มีคำอธิบายที่ดีขึ้นเกี่ยวกับรังสีฮอว์คิงหรือไม่?


11

ฉันกำลังเขียนชิ้นส่วนของรังสีฮอว์คิงและพบว่าฉันมีปัญหา คำอธิบาย "ที่ให้" ซึ่งฉันพบในWikipediaและที่อื่น ๆ เป็นที่น่าพอใจ:

"ความเข้าใจด้านกายภาพในกระบวนการอาจเกิดขึ้นได้จากการจินตนาการว่าการแผ่รังสีอนุภาค - antiparticle นั้นถูกปล่อยออกมาจากนอกขอบฟ้าเหตุการณ์การแผ่รังสีนี้ไม่ได้มาจากหลุมดำโดยตรง แต่เป็นผลมาจากอนุภาคเสมือนที่" เพิ่ม "โดย ความโน้มถ่วงของหลุมดำกลายเป็นอนุภาคจริง[10]เมื่อคู่อนุภาค - antiparticle ถูกสร้างขึ้นโดยพลังงานความโน้มถ่วงของหลุมดำการหลบหนีของอนุภาคหนึ่งจะลดมวลของหลุมดำ[11]. มุมมองทางเลือกของกระบวนการคือความผันผวนของสุญญากาศทำให้คู่อนุภาค - antiparticle ปรากฏใกล้กับขอบฟ้าเหตุการณ์ของหลุมดำ คู่หนึ่งตกลงไปในหลุมดำในขณะที่อีกคู่หนึ่งหนีออกมา เพื่อรักษาพลังงานทั้งหมดอนุภาคที่ตกลงไปในหลุมดำจะต้องมีพลังงานเชิงลบ ... "

มันขึ้นอยู่กับอนุภาคเสมือนและอนุภาคพลังงานลบ อย่างไรก็ตามความผันผวนของสุญญากาศไม่เหมือนกับอนุภาคเสมือนจริงซึ่งมีอยู่ในคณิตศาสตร์ของแบบจำลองเท่านั้นและเรารู้ว่ารู้จักอนุภาคพลังงานเชิงลบ ดังนั้นฉันกำลังมองหาคำอธิบายที่ดีกว่า บทความ Wikpedia ยังกล่าวถึงสิ่งนี้:

"ในรูปแบบอื่นกระบวนการนี้มีผลกระทบเชิงควอนตัมอุโมงค์โดยคู่ของอนุภาค - antiparticle จะเกิดขึ้นจากสุญญากาศและหนึ่งจะขุดอุโมงค์นอกขอบฟ้าเหตุการณ์[10] "

อย่างไรก็ตามที่แสดงให้เห็นการผลิตคู่เกิดขึ้นภายในขอบฟ้าเหตุการณ์ซึ่งดูเหมือนจะไม่สนใจการขยายเวลาความโน้มถ่วงที่ไม่มีที่สิ้นสุดและหนึ่งในนั้นคือ a) ปรากฏขึ้นนอกขอบฟ้าเหตุการณ์และ b) หนีออกมาจากรังสีฮอว์คิงเมื่อการผลิตคู่เกี่ยวข้องกับการสร้าง อิเล็กตรอนและโพสิตรอน มันน่าพอใจอีกครั้ง ดังนั้น:

มีคำอธิบายที่ดีขึ้นเกี่ยวกับรังสีฮอว์คิงหรือไม่?


2
อนุภาคที่ตกลงมาไม่ต้องการพลังงานเชิงลบ สิ่งที่สำคัญคือโฟตอนบางตัวหนีไปไม่สิ้นสุดซึ่งหมายความว่าพลังงานบางส่วนที่ "ยืม" จากสนามโน้มถ่วงหายไป (ในรูปของโฟตอนเหล่านั้น) ดังนั้นสนามแรงโน้มถ่วงจะอ่อนตัวลงซึ่งจะช่วยลดมวล / พลังงานที่เห็นได้ชัด แต่ "ชัดเจน" เป็นเพียงสิ่งที่เราเห็นว่าเป็นผู้สังเกตการณ์ที่อยู่ห่างไกล เกิดอะไรขึ้นภายในขอบฟ้าเหตุการณ์คือ ... ในช่วงการคาดเดาถึงอะไร ที่กล่าวว่าฉันไม่คิดว่าจะมีความเห็นส่วนใหญ่เกี่ยวกับวิธีการที่เกิดขึ้นของรังสีหรือถ้ามันยังมีอยู่ ...
zibadawa timmy

1
คุณอาจพบข้อมูลเพิ่มเติมเกี่ยวกับ Physics SE เนื่องจากธรรมชาติของวัสดุนี้มีความลึกลับ
StephenG

1
ตั้งข้อสังเกตสตีเฟ่น @zibadawa timmy: แต่คุณจะ "ยืม" พลังงานจากสนามโน้มถ่วงได้อย่างไร? และถ้าคุณทำเช่นนั้นพลังงานจะรั่วไหลออกมาจากขอบฟ้าเหตุการณ์มากขึ้นกว่าเดิมจนกว่าคุณจะจบลงโดยไม่มีหลุมดำเลย
John Duffield

2
จอห์นจากคำถามของคุณดูเหมือนว่าคุณไม่เข้าใจแนวคิดของพลังงานศักย์หรือพลังงานที่เก็บไว้ในทุ่งนา (ความโน้มถ่วงไฟฟ้า ฯลฯ ) ฉันจะเริ่มต้นด้วยการอ่านเกี่ยวกับแนวคิดเหล่านั้น
Carl Witthoft

5
1. คำอธิบายด้วยวาจาทั้งหมดนี้เป็นเพียงคำอุปมาอุปมัย เรื่องจริงคือการคำนวณ Hawking - นั่นคือคำอธิบายที่แท้จริง 2. นี่คือคำอุปมาอีกอันหนึ่ง: หลุมดำนั้นไม่มีอะไรนอกจากความโค้งของกาลอวกาศอันยิ่งใหญ่ที่ผูกติดอยู่กับตัวเอง - และชื่อที่เรามีสำหรับความโค้งของกาลอวกาศคือ "แรงโน้มถ่วง" หลุมดำนั้นไม่มีอะไรนอกจากแรงดึงดูดรุนแรงพอที่จะคงอยู่ต่อไป คู่ p / anti-p ถูกนำมาสู่การดำรงอยู่เช่นเดียวกับที่สนามที่รุนแรงมากสามารถสร้างอนุภาค: เมื่อคุณมีพลังงานมากมายอนุภาคสามารถโผล่ออกมาจากมัน เช่นรังสีแม่เหล็กไฟฟ้าก็สามารถทำได้เช่นกัน
Florin Andrei

คำตอบ:


7

แอนดี้โกลด์เสนอมาคลาสสิกของรังสีฮอว์คิงในค่อนข้างกระดาษปิดบัง 1987 ข้อโต้แย้งที่สำคัญคือหลุมดำจะต้องมีเอนโทรปีที่ไม่ จำกัด และไม่เป็นศูนย์ (มิฉะนั้นคุณอาจละเมิดกฎข้อที่สองของอุณหพลศาสตร์ที่มีหลุมดำ) ยิ่งกว่านั้นเอนโทรปีของหลุมดำจะต้องขึ้นอยู่กับพื้นที่ของมันเท่านั้น (ไม่เช่นนั้นคุณสามารถเปลี่ยนพื้นที่ของหลุมดำผ่านกระบวนการเพนโรสและลดเอนโทรปีของมันลงและสร้างเครื่องเคลื่อนไหวแบบถาวร) หากหลุมดำมีเอนโทรปีและมวลแสดงว่ามันมีอุณหภูมิ หากมีอุณหภูมิก็จะต้องมีการแผ่รังสีความร้อน (มิฉะนั้นคุณอาจละเมิดกฎข้อที่สองของอุณหพลศาสตร์อีกครั้ง)

แน่นอนว่าถ้าคุณดูอุณหภูมิรังสีฮอว์คิงมีค่าคงตัวของพลังค์อยู่ที่นั่นดังนั้นมันต้องรู้อะไรเกี่ยวกับกลศาสตร์ควอนตัมใช่ไหม? แต่กลับกลายเป็นว่าโดยทั่วไปแล้วอุณหพลศาสตร์ของอุณหพลศาสตร์จะรู้เกี่ยวกับกลศาสตร์ควอนตัมไม่ใช่ทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปค่าคงที่ของพลังค์มีความจำเป็นเพียงอย่างเดียวที่จะทำให้เอนโทรปีมีค่าคงที่เท่านั้น นี่เป็นความจริงของหลุมดำและแบล็กบอดี้เหมือนกัน


1
มันเป็นการอ่านที่น่าสนใจ แต่ฉันสังเกตสิ่งนี้ในหน้า 5: ” ตอนนี้เราอาจลองทำการทดลองที่เสนอโดย Gerochครั้งแรก หนึ่ง adiabatically ลดกล่องสะท้อนที่สมบูรณ์แบบที่เต็มไปด้วยรังสีแม่เหล็กไฟฟ้าที่อุณหภูมิ T >> Tถึงรัศมี Schwarzschild r ใกล้กับขอบฟ้าเหตุการณ์ จากนั้นหนึ่งแลกเปลี่ยนรังสีกับหลุม…”B H[8]BHแน่นอนว่าไม่มีการแลกเปลี่ยนเนื่องจากการยืดเวลาความโน้มถ่วงไม่สิ้นสุด? gedankenexperiment ของ Geroch จากปี 1971 ที่ Princeton colloquium ดูเหมือนว่าจะมีการอ้างอิงอย่างกว้างขวาง แต่ไม่ได้ตีพิมพ์ เป็นผู้นำที่น่าสนใจขอบคุณอีกครั้ง
John Duffield

2
คุณไม่ได้ลดขนาดกล่องลงไปที่ขอบฟ้าเหตุการณ์เพียงแค่ใกล้กับขอบฟ้าเหตุการณ์ ดังนั้นจึงมีการขยายเวลา แต่ก็ไม่สิ้นสุดและสามารถแลกเปลี่ยนรังสีได้
J. O'Brien Antognini

1
ฉันพลาดอะไรบางอย่างที่นี่ หากคุณลดกล่อง gedanken ไปยังสถานที่ใกล้ขอบฟ้าเหตุการณ์ให้แลกเปลี่ยนรังสีกับหลุม จากนั้นเมื่อคุณดึงกล่องขึ้นมาจะไม่มีรังสีอยู่ในนั้น สมมติว่าหลุมดำกลืนกินรังสี (หรืออย่างน้อยก็บางส่วน) มวลของหลุมดำจะเพิ่มขึ้น ฉันจะดูว่าฉันสามารถหาคำอธิบายเพิ่มเติมเกี่ยวกับสถานการณ์ของ Geroch ได้หรือไม่
John Duffield

1
ฉันพบสิ่งนี้ดูหน้า 2 แต่มันผิด เมื่อคุณลดขนาดกล่องลงและทำงานได้ที่ขอบฟ้าเหตุการณ์กล่องจะมีพลังงานครึ่งหนึ่งที่เริ่มต้นด้วย และอุ๊ยฉันพบนี้เกินไป: arxiv.org/abs/physics/0501056
John Duffield

2
ฉันจะไม่เชื่อเอกสาร Arxiv ที่คุณเชื่อมโยง --- มันอายุประมาณ 12 ปี แต่ไม่เคยตีพิมพ์ในวารสารที่ผ่านการตรวจสอบโดยเพื่อนและไม่มีการอ้างอิง มันดูน่ากลัวสำหรับฉัน และในการอ้างอิงครั้งแรก (น่าเชื่อถือมากขึ้น) ฉันไม่แน่ใจว่าคุณได้รับกล่องอะไรที่มีพลังงานครึ่งหนึ่งที่เริ่มต้นด้วย
J. O'Brien Antognini

1

ค่อนข้างมีคำอธิบายที่ดีเกี่ยวกับเรื่องนี้เป็นหน้าเว็บ ข้อความสำคัญคือ:

ในกาลอวกาศโค้งไม่มีระบบพิกัดที่ดีที่สุดเหล่านี้ แต่ระบบเฉื่อย ดังนั้นแม้กระทั่งตัวเลือกที่ต่างกันอย่างสมเหตุสมผลของพิกัดก็สามารถให้ความเห็นไม่ตรงกันเกี่ยวกับอนุภาคกับปฏิปักษ์หรือสิ่งที่เป็นสุญญากาศ ความขัดแย้งเหล่านี้ไม่ได้หมายความว่า "ทุกอย่างสัมพันธ์กัน" เพราะมีสูตรที่ดีสำหรับวิธีการแปลระหว่างคำอธิบายในระบบพิกัดที่แตกต่างกัน นี่คือการแปลง Bogoliubov

โดยเฉพาะเขาพูดต่อไป

ในมือข้างหนึ่งเราสามารถแยกคำตอบของสมการของแมกซ์เวลล์ออกเป็นความถี่บวกในวิธีที่ชัดเจนที่สุดว่าคนที่อยู่ห่างจากหลุมดำและไกลออกไปในอนาคตจะทำ ...

และในทางกลับกันเราสามารถแยกคำตอบของสมการของแมกซ์เวลล์ออกเป็นความถี่บวกในวิธีที่ชัดเจนที่สุดที่ใครบางคนเคยผ่านมาก่อนที่การล่มสลายของหลุมดำจะเกิดขึ้น

ดังนั้นสิ่งที่ผู้สังเกตการณ์ในอดีตคิดว่าเป็นพื้นที่ว่างเปล่าที่ไม่มีอนุภาค (ไม่ใช่เสมือน) หรือปฏิปักษ์ผู้สังเกตการณ์ในอนาคตอันไกลอาจเห็นว่าเป็นพื้นที่ที่มีอนุภาคที่ดีอย่างสมบูรณ์ (และปฏิปักษ์) ในนั้น อนุภาคเหล่านั้นคือรังสีฮอว์คิง

โดยการใช้ไซต์ของเรา หมายความว่าคุณได้อ่านและทำความเข้าใจนโยบายคุกกี้และนโยบายความเป็นส่วนตัวของเราแล้ว
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.