مجال الفوتون

تعريفًا بالموضوع، إن كرة الفوتون أو دائرة الفوتون هي منطقة أو منطقة من الفضاء تكون فيها الجاذبية قوية لدرجة أن الفوتونات تضطر للسفر في مدارات. (يطلق عليه أحيانًا آخر مدار للفوتون) نصف قطر كرة الفوتون، وهو كذلك الحد الأدنى لأي مدار مستقر، بالنسبة لثقب شوارزشيلد الأسود:

وفي هذا السياق، حيث هو ثابت الجاذبية، هو كتلة الثقب الأسود، و هي سرعة الضوء في الفراغ و هو نصف قطر شوارزشيلد (نصف قطر أفق الحدث) - انظر أدناه للحصول على اشتقاق هذه النتيجة.

في هذا الإطار، تستلزم هذه المعادلة أن كرات الفوتون لا يمكن أن توجد إلا في الفضاء المحيط بجسم مضغوط للغاية ( ثقب أسود أو ربما نجم نيوتروني ).

وفي هذا الصدد، يحتوي الثقب الأسود الدوّار على كرة فوتونية عندما يدور الثقب الأسود، فإنه يسحب الفضاء معه. تتحرك كرة الفوتون الأقرب إلى الثقب الأسود في نفس اتجاه الدوران، في حين أن كرة الفوتون البعيدة تتحرك عكسها. كلما زادت السرعة الزاوية لدوران الثقب الأسود، زادت المسافة بين كرة الفوتونين. نظرًا لأن الثقب الأسود يحتوي على محور دوران، فإن هذا يكون صحيحًا فقط إذا اقترب من الثقب الأسود في اتجاه خط الاستواء. إذا اقتربنا من زاوية مختلفة، مثل زاوية من أقطاب الثقب الأسود إلى خط الاستواء، فهناك كرة فوتونية واحدة فقط. هذا لأن الاقتراب من هذه الزاوية لا وجود لإمكانية السفر مع الدوران أو عكسه.

وفي السياق ذاته، خاصية أخرى لمجال الفوتون هي قوة الطرد المركزي (ملاحظة: ليس الجاذبية ). خارج كرة الفوتون، كلما زادت سرعة دورانه كلما زادت القوة الخارجية التي يشعر بها المرء. تنخفض قوة الطرد المركزي إلى الصفر عند كرة الفوتون، بما في ذلك المدارات غير المتساقطة بأي سرعة، أي أنك تزن نفس الشيء بغض النظر عن السرعة التي تدور فيها، وتصبح سالبة بداخلها. داخل كرة الفوتون، كلما زادت سرعة دورانك في المدار، زاد وزنك المحسوس أو القوة الداخلية. هذا له تداعيات خطيرة على ديناميكيات السوائل لتدفق السوائل إلى الداخل.

في هذا الإطار، تقع كرة الفوتون على مسافة أبعد من مركز الثقب الأسود من أفق الحدث. داخل كرة الفوتون من الممكن تخيل فوتون منبعث من مؤخرة رأس المرء، يدور حول الثقب الأسود، عندها فقط يتم اعتراضه من قبل عيون الشخص، مما يسمح للشخص برؤية مؤخرة الرأس. بالنسبة للثقوب السوداء غير الدوارة، فإن كرة الفوتون عبارة عن كرة نصف قطرها 3/2 r s. لا توجد مدارات ثابتة للسقوط الحر موجودة داخل أو عبر كرة الفوتون. أي مدار سقوط حر يعبره من الحلزونات الخارجية إلى الثقب الأسود. أي مدار يعبره من الداخل يهرب إلى ما لا نهاية أو يسقط مرة أخرى ويدور في الثقب الأسود. لا يوجد مدار غير متسارع بمحور شبه رئيسي أقل من هذه المسافة، ولكن داخل كرة الفوتون، سيسمح التسارع المستمر للمركبة الفضائية أو المسبار بالتحليق فوق أفق الحدث.