Kara Delik / Hawking Radyasyon: Neden sadece anti-partikülü yakalayalım?


17

Burada bazı ayrıntılar yanlış olabilir. Eğer öyleyse, bunlara odaklanmayın. Sorumun genel itişine odaklan.

Parçacık / parçacık karşıtı çiftlerin uzayda kendiliğinden oluştuğunu "öksürüyorum". Bir kara deliğin olay ufkunun yakınında oluşabileceklerini ve bir parçacığın düşebileceğini, diğer parçacığın zorlukla kaçabileceğini anlıyorum. Bir anti-partikülün bir partikülle yok olacağını anlıyorum. Anlamadığım şey, neden sadece bu sanal parçacık çiftlerinin anti-parçacıklarının kara deliğe düşerken, diğerleri sadece kaçmayı başarıyor. Hem partikül hem de anti-partikülün düşme veya kaçmayı başarma şansı olmamalı mı?

Görünüşe göre ya partikülün ya da anti-partikülün, diğeri "çıkarılırken" yakalanma şansı eşit olmalı. Bu yüzden karadeliğin, sanal parçacıklara göre kütle değiştiği ölçüde biraz kararlı olması gerektiği anlaşılıyor.

Açıklamak?


2
Sizin öncülünüz yanlış. Parçacık tipi, kütlenin eklenmesi veya çıkarılması önemli değildir.
bu

Anti-partikülün karadelikte "normal" kütle ile yok edildiğini düşündüm? Hayır?
user3355020

2
Bunu uzun zamandır merak ettim.
Chris Walsh

Yanıtlar:


14

Anti-partikülün karadelikte "normal" kütle ile yok edildiğini düşündüm? Hayır?

Hayır. Birincisi, hem parçacıklar hem de anti-parçacıklar "normal" kütleye (ilk etapta kütleleri olmalılarsa) ve "normal" (pozitif) enerjiye sahiptir. Aralarındaki ayrım ya bir konuyla ilgili meseledir ya da evrende hangi türün daha yaygın olduğu sorusudur. Dahası, tipik kütleli karartma delikleri için, Hawking radyasyonunun büyük kısmı, düzgün bir şekilde konuşan anti-parçacıklara sahip olmayan fotonlardan yapılacaktı, ancak kendi anti-partikülleri olduklarını da söyleyebiliriz.

Hem partikül hem de anti-partikülün düşme veya kaçmayı başarma şansı olmamalı mı?

Evet ve yüksüz olanlar bunu yapıyor. Daha küçük bir kara delik, hem nötrinoları hem de anti-nötrinoları yayar, tüm nötrinoların büyük (varsa, tüm kara delikler bunu zaten yapar) ve yeterince küçük (ve dolayısıyla yeterince sıcak) varsa, hem elektronları hem de pozitronları yayar. Çok kabaca, karadeliğin sıcaklığı, doğal birimlerde parçacık kütlesi veya daha yüksek olduğunda, göz ardı edilemeyecek miktarlarda büyük partikül yayar.

Görünüşe göre ya partikülün ya da anti-partikülün, diğeri "çıkarılırken" yakalanma şansı eşit olmalı.

Küçük bir istisna dışında, sıcak bir kara delik elektrik yüküne sahipse, aynı yük işaretinden parçacıklar yaymanın daha olası olduğu doğrudur.

Bu yüzden karadeliğin, sanal parçacıklara göre kütle değiştiği ölçüde biraz kararlı olması gerektiği anlaşılıyor.

Bir partikül veya bir anti-partikül bir kara deliğe düşerse, kütlesi yükselir. Önemli değil. Temel olarak, Hawking radyasyonunun "nedeni", kuantum alan teorisindeki vakum durumunun en düşük enerjili bir durum olduğu, ancak farklı gözlemcilerin hangi durumun vakum olduğu konusunda anlaşamadıklarıdır . Böylece, parçacıklar vakumun üstünde dalgalanma olduğundan, parçacıkların olup olmadığına katılmayabilirler.

Enerji tasarrufu için bazı dolambaçlı çekiciliğin dışında "antipartikülün düştüğü" hikayesini onarmak için iyi bir yol olduğunu düşünmüyorum: kaçan parçacık gerçekse ve pozitif enerjiye sahipse, düşen parçanın negatif enerjisi olmalı ve bu nedenle karadeliğin kütlesini azaltın. Ne yazık ki, bu durumun tutarlı olması için ne olması gerektiğini gösterir, gerçekte olması değil.

Genel görelilik hakkında biraz bilgi sahibi olmakla birlikte, kişi bunu biraz daha motive edebilir - örneğin, Schwarzschild kara deliği için, bir Öldürme vektör alanı tarafından verilen, zaman çizelgesinden ufukta uzaya giden enerji tasarrufu vardır - yani ne harici gözlemci zaman / enerji kara deliğin içine alan / ivme olacağını dikkate alır ve ivme olduğu negatif izin.


Cevabınızı çok iyi anlamıyorum, ama en önemlisi: bir elektron ve bir pozitronun birbirlerini yok etmediğini mi söylüyorsunuz?
Py-ser

2
@ Py-ser: Bir elektron ve bir pozitron birbirini yok edebilirken, bunun kara deliklerin Hawking radyasyonuyla kütleyi azaltmasıyla hiçbir ilgisi olmadığını söylüyorum. Karadelik içindeki varsayımsal bir parçacık / antipartikül imhası, her ikisi de pozitif enerjiye sahip olduğu için kütleye hiçbir şey yapmaz. Antipartiküllere bu süreç açısından özel bir şey olarak davranıyorsunuz, ancak bu bir hatadır. Daha iyi (biraz el yıkama olmasına rağmen), hangi parçacık düşerse, negatif enerji rel. sonsuzluktaki bir gözlemciye. Bu m / am imhasından tamamen farklı.
Stan Liou

@StanLiou'ya teşekkürler, böylece hem ben hem de OP'nin yaptığı yanlış anlaşılmayı açıkladınız. Dolayısıyla hem madde hem de anti-madde, kuantum dalgalanmalarından çok geçici olarak ödünç alınan pozitif kütle / enerjiye sahiptir. Peki -ve enerjisi parçacıklardan biri içeri girdiğinde nereden geliyor?
Chris Walsh

@ChrisWalsh Kara deliğin kütlesindeki azalmadan geldiğini varsayacağım. Ama hala aklımda belirsiz olan bir şey - bu cevap (yeterince küçük) bir kara deliğin maddeyi ve anti-maddeyi eşit olarak yaydığını mı söylüyor yoksa bu bir şekilde mi yoksa tercihli mi?
Michael

3

İlk olarak, @ user83692435'in önce gelen ve doğru cevabını işaret etmek ve takdir etmek istiyorum. Üzerinde genişleyen:

Sanal bir parçacık / parçacık karşıtı çiftin imajı oluşturuluyor ve daha sonra çiftin biri diğerini gerçek olarak bırakarak olay ufku tarafından yutuluyor, olanların bir resmini sağlayan, ancak kesinlikle doğru olmayan bir benzetmedir. Popülerleştiriciler kullanmaya devam ediyor çünkü gerçekten olan şey son derece karmaşık ve kelimelerle kolayca açıklanamıyor. (Ve denemeyeceğim!) Ama işte konuyla ilgili teknik bir makalenin bağlantısı .

Ama belki de basit bir açıklama karşı en söylüyorum noktası Hawking radyasyonu olmasıdır gelmez benzetme gerektirir olay ufkunun gelen, ancak bunun dışında uzaydan!

Hawking benzetmesine karşı ikinci bir nokta, olay ufkunun karadeliğin potansiyel kuyusunda çok derin olmasıdır. Bir parçacığın veya fotonun BH'den kaçması için (Hawking radyasyonunun olması gerekir) BH'den kaçmak için yeterli ek enerji ile yaratılmalıdır - ve BH, kaçış hızından daha yüksek bir ışık hızına sahip bir nesne olarak düşünülebilir. Partnerini BH'ye kaybeden zayıf küçük parçacıklar bunu asla çözemezdi.

Biraz daha derine inmek istiyorsanız, Sabine Hossenfelder'in daha fazla bilgi için birçok bağlantı içeren uzun bir gönderi olan Backreaction blogunu öneriyorum . Geri tepme, Hossenfelder aktif bir araştırmacı ve iyi bir yazar olduğu için, bugünlerde blogları popülerleştiren sınır fiziğinin en iyilerinden biridir.


0

Hawking radyasyonunu tanımlamanın yaygın (kötü de olsa) bir yolunu biraz yanlış hatırladınız. Fizik popülerleştiricileri bazen onu bir tanesi madde diğeri negatif madde olan bir çift parçacık olarak tanımlar. Veya biri antimadde diğeri negatif antimadde. Böylece protonunuz kaçar ve negatif madde-protonunuz emilir. Veya antiprotonunuz kaçar ve negatif antimadde-antiprotonunuz emilir. Negatif madde (veya negatif antimadde) kara deliği küçültür.

Bu, fizikçi olmayanlar için bir şeyler tanımlamanın yaygın bir yolu olmasına rağmen, onu tanımlamanın kötü bir yoludur. Kafa karıştırıcı çünkü ortaya koyduğunuz soruyu kesin olarak gösteriyor: negatif madde neden dışa doğru uçmuyor ve vurduğu ilk yıldızı veya gezegeni küçültüyor? Ayrıca, olumsuz madde hiç tespit edilmemiştir. Kara delikleri anlamak için yararlı bir yapı olduğunu düşünmek için özel bir neden yoktur. (Varsa, çok faydalı olabilecek solucan deliklerini stabilize etmek için kullanabilirsiniz).

Hawking radyasyonunu sanal negatif parçacıklara başvurmadan buradaki diğer cevapların yaptığı gibi tanımlamak daha iyidir.


2
"Olumsuz madde" - o zaman nedir?
adrianmcmenamin

0

Hawking radyasyonunun sanal parçacıklar oluşması ve karadeliğe düşen bir parçacığın bu açıklaması eksiktir. Stephen Hawking aslında uzak geçmişten uzak geleceğe ve onu dolaşan boş jeodezik (ışık yolu) bir yol hayal etti. Jeodezik yolunda, kara deliğin oluştuğu yerden geçmeden hemen önce bir kara delik oluşur. Bunu yapmak son jeodeziktir.
Vakum boş değil. Belirsizlik ilkesi nedeniyle bazı titreşimlerden oluşur. Bu vakum alanı birçok frekans modundan oluşur. Birbirlerini imha eden sanal parçacık anti-parçacık çifti oluşturmaya devam ediyorlar. Anti-parçacığın kuantum alanında negatif frekansa sahip, yani zamanda geriye doğru hareket eden bir titreşim olduğu düşünülebilir. Oluşan kara delik, geçen jeodeziklerin bazı frekanslarını sürükler. Böylece jeodezik alanlarını kalan frekanslardan oluşturur. Ve anti-partikül, zaman içinde geriye doğru hareket eden frekanslı bir partikül olarak düşünülebildiğinden, frekansı her zaman kara deliğe kaybolur ve alan kalan frekans modlarından sanal bir partikül oluşturur.

Sitemizi kullandığınızda şunları okuyup anladığınızı kabul etmiş olursunuz: Çerez Politikası ve Gizlilik Politikası.
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.