Black Hole / Hawking Radiation: ทำไมต้องป้องกันอนุภาค

ฉันอาจมีบางอย่างผิดปกติที่นี่ ถ้าเป็นเช่นนั้นอย่ามุ่งเน้นไปที่สิ่งเหล่านั้น เพียงแค่มุ่งเน้นไปที่คำถามทั่วไปของฉัน

ฉัน "เข้าใจ" (ไอ) ว่าคู่ของอนุภาค / อนุภาคต่อต้านเกิดขึ้นเองในอวกาศ ฉันเข้าใจว่าพวกมันสามารถก่อตัวขึ้นใกล้ขอบฟ้าเหตุการณ์ของหลุมดำและอนุภาคหนึ่งสามารถตกลงมาได้ในขณะที่อีกอนุภาคหนึ่งสามารถหลบหนีออกมาได้ ฉันเข้าใจว่าสารต่อต้านอนุภาคจะทำลายล้างด้วยอนุภาค สิ่งที่ฉันไม่เข้าใจก็คือเหตุผลว่าทำไมแอนตี้ - อนุภาคของคู่อนุภาคเสมือนเหล่านี้จึงตกลงไปในหลุมดำ ทั้งอนุภาคและอนุภาคต่อต้านไม่ควรมีโอกาสเท่ากันที่จะตกหล่นหรือแค่หลบหนี

ดูเหมือนว่าควรมีโอกาสที่เท่าเทียมกันในการที่จะจับอนุภาคหรือต่อต้านอนุภาค ดังนั้นดูเหมือนว่าหลุมดำควรจะค่อนข้างคงที่เท่าที่มวลเปลี่ยนแปลงไปตามอนุภาคเสมือน

อธิบาย?

ฉันคิดว่าสารต่อต้านอนุภาคทำลายล้างด้วยมวล "ปกติ" ภายในหลุมดำ? ไม่มี?

ไม่ประการแรกทั้งอนุภาคและอนุภาคต่อต้านมีมวล "ปกติ" (ควรมีมวลตั้งแต่แรก) และ "ปกติ" (บวก) พลังงาน ความแตกต่างระหว่างพวกเขาเป็นทั้งเรื่องของการประชุมหรือคำถามที่เป็นประเภทที่พบบ่อยในจักรวาล ยิ่งไปกว่านั้นสำหรับหลุมดำที่มีมวลมากโดยทั่วไปการแผ่รังสีฮอว์คิงจะทำจากโฟตอนซึ่งการพูดที่ถูกต้องไม่ได้มีการป้องกันอนุภาคแม้ว่าจะมีใครบอกได้ว่าพวกมันเป็นแอนตี้อนุภาค

ทั้งอนุภาคและอนุภาคต่อต้านไม่ควรมีโอกาสเท่ากันที่จะตกหล่นหรือแค่หลบหนี

ใช่และไม่เสียค่าใช้จ่ายทำ หลุมดำขนาดเล็กจะฉายรังสีทั้งนิวตริโนและแอนตี้ - นิวตริโนโดยสมมติว่านิวตริโนทั้งหมดมีขนาดใหญ่ (ไม่เช่นนั้นหลุมดำทั้งหมดจะทำไปแล้ว) และมีขนาดเล็กพอ (และร้อนพอ) หลุมดำจะทำการฉายรังสีของอนุภาคขนาดใหญ่ที่ไม่สามารถมองข้ามได้เมื่ออุณหภูมิของหลุมดำนั้นอยู่ในลำดับมวลอนุภาคหรือมากกว่านั้นในหน่วยธรรมชาติ

ดูเหมือนว่าควรมีโอกาสที่เท่าเทียมกันในการที่จะจับอนุภาคหรือต่อต้านอนุภาค

ถูกต้องโดยมีข้อยกเว้นเล็กน้อยว่าหากหลุมดำร้อนมีประจุไฟฟ้ามีแนวโน้มที่จะแผ่อนุภาคของสัญญาณประจุเดียวกัน

ดังนั้นดูเหมือนว่าหลุมดำควรจะค่อนข้างคงที่เท่าที่มวลเปลี่ยนแปลงไปตามอนุภาคเสมือน

หากอนุภาคหรืออนุภาคต่อต้านตกลงไปในหลุมดำมวลของมันก็จะสูงขึ้น มันไม่สำคัญ พื้นฐานที่ "เหตุผล" สำหรับการฉายรังสีฮอว์คิงเป็นที่รัฐสูญญากาศในทฤษฎีสนามควอนตัเป็นรัฐของพลังงานต่ำสุด แต่ผู้สังเกตการณ์ที่แตกต่างกันสามารถไม่เห็นด้วยเกี่ยวกับการที่รัฐเป็นสูญญากาศ ดังนั้นเนื่องจากอนุภาคมีความผันผวนที่ด้านบนของสุญญากาศจึงสามารถไม่เห็นด้วยกับการที่มีอนุภาคหรือไม่

ฉันไม่คิดว่าจะมีวิธีที่ดีในการซ่อมแซมเรื่อง "antiparticle ที่ตกอยู่ใน" ยกเว้นวงเวียนบางอย่างที่ดึงดูดการอนุรักษ์พลังงาน: ถ้าอนุภาคที่หลบหนีเป็นจริงและมีพลังงานในเชิงบวกหนึ่งที่ตกอยู่ในนั้นต้องมีพลังงานเชิงลบและ ดังนั้นลดมวลของหลุมดำ น่าเสียดายที่มันแสดงให้เห็นว่าต้องเกิดอะไรขึ้นเพื่อให้สถานการณ์สอดคล้องกันไม่ใช่ว่ามันจะเกิดขึ้นจริง

แม้ว่าจะมีความรู้เกี่ยวกับสัมพัทธภาพทั่วไปบางคนสามารถกระตุ้นเรื่องนี้ได้อีกเล็กน้อยเช่นสำหรับหลุมดำชวาร์สชิลด์มีการอนุรักษ์พลังงานที่ได้รับจากการฆ่าเวกเตอร์ฟิลด์ซึ่งเปลี่ยนจากระยะเวลาเป็น spacelike ที่ขอบฟ้า สังเกตการณ์พิจารณาเวลา / พลังงานจะเป็นพื้นที่ / โมเมนตัมภายในหลุมดำและโมเมนตัมจะได้รับอนุญาตให้เป็นลบ

ก่อนอื่นฉันอยากจะชี้ให้เห็นและชื่นชมการตอบกลับของ @ user83692435 ซึ่งมาก่อนและถูกต้อง ขยายตัวเมื่อมัน:

ภาพของอนุภาคเสมือน / คู่ต่อต้านอนุภาคที่ถูกสร้างขึ้นจากนั้นหนึ่งในคู่ที่ถูกกลืนกินโดยขอบฟ้าเหตุการณ์ออกจากที่อื่นเหมือนจริงคือการเปรียบเทียบที่ให้ภาพของสิ่งที่เกิดขึ้น แต่ไม่ถูกต้องแน่นอน Popularizers ยังคงใช้งานได้เพราะสิ่งที่เกิดขึ้นจริงมีความซับซ้อนมากและไม่สามารถอธิบายได้ง่ายในคำพูด (และฉันจะไม่ลอง!) แต่นี่คือการเชื่อมโยงไปที่กระดาษด้านเทคนิคเกี่ยวกับเรื่องนี้

แต่บางทีจุดที่บอกได้มากที่สุดเมื่อเทียบกับคำอธิบายง่ายๆคือรังสีฮอว์คิงไม่ได้มาจากขอบฟ้าเหตุการณ์ที่การเปรียบเทียบต้องการ แต่จากพื้นที่นอกมัน!

จุดที่สองเทียบกับการเปรียบเทียบฮอว์คิงคือขอบเขตของเหตุการณ์นั้นลึกมากในศักยภาพของหลุมดำ สำหรับอนุภาคหรือโฟตอนที่จะหลบหนีจาก BH (ซึ่งต้องใช้รังสีฮอว์คิง) มันจะต้องสร้างขึ้นด้วยพลังงานเพิ่มเติมเพียงพอที่จะหลบหนีจาก BH - และ BH สามารถนึกถึงวัตถุที่มีความเร็วในการหลบหนีมากกว่าความเร็วของแสง อนุภาคเสมือนเล็ก ๆ น้อย ๆ Wimpy ที่สูญเสียคู่ค้าของพวกเขาไปยัง BH จะไม่ทำให้มันออกมา

หากคุณต้องการขุดให้ลึกลงไปอีกหน่อยฉันขอแนะนำ Backreaction ของ Sabine Hossenfelder ซึ่งมีการโพสต์ที่ยาวนานพร้อมลิงก์จำนวนมาก เพื่อรับข้อมูลเพิ่มเติม Backreaction เป็นหนึ่งในสิ่งที่ดีที่สุดของฟิสิกส์แนวหน้าที่เป็นที่นิยมในทุกวันนี้ส่วนสำคัญเนื่องจาก Hossenfelder เป็นนักวิจัยที่กระตือรือร้นและเป็นนักเขียนที่ดี

คุณเข้าใจผิดกันเล็กน้อยถึงวิธีการอธิบายการแผ่รังสีฮอว์คิง บางครั้งฟิสิกส์ popularizers อธิบายว่ามันเป็นคู่ของอนุภาคที่ถูกสร้างขึ้นหนึ่งในนั้นเป็นเรื่องและอื่น ๆ ซึ่งเป็นเรื่องเชิงลบ หรือหนึ่งในนั้นคือปฏิสสารและอื่น ๆ ซึ่งเป็นปฏิสสารเชิงลบ ดังนั้นโปรตอนของคุณจะหนีออกไปและโปรตอนเชิงลบของคุณจะถูกดูดซับ หรือแอนติโปรตรอนของคุณจะถูกดูดออก สสารเชิงลบ (หรือปฏิสสารเชิงลบ) ทำให้หลุมดำหดตัว

แม้ว่านี่จะเป็นวิธีทั่วไปในการอธิบายสิ่งต่าง ๆ สำหรับผู้ที่ไม่ใช่นักฟิสิกส์ แต่เป็นวิธีที่ไม่ดีในการอธิบาย มันเป็นเรื่องที่สับสนเพราะมันแสดงให้เห็นถึงคำถามที่แน่นอนที่คุณยกขึ้น: ทำไมเรื่องไม่ลบออกไปด้านนอกและทำให้ดาวดวงแรกหรือดาวเคราะห์ดวงแรกหดตัวลง นอกจากนี้ยังไม่เคยตรวจพบสสารเชิงลบ ไม่มีเหตุผลใดที่จะคิดว่ามันเป็นโครงสร้างที่มีประโยชน์สำหรับการทำความเข้าใจหลุมดำ (แม้ว่ามันจะมีอยู่ แต่คุณอาจจะสามารถใช้มันเพื่อทำให้หนอนมีความเสถียรซึ่งอาจมีประโยชน์มาก)

เป็นการดีกว่าที่จะอธิบายการแผ่รังสีฮอว์คิงตามที่คำตอบอื่น ๆ ได้ทำไว้โดยไม่ต้องหันไปใช้อนุภาคลบเสมือน

คำอธิบายของการแผ่รังสีฮอว์คิงเป็นการสร้างอนุภาคเสมือนและอนุภาคหนึ่งที่ตกลงไปในหลุมดำเป็นสิ่งที่ไม่สมบูรณ์ เดิมทีสตีเฟ่นฮอว์คิงจินตนาการถึงเส้นทางจากอดีตอันไกลโพ้นไปสู่อนาคตอันห่างไกลและขอบเขตทางภูมิศาสตร์ที่ไร้ค่า หลุมดำก่อตัวขึ้นในเส้นทางของพื้นผิวทางธรณีวิทยาก่อนที่มันจะผ่านสถานที่ที่เกิดหลุมดำขึ้น มันเป็นเนื้อที่สุดท้ายที่ต้องทำ
สูญญากาศไม่ว่างเปล่า มันประกอบด้วยการสั่นสะเทือนบางส่วนเนื่องจากหลักการความไม่แน่นอน ฟิลด์สูญญากาศนี้ประกอบด้วยโหมดความถี่หลายโหมด พวกมันยังคงสร้างคู่แอนตี้ - อนุภาคอนุภาคเสมือนทำลายล้างซึ่งกันและกัน อนุภาคต่อต้านสามารถคิดได้ว่าการสั่นสะเทือนในสนามควอนตัมที่มีความถี่เชิงลบคือการเดินทางย้อนเวลา หลุมดำก่อตัวขึ้นทำให้ความถี่ทางธรณีวิทยาบางส่วนผ่านไป ดังนั้น geodesic สร้างฟิลด์ของมันจากความถี่ที่เหลืออยู่ และเมื่ออนุภาคต่อต้านสามารถถูกคิดว่าเป็นอนุภาคที่มีความถี่เดินทางย้อนกลับไปในเวลาที่ความถี่ของมันจะหายไปในหลุมดำและสนามสร้างอนุภาคเสมือนจากโหมดความถี่ที่เหลืออยู่