine Füße) bewegen sich schneller in Richtung der Singularität, so dass dein Kopf in den Lichtkegel deiner Füße eintritt. Dies bedeutet, dass sich relativ zu Ihrem Kopf Licht immer noch nach außen bewegen kann, ebenso wie ein Nervenimpuls. Denken Sie im Grunde an zwei Lichtstrahlen, die von Ihren Füßen abgegeben werden: einen, der auf die Singularität gerichtet ist, und einen, der von dieser weg gerichtet ist. Sie werden wahrscheinlich glauben, dass sie unterschiedliche Geschwindigkeiten haben. Die Geschwindigkeit Ihrer Füße liegt irgendwo zwischen diesen beiden, ebenso wie die Geschwindigkeit Ihres Kopfes.

Alles, was passieren muss, ist, dass Ihr Kopf in den zukünftigen Lichtkegel Ihrer Füße eintritt, bevor Ihr Kopf auf den Kopf trifft Singularität. Kein Problem, da das Schwarze Loch so groß ist und Sie noch eine Weile Zeit haben. Jetzt könnten Sie besorgt sein, dass Ihre Füße die Singularität treffen, bevor Ihr Kopf das erste Signal erhält, was seltsam erscheinen würde. Aber dann erinnern Sie sich, dass das Konzept der Gleichzeitigkeit relativ ist. Ihr Kopf und Ihre Füße befinden sich im selben Referenzrahmen - zumindest weit entfernt von der Singularität -, sodass sie die Dinge im Grunde genommen mit der gleichen Geschwindigkeit und fast zur gleichen Zeit erleben, wie sie in ihrem eigenen Referenzrahmen beurteilt werden.

^{† sup> Nur als Randnotiz sollten Sie versuchen, zwischen einem Ereignishorizont und einem scheinbaren Horizont zu unterscheiden. Technisch gesehen handelt es sich um Letzteres, die lokale Oberfläche, auf der sich nach außen gerichtete Lichtstrahlen nicht nach außen bewegen können. Ein Ereignishorizont (oder absoluter Horizont) hat dagegen nichts mit lokalen Effekten zu tun - zumindest nicht direkt. Sie können nur wissen, ob etwas ein Ereignishorizont ist, wenn Sie die gesamte zukünftige Geschichte des Universums kennen. Leider wird der Begriff "Ereignishorizont" in populären Beschreibungen von Schwarzen Löchern verwendet, wenn dies nicht der Fall sein sollte. Sie sind zwar für bestimmte spezielle Schwarze Löcher gleich, aber es handelt sich tatsächlich um unterschiedliche Konzepte, und die richtige Art, über einen Horizont nachzudenken, ist in beiden Fällen unterschiedlich. Ich benutze nur den Begriff "Horizont", und jeder, der den Unterschied kennt, wird es herausfinden. Eine gute (und genaue) populäre Referenz für all diese Dinge ist Thornes "Schwarze Löcher und Zeitverzerrungen". Die technische Standardreferenz ist Hawking & Ellis '"Die großräumige Struktur der Raum-Zeit".}

Ein fallender Beobachter erlebt nicht das Durchlaufen eines Ereignishorizonts, wie Sie es beschreiben.

Stattdessen würde ein frei fallender Beobachter die Raumzeit als lokal flach betrachten, solange die Gezeitenkräfte beherrschbar sind. Ihr Kopf und Ihre Füße teilen (fast) den gleichen Bezugsrahmen.

Der fallende Beobachter sieht immer den scheinbaren Horizont vor sich, bis sie in einer endlichen angemessenen Zeit die Singularität erreichen.

Bis zu diesem Punkt ist es möglich, dass beide der folgenden Aussagen wahr sind, da Mike keine stationären "Shell" -Betrachter zulässt und sich der Raum selbst in Richtung der Singularität bewegt.

1. Nach außen gerichtetes Licht bewegt sich nach Angaben des fallenden Beobachters immer noch mit Lichtgeschwindigkeit nach außen.

2. Dieses Licht wird in Zukunft immer in der Singularität enden. aber nachdem der Beobachter dort angekommen ist.

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finde ich das folgende Diagramm hilfreich. Es zeigt die Weltlinien von Kopf und Füßen in Eddington Finkelstein-Koordinaten und ich habe sie hier erhalten. In diesem Diagramm sind die Singularität und der Ereignishorizont als vertikale Linien dargestellt. Die gekrümmten durchgezogenen Linien sind die Weltlinien Ihres Kopfes bzw. Ihrer Füße. Es werden Lichtkegel gezeigt, die durch die radial nach innen oder außen gerichteten Lichtbahnen begrenzt sind. Weit entfernt vom Schwarzen Loch wären dies nur Linien bei $ \ pm 45 ^ {\ circ} $. Am Ereignishorizont ist die Ausgangsseite des Lichtkegels vertikal. Innerhalb des Ereignishorizonts sehen wir, dass der zukünftige Lichtkegel nach innen gerichtet ist und dass nichts außerhalb des Ereignishorizonts entweichen kann.

Folgen Sie nun dem, was passiert, wenn die "Füße" dem "Kopf" signalisieren, indem Sie der Weltlinie eines ausgehenden Photons (der rechten Seite des Lichtkegels) folgen. Sie können sehen, dass ein Signal von den Füßen immer den Kopf bis zum Erreichen der Singularität erreichen kann. Aber natürlich schafft es dieses ausgehende Signal nie aus dem Schwarzen Loch heraus, es erreicht auch irgendwann nach dem "Kopf" die Singularität.

Angenommen, Sie bewegen sich um .99999999 c in Richtung Ereignishorizont.

Ihre Füße überqueren den Horizont. Kein Signal kann Ihre Füße verlassen und Ihren Kopf erreichen, wenn Ihr Kopf außerhalb des Horizonts bleibt. Sie sind enttäuscht. Oder bist du es?

In Sekundenbruchteilen hat auch dein Kopf den Horizont überschritten. Die Photonen, die Ihre Füße gesendet haben, werden vom Kopf passiert, Sie bemerken nichts.

Aber warten Sie! Warum überqueren wir so schnell den Horizont? Warum nicht stattdessen einfach darüber nachdenken?

Der Horizont, dem wir uns nähern, zieht den Raum in einem lächerlichen Tempo nach innen. Damit ein Schwarzes Loch am Ereignishorizont flach ist, muss es riesig sein, und wenn es riesig ist, wird die Geschwindigkeit, mit der es "Platz einzieht", lächerlich. (Nun, eher wie der Radius, über den sein "lächerlicher Einzugsraum" groß ist: Alle Schwarzen Löcher "ziehen den Raum lächerlich schnell ein", wenn Sie nahe genug am Ereignishorizont sind).

Um zu verhindern, dass wir den Horizont in einem lächerlichen Tempo überqueren, müssen wir vom Schwarzen Loch weg beschleunigen. Die Beschleunigung selbst erzeugt jedoch einen scheinbaren Horizont. Wenn wir schnell genug beschleunigen, um über den Rand des Schwarzen Lochs zu "schweben", werden wir am Ende einen scheinbaren Horizont zwischen Kopf und Füßen setzen: Sie werden auseinandergerissen, aber Sie würden auseinandergerissen, wenn Sie es tun im leeren Raum.

Wenn der Raum in der Nähe des Ereignishorizonts als stationär angesehen wird, wird er von einem Ereignishorizont mit Lichtgeschwindigkeit durchzogen. Um immer einen Schritt voraus zu sein, müssen Sie schnell genug beschleunigen, damit Ereignisse "in der Nähe" des Horizonts Sie nie erreichen - erzeugen Sie einen scheinbaren Horizont zwischen Ihnen und ihm. Denn wenn Ereignisse "in der Nähe" des Horizonts Sie erreichen, erreicht dies auch der Horizont! Wenn Ihre Füße über diesem scheinbaren Horizont hängen, können sie mit keiner Kraft mit Ihnen kommunizieren. Gehen Sie in den leeren Raum, beschleunigen Sie auf die gleiche Weise, und Ihre Füße werden immer noch kausal von Ihnen getrennt. (Der Unterschied besteht darin, dass Sie sich jetzt neben Ihren abgerissenen Füßen befinden, wenn Sie aufhören, im leeren Raum zu beschleunigen. Wenn Sie in der Nähe des Schwarzen Lochs aufhören zu beschleunigen, überqueren Sie den Ereignishorizont und befinden sich jetzt neben Ihren abgerissenen Füßen. )

Wenn Sie in der Nähe des Ereignishorizonts "stillstehen", spüren Sie nichts, während es über Sie hinwegfegt. Signale von dem Teil Ihres Körpers, der zuerst überquert wird, werden gesendet. Sie überschreiten nicht den Ereignishorizont, aber sie erreichen die andere Seite Ihres Körpers - nachdem dieser Teil Ihres Körpers den Ereignishorizont überschritten hat.

Die Verringerung der Gezeitenkräfte (wie schwer es ist, die Schwerkraft des Schwarzen Lochs zu bemerken) und die Beschleunigungsrate, die erforderlich ist, um in der Nähe des Ereignishorizonts voraus zu sein, sind beide Funktionen der Größe und Masse des Schwarzen Lochs. Und im Grenzfall sieht ein Schwarzes Loch mit unendlicher Masse wie die Zukunft aus: Es kommt mit Lichtgeschwindigkeit auf Sie zu, gleichmäßig über Raum und Zeit hinweg, und es gibt keinen Weg, den anderen Weg zu gehen. Ihre Füße können in der heutigen Zeit keine Nachrichten an Ihren Kopf senden, aber sie können in Zukunft Nachrichten an Ihren Kopf senden, beide sinken in die Zukunft.

Ich stimme zu, dass Sie nichts "bemerken" oder "fühlen" würden, wenn Sie in ein schwarzes Loch "fallen". In Bezug auf die Materie ist der Ereignishorizont keine Abgrenzungslinie , wenn auf der einen Seite "seltsame" Dinge passieren, auf der anderen jedoch nicht. Für Sie würden alle Ihre Moleküle vor und nach dem Überschreiten des Ereignishorizonts gleich beschleunigt, und da Sie sich im "freien Fall" befinden, ist das einzige, was Sie fühlen, die Beschleunigung. Wenn aus irgendeinem Grund ein Teil Ihres Körpers stärker beschleunigt wird als ein anderer Teil, werden die Teile getrennt, und Ihr Gehirn würde dies fühlen, da Ihre Nervensignale in Bezug auf Ihren Körper in "Ortszeit" arbeiten.

Ereignishorizonte sind überall

Die am besten bewerteten Antworten sprechen beide von "tippenden Lichtkegeln", als wäre dies ein besonderes Phänomen, das in Schwarzen Löchern auftritt. In Wirklichkeit passiert an einem Ereignishorizont nichts Besonderes, und Sie sehen Ihre Füße dort aus demselben Grund, aus dem Sie Ihre Füße irgendwo anders sehen. Tatsächlich sind Ereignishorizonte (Einwegflächen in der Raumzeit) buchstäblich überall. Ihre Füße fallen gerade durch einen.

Vergessen Sie für einen Moment die Schwarzen Löcher. Vergessen Sie in der Tat die allgemeine Relativitätstheorie und betrachten Sie eine 1 + 1-dimensionale speziell-relativistische Welt mit ein paar Astronauten (Alice und Bob) und einer willkürlich durch sie gezogenen diagonalen Linie:

       | /.
       | /. ^
       | /. |
       | /. Zukunft
       | /.
       | /.
       | /.
       /.
      / | . Vergangenheit
     / | . |
    / | . v
   / | .
  E A B.

E ist die Weltlinie eines Punktes (oder in 3 + 1-Dimensionen einer Ebene), der sich mit Lichtgeschwindigkeit nach rechts bewegt. Alice überquert diese Weltlinie (Füße zuerst - d. H. Ihre Füße sind links), während Bob seine Triebwerke abfeuert und in hyperbolische Bewegung geht, wodurch vermieden wird, E auf unbestimmte Zeit zu überqueren. (Auch hier ist E kein physisches Objekt, sondern nur eine Linie, die ich gezogen habe, aber Bob kann seine Triebwerke jederzeit abfeuern und aus irgendeinem Grund hier abfeuern.)

E ist ein Ereignishorizont. Es sollte leicht zu erkennen sein, dass Alice, sobald sie es überquert hat, niemals zurückkehren kann, selbst wenn sie mit Lichtgeschwindigkeit reisen kann. Ebenso (und aus dem gleichen Grund) wird Bob, wenn er niemals den Horizont überquert, niemals Licht (oder etwas anderes) von Alice sehen, nachdem sie den Horizont überquert hat.

Der größte Teil der "Phänomenologie" der Ereignishorizonte des Schwarzen Lochs gilt auch für diesen Horizont. Bob wird Alice im Moment des Durchfalls am Horizont "eingefroren" sehen, rotverschoben in die unbestimmte Zukunft. (Wenn Sie nicht verstehen, warum, schauen Sie einfach auf den Weg des Lichts.) Horizonte von Schwarzen Löchern verhalten sich wie elektromagnetische Leiter; Dieser Horizont auch. Horizonte des Schwarzen Lochs senden Hawking-Strahlung aus; Dies gilt auch für diesen Horizont (er wird Unruh-Strahlung genannt, aber es ist nur die Grenze des unendlichen Radius der Hawking-Strahlung). Wenn Sie wissen möchten, was am Horizont eines Schwarzen Lochs passiert, können Sie dies größtenteils in diesem speziell-relativistischen Analogon herausfinden. (Die Ausnahme ist, wenn ein großer Teil des Bereichs des Horizonts betroffen ist, so dass die Kugelform signifikant ist. E ist die Grenze der unendlichen Masse (unendlicher Radius) eines Horizonts eines Schwarzen Lochs.)

Offensichtlich sieht Alice ihre Füße immer. Das liegt nicht daran, dass Lichtkegel gekippt werden oder dass sie sich sehr schnell bewegt. Es ist, weil ihre Füße zu jeder Zeit Licht ausstrahlen und es nie durch irgendetwas blockiert wird. Kurz bevor (bzw. nach) ihr Kopf E kreuzt, sieht sie ihre Füße kurz bevor (bzw. nach) sie E kreuzen. Bob sieht nie das Licht, nachdem sie E überquert hat, aber das liegt nur daran, dass er sich so bewegt, dass es sich bewegt erreicht ihn nie, nicht weil es absorbiert oder anderweitig blockiert wurde.

Was den Horizont des Schwarzen Lochs besonders macht, ist die (im Allgemeinen nicht erkennbare) Zukunft

Ereignishorizonte für Schwarze Löcher (im Gegensatz zu E) befinden sich nicht an beliebigen Orten, aber das liegt nicht daran, dass am Ort des Horizonts etwas passiert. Es ist, weil es eine zukünftige Singularität gibt, in der alles zerstört wird.

Dies hat auch ein speziell-relativistisches Analogon. Stellen Sie sich vor, eine Region des Weltraums ist gespickt mit nicht entwaffnbaren Zeitbomben mit synchronisierten Countdown-Timern. Das Raumzeitdiagramm sieht folgendermaßen aus:

   ********** ^
    \ / |
     \    /       Zukunft
      \ /
       \ /

Jedes Sternchen ist eine Explosion. Die diagonalen Linien begrenzten den Bereich der Raumzeit, von dem aus Sie nicht vermeiden können, in die Luft gesprengt zu werden, selbst wenn Sie sich mit Lichtgeschwindigkeit fortbewegen können. Diese Zeilen sind aussagekräftig - ihr Standort wird durch ein reales physisches Ereignis festgelegt -, aber es gibt nichts dort . Beim Überqueren passiert nichts Erkennbares. Es gibt auch nirgendwo in der Region mit dem sicheren Tod etwas zu entdecken. Die kausale Zukunft (zukünftiger Lichtkegel) der Explosionen liegt vollständig außerhalb dieser Region, sodass niemand in der Region die Explosionen auf irgendeine Weise erkennen kann. Sie könnten daraus schließen, dass sie passieren werden, wenn sie die Bomben und Countdown-Timer sehen können (was analog dazu ist, die schnell zunehmenden Gezeitenkräfte zu bemerken), aber sie werden niemals sehen (oder auf andere Weise erkennen), wie ihre Füße vor ihrem Kopf explodieren. Da die Explosionen raumartig getrennt sind, gibt es keinen Sinn, in dem ihre Füße vor ihrem Kopf explodieren, selbst wenn sie zuerst die Füße des sicheren Todeshorizonts überquerten.

Was Sie vermissen, ist der Perspektivwechsel eines entfernten Beobachters und eines sehr nahen Beobachters.

Es ist nicht schrecklich unvernünftig, wenn der entfernte Beobachter eine feste Kugel auf ihren Karten markiert und sagt: "Das ist." ungefähr der Ereignishorizont des Schwarzen Lochs ".

Dieses Bild ist jedoch nicht sehr gut, wenn sie sich sehr nahe am Ereignishorizont befindet: Ein viel genaueres Bild wäre, dass der Ereignishorizont auf sie zu rast Lichtgeschwindigkeit.

(vielleicht ist es vernünftig zu sagen, dass es etwas langsamer aussieht, wenn sie draußen ist, und etwas schneller als die Lichtgeschwindigkeit, wenn sie drinnen ist)

Aus diesem Nahbild ist jetzt klar, warum Signale aus dem Inneren des Schwarzen Lochs nicht nach außen gelangen können: Sie können den Ereignishorizont einfach nicht überschreiten.

Wenn Sie sich außerhalb des Horizonts befinden Dann können Sie mit genügend Schub voraus bleiben. Je näher es kommt, desto mehr Schub benötigen Sie. Wenn Sie Ihre Füße hineinfallen lassen, aber genug Druck auf Ihren Kopf ausüben, um draußen zu bleiben, würde der Stress dieser Beschleunigung Ihren Körper zerreißen. (obwohl die G-Kräfte, die daran beteiligt sind, Ihr Raumschiff schweben zu lassen, Sie getötet hätten, lange bevor Sie nah genug dran waren, um dieses Experiment durchzuführen)

Tatsächlich haben Sie um den Ereignishorizont herum immer einen intensiven Photonenbereich, der alles in der Nähe des Ereignishorizonts verbrennt. Wenn Sie also an diesen Ort fallen, fühlen Sie sich heiß und sterben vor Einäscherung, bevor Sie den Ereignishorizont berühren.

Wenn wir das dann überspringen könnten Wenn Sie den Ereignishorizont mit dem Fuß berühren, kann sich das Nervensignal Ihres Fußes möglicherweise nach oben übertragen, da das Signal von der Nervenzelle über den Ereignishorizont kam und von der Nervenzelle abbrach, die ihn berührt. So können Sie fühlen, wie der Schmerz Ihres ganzen Körpers von unten nach oben zerfällt