คลื่นความโน้มถ่วงจะหนีจากแรงโน้มถ่วงของหลุมดำได้อย่างไร

ฉันรู้ว่าแม้แต่แสงก็ไม่สามารถหนีจากแรงโน้มถ่วงของหลุมดำได้และความเร็วของแสงและคลื่นความโน้มถ่วงก็เหมือนกัน คลื่นความโน้มถ่วงจะหนีจากแรงโน้มถ่วงได้อย่างไร

ฉันเห็นวลีนี้ตลอดเวลาและฉันต้องบอกว่าฉันไม่ชอบมันมากเพราะมันเป็นชื่อเรียกผิดที่แย่มาก เก้าครั้งจากทั้งหมดสิบครั้งเมื่อมีคนพูดถึงหลุมดำพวกเขาอธิบายว่ามันเป็นวัตถุที่มีแรงโน้มถ่วงรุนแรงเช่นนั้น "ไม่แม้แต่แสงก็สามารถหลบหนี" ได้

อย่างไรก็ตามคำแถลงการณ์ที่ไม่มีเงื่อนไขนี้แสดงให้เห็นถึงความเข้าใจผิดอย่างมากเกี่ยวกับสิ่งที่หลุมดำเป็นจริงและวิธีที่พวกเขาทำงานและทำสิ่งใดให้สำเร็จ แรงดึงดูดของหลุมดำนั้นไม่มากหรือน้อยไปกว่าวัตถุอื่น ๆ ในเอกภพ หลุมดำไม่ใช่สุญญากาศจักรวาลซึ่งใช้แรงโน้มถ่วงอันทรงพลังเพื่อดูดกลืนสสารที่อยู่ใกล้เคียงแสง ฯลฯ ในความเป็นจริงถ้าคุณแทนที่ดวงอาทิตย์ของเราด้วยหลุมดำที่มีมวลเท่ากันดาวเคราะห์ทุกดวงในระบบของเราจะไป การโคจรในลักษณะเดียวกันและจะไม่สังเกตเห็นความแตกต่างเลย (นอกเหนือจากการสูญพันธุ์ครั้งใหญ่บนโลกเนื่องจากไม่ได้รับพลังงานจากดวงอาทิตย์)

ที่ถูกกล่าวมาลองวาดภาพให้ดีขึ้นว่าหลุมดำนั้นเป็นอย่างไรและมันทำงานอย่างไร หลุมดำเป็นก้อนมวลที่มีขนาดใหญ่จนแรงโน้มถ่วงของมวลนั้นอยู่บนตัวมันเองพยายามที่จะดึงมันเข้าด้วยกันจริง ๆ แล้วมันยุบตัวลงในมวลที่เป็นเอกฐาน ภาวะเอกฐานเป็นพื้นที่ที่มีลักษณะคล้ายจุดซึ่งมวลทั้งหมดจะถูกบรรจุไว้ นอกเล็กน้อยแปลกนี้ฟิสิกส์ได้แปลก ตัวอย่างเช่นหากคุณอยู่ติดกับภาวะเอกฐานนี้และคุณคำนวณความเร็วที่จำเป็นในการหลีกหนีจากภาวะเอกฐานนั้น (เช่นคุณต้องเดินทาง ~ 11 km / s เพื่อหนีจากโลก) คุณจะพบความเร็วที่มาก มากกว่าความเร็วของแสง นั่นคือต้นกำเนิดของวลี "ไม่แม้แต่แสงก็สามารถหลบหนี" ได้ แต่ถ้าคุณเริ่มห่างจากภาวะเอกฐานคุณจะต้องใช้ความเร็วที่น้อยกว่าในการหลบหนีเพราะคุณจะรู้สึกถึงแรงโน้มถ่วงน้อยลง (แรงโน้มถ่วงจะลดลงตามระยะทาง) ซึ่งหมายความว่าในระยะหนึ่งจากภาวะเอกฐานความเร็วของแสงเร็วพอที่จะหนีออกจากหลุมดำได้ ระยะนี้เป็นสิ่งสำคัญเพื่อให้นักวิทยาศาสตร์ได้ให้มันชื่อพิเศษที่ขอบฟ้าเหตุการณ์ มันซับซ้อนกว่าภาพธรรมดาที่ฉันวาดไว้ด้านบน แต่นั่นเป็นแนวคิดทั่วไป

หากคุณรวมทั้งหมดเข้าด้วยกันนั่นจะบอกคุณว่าแสงใด ๆ ที่อยู่นอกขอบฟ้าเหตุการณ์ไม่มีปัญหาในการหลบหนีหลุมดำ มันเป็นเพียงแสงสว่างภายในขอบฟ้าเหตุการณ์นี้ซึ่งไม่สามารถหลบหนีได้ ในทำนองเดียวกันคลื่นความโน้มถ่วงนอกขอบเขตเหตุการณ์สามารถหลบหนีได้อย่างง่ายดาย นี่คือสิ่งที่คำตอบของ StephenG หมายถึงโดยบอกว่าพวกเขา "อยู่นอก" หลุมดำ โดยภายนอกเขาหมายถึงนอกขอบเขตเหตุการณ์ และมันเป็นความจริงที่ตราบใดที่การสร้างคลื่นความโน้มถ่วงเกิดขึ้นนอกขอบฟ้าเหตุการณ์มันจะหนีหลุมดำออก

และสำหรับการอ้างอิงขนาดหลุมดำมวลมหาศาลในใจกลางกาแลคซีของเราซึ่งมีมวลมากกว่าดวงอาทิตย์ของเราถึง 4,000,000 เท่ามีขอบฟ้าเหตุการณ์ซึ่งขยายได้เพียง 10,000,000 กม. มันแทบไม่ได้อยู่ในวงโคจรของดาวพุธถ้ามันอยู่ในตำแหน่งดวงอาทิตย์ของเรา ดังนั้นคุณจะเห็นได้ว่ามันไม่ยากที่จะอยู่นอกขอบฟ้าเหตุการณ์เนื่องจากขอบฟ้าเหตุการณ์นั้นไม่ใหญ่มากนักในแง่ดาราศาสตร์

คลื่นความโน้มถ่วงเป็นการบิดเบือนเวลาว่างนอกหลุมดำ พวกเขาไม่ต้องหลบหนีเพราะนอกแล้ว