Hawking radyasyonu kara deliklerin kütlesini tam olarak nasıl azaltır?

Şimdiye dek anladığım kadarıyla, sanal parçacıklardan biri olay ufkunu geçtiğinde ve diğeri anlamadığında, birbirlerini yok edemezler. İkincisi, evrene doğru dolaşıyor (btw, bu noktada hala sanal mı ve 'sanal' bu noktada ne anlama geliyor? Öyleyse, diğeri kara delik tarafından tüketilirken). Bu olayın kara deliğin buharlaşmasına nasıl katkıda bulunduğunu anlamıyorum (parçacıklar kara delikten kaynaklanmadığından). Tüketilen parçacık aslında karadelik kütlesine eklenmemeli mi?

Benimkine en yakın soru , Hawking radyasyonu aslında evreni kütle haline getiriyor mu? , ama cevapları tatmin edici bulmuyorum.

Yani, " kaçan sanal parçacık, kara deliğin yerçekimi alanı tarafından gerçek bir parçacık haline geldiğinde" artırılır ", daha ziyade soruyu cevaplayıp soruyu ekler.

EDIT: Cevaplarda sunulan bilgiden alçakgönüllülük duyuyorum ve en uygun olanı işaretlemek için yetersiz hissediyorum. Umarım bu iyidir.

Size sezgisel bir cevap vereceğim. Hawking radyasyonu sanal parçacıklarla ilgili tipik pop-sci açıklamadan biraz daha karmaşık olduğu için akılda tutulması gereken, bu "gerçek" cevap değildir. Ancak yine de bazı sezgisel gerekçeler mümkündür.

Bu olayın kara deliğin buharlaşmasına nasıl katkıda bulunduğunu anlamıyorum (parçacıklar kara delikten kaynaklanmadığından).

Burada önemli bir noktayı kaçırıyorsun.

Çift oluşturulduğunda, bunlar sanal parçacıklardı. Çiftin bir tarafı kara delik tarafından emildikten ve diğer tarafı serbest bırakıldıktan sonra, serbest kalan kısım gerçek bir parçacıktır. Orada büyük fark - sanal vs gerçek.

Sanal parçacıklar, sen ve ben olduğumuz gibi gerçekten yoklar. Çok kısa bir süre için var gibi gözüküyorlar; Ne kadar enerjik olursalar, Heisenberg denklemine göre sanal “varoluşlarının” aralığı o kadar kısa. Birçok yönden sadece matematiksel bir hiledir.

Gerçek parçacıkların olmadığı vakumu düşünün. Önceden, sadece vakum. Şu anda, sanal bir çift kısa bir süre titriyor, sonra gitti. Gelecekte, yine vakum var.

Daha önce enerji neydi? Sıfır. Gelecekteki enerji nedir? Sıfır. Titreme sırasındaki enerji nedir? Heisenberg denklemlerinin izin verdiği sınırlar dahilinde temelde sıfır. Alt satırda, sanal parçacıklar gelir ve gider ve bazı boş alan yığınlarının enerji dengesine katkıda bulunmazlar.

(Burada sezgisel bir açıklama uğruna, vakum enerjisi kavramını görmezden geliyorum.)

Ancak diyelim ki sanal parçacıklardan biri kara delik tarafından kapana kısıldı, bu yüzden karşıtıyla yok olamıyor. Diğer parçacık ters yönde uçar ve kara delikten kaçar. Daha da kötüsü, bu şimdi gerçek bir parçacık - Heisenberg denklemlerinin izin verdiği süreyi aştık, bu yüzden kaçanlar artık sanal değil.

Bu parçacık nasıl gerçek oldu?

Bu büyük bir sorundur, çünkü sanal parçacıklar kısaca var olmak için bir enerji bütçesi gerektirmezken, gerçek parçacıklar sonsuza dek enerji taşırlar. Bir şey sanal çiftin kendisini yok etmesini engelledi ve bileşenlerden birini gerçek parçacık durumuna yükseltti. Sanal çift sıfır enerjiye sahiptir. Kurtulan gerçek parçacık sıfır olmayan enerjiye sahiptir. Bu enerjinin bir yerden gelmesi gerekiyor.

Kara delikten geliyor. Kara delik, bir parçacığı sanaldan gerçeğe yükseltmek için kütlesinin / enerjisinin bir kısmını (aynı şey) bırakır. Diğer parçacık yakalandı - ama yine de sanal olmak, gerçekten önemli değil.

Bu sezgisel açıklamanın söylemediği şey, artırmanın gerçekte nasıl gerçekleştiğidir. Bilmiyorum sihir. Her nasılsa sanal parçacıklardan biri karadelikten bir yığın enerji alıyor ve gerçek oluyor.

Yine, bu gerçek süreç değil. Gerçek süreç daha karmaşık . Bu sadece bir pop-bilim masal.

EDIT: Eve yaklaşmak için, Hawking radyasyonu Unruh etkisine göre daha yakındır . Ataletsel bir gözlemcinin bu ciltteki boş alanı gördüğünü söyleyin. Hızlanan bir gözlemci aynı ciltte boş alan görmeyecek, bunun yerine siyah cisim ışıması görecekti. Bu Unruh etkisi.

Yerçekimi ve ivme genel görelilik başına aynıdır. Bu yüzden bir kara deliğe yakın kuvvetli yerçekimi kuvvetli ivmelenmeye eşdeğerdir. Unruh etkisine benzer bir şey orada olmalı. Bu Hawking radyasyonu.

http://backreaction.blogspot.com/2015/12/hawking-radiation-is-not-produced-at.html

EDIT2: Bu sayfadaki diğer cevaplar faydalı alternatifler sunar, bu yüzden onları da kontrol edin.

Bu ders notları , sorunları bir dereceye kadar, özellikle de 33-35 arasındaki slaytlarda ele almaktadır.

Çünkü ufka yakın kuvvetle bükülmüş boşlukta, vakum dalgalanmalarından oluşan sanal parçacıklar negatif enerji yoğunluğuna sahip çıkıyor.

Enerji yoğunluğu = birim hacim başına enerji.

Bu parçacıklar aslında pozitif kütleye sahiptir - kaçana bak! - ama kütleleri uzay-zaman boyunca çok garip bir şekilde dağılmış. (Kuantum-mekanik olarak konuşulursa, parçacıklar sıfır hacme sahip değildir; bu dalga-parçacık dualitesinin bir yönüdür.)

Negatif enerji yoğunluğuna sahip maddeye genellikle egzotik madde denir

ve biraz sonra:

Düz uzaydaki kuantum mekanik vakum dalgalanmaları - herhangi bir güçlü yerçekimi alanından uzakta - her zaman sıfır net enerji yoğunluğuna sahiptir; asla egzotik olamazlar.

Bununla birlikte, bükülmüş boşluk zamanlarında, vakum dalgalanmaları genel olarak egzotiktir: net enerji yoğunluğu, dalgalanmaların topluluğu tarafından ışığın sapmasını gözlemleyerek enerji yoğunluğunu ölçen uzaktaki bir gözlemciye göre negatiftir. Eğrilik ne kadar güçlü olursa, enerji yoğunluğu o kadar olumsuz görünür.

Şimdiye kadar gördüğüm en iyi açıklama bu.

Heisenberg ilkesi, zamanla her şeyi geri ödediğiniz sürece, enerji koruma yasalarını geçici olarak ihlal etmenize (örn. Hiçbir şeyden parçacık çiftleri oluşturma) izin verir. Partikül karşıtı çift çifti ne kadar büyük olursa, o kadar hızlı geri ödenmesi gerekir. Sanal bir çifti gerçek bir çifte dönüştürmek, ödenmemiş borcu temsil etmek için bir miktar negatif enerji "egzotik madde" (ne olursa olsun) oluşturuyor olarak görülebilir. Enerjisi, ters işareti olan çiftin büyüklüğüne eşittir. Bu daha sonra, kara deliğin kütlesini azaltarak, parçacıklardan biri ile birlikte kara deliğe düşer.

Kara deliğin ufku, bazı sanal çiftleri yeniden birleştirmenin yoluna giriyor, bu yüzden bu sanal dönüşümler gerçek oluyor.

Bu dersi aynı fikirle buldum (daha detaylı ve daha az kasaplı): http://teacher.pas.rochester.edu/Ast102/LectureNotes/Lecture19/Lecture19.pdf

Uzmanların bu açıklamaya katılıp katılmayacağını bilmiyorum, ama işte nasıl anladığım:

Hem uzay hem de olay ufku sabit kuantum dalgalanmasındadır. Temel olarak, olay ufku küçük dalgalanmalara sahiptir. Olay ufkunun dalgalandığı noktalarda (kara deliğin ortalama yarıçapının üstünde), ortalamanın üzerinde bir miktarda yerel enerji vardır. Yoğun yerçekimi hızla yerel yumruları geri çeker, düşen yumru, yerel enerji konsantrasyonunu olay ufkunun geri kalanına geri gönderir.

Şimdi deliğin yakınındaki olası sanal parçacık çiftlerini düşünelim. Sabit bir sanal parçacık çifti olay ufkunun hemen üzerinde belirirse, ya yeniden birleşip yok olur ya da her şey deliğe çekilir ve sıfıra düşer. Kara delikten, neredeyse ışık hızında, belirgin bir hareketi olan sanal bir parçacık çiftine ihtiyacımız var. Bu sanal parçacık çifti tamamen kaçacak kadar hızlı gidiyorsa, yeniden birleşip kaybolurlar. Sıfır net etkisi. Kara delikten neredeyse ışık hızında uzaklaşan bir sanal parçacık çiftine ihtiyacımız var ve ufukta sadece bir sanal parçacığı yakalayan bir dalgalanmaya ihtiyacımız var. Her ikisi de yakalamaktan kaçınmak için dalgalanmanın ikinci sanal parçacıktan uzaklaşması için aşırı aşağı doğru ivme altında olması gerektiğine inanıyorum. Ve işte kilit kısım: Parçacık çifti arasındaki enerji borcu yoğun bir şekilde onları birbirine doğru çeker. Kapana kısılmış parçacık, onu kaplayan ufukta etkili bir şekilde yukarı çekerek yukarıya doğru çekilmektedir. Bu, ufuk dalgalanmasının düşmesini yavaşlatır, düşen dalgalanmanın kara deliğin geri kalanına verdiği enerjiyi azaltır.

İki sanal parçacığı ayırmak için gereken enerji, sanal olmayan iki parçacığın birleşik enerjisine eşittir. Böylece düşen dalgalanma iki partiküle eşit enerjiyi kaybeder ve delik bir parçacığı yer. Her şey kaçan bir parçacık ile dengede kalır.

Sanal parçacıkların fotonlar mı yoksa madde karşıtı bir çift mi olmasına bakılmaksızın aynı şekilde çalıştığına inanıyorum.

İşte Kuantum Mekaniğine bir benzetme. QM'deki bir parçacık imkansız bir bariyer yoluyla tünel açabilir, bu da kurşuntan daha ağır olan elementlerin bazı nötronlarının Güçlü Kuvvetin bağlarından kaçan çekirdekten çeken tünellerini almasına neden olabilir.

Küçük bir Kara Delik, bir partikülün kaçmak için tünel olabileceği kuantum bariyer gibidir. Bariyer ne kadar küçük olursa (Olay Ufku), tünel açma olasılığı o kadar yüksek olur. Bu nedenle, 228 ton kütleye sahip bir mikro kara delik ve 3.4 x 10 ^ -7 femtometreli (bir protonun boyutunun 1 milyonda birinden az) bir Event Horizon'u, parçacıkların üzerinde çok uzun süre ve hiç durmayacak. Aslında, tam olarak 1 saniye sonra bir Hawking Radyasyon patlamasında patlayacak .

Tam bir santimetre yarıçapına sahip daha büyük bir Dünya Kütle kara deliği çok daha uzun sürecektir: 8 x 10 ^ 50 yıl, çünkü bir parçacığın tüm santimetre boyunca tünel açması çok daha az olasıdır.

Kaynak: Üç boyutlu kara deliklerden Kuantum tünel açma: https://arxiv.org/abs/1306.6380

Kaynak: Kuantum Etkisi olarak modellenen Hawking Radyasyonu: http://cscanada.net/index.php/ans/article/view/j.ans.1715787020120502.1817