รังสีฮอว์คิงจะลดมวลของหลุมดำได้อย่างไร?

จากสิ่งที่ฉันเข้าใจจนถึงเมื่ออนุภาคเสมือนหนึ่งผ่านเส้นขอบฟ้าของเหตุการณ์และอื่น ๆ ไม่ได้พวกเขาไม่สามารถทำลายซึ่งกันและกัน หลังเดินเข้ามาในจักรวาล (btw มันยังคงเป็นเสมือนจริง ณ จุดนี้และ 'เสมือน' หมายถึง ณ จุดนี้ถ้าเป็นเช่นนั้น?) ในขณะที่คนอื่น ๆ ได้รับการบริโภคโดยหลุมดำ ฉันไม่เห็นว่าเหตุการณ์นี้ก่อให้เกิดการระเหยของหลุมดำ (เนื่องจากอนุภาคไม่ได้มาจากหลุมดำ) อนุภาคที่บริโภคเข้าไปแล้วไม่ควรนำไปรวมกับมวลหลุมดำจริงหรือ

คำถามที่ใกล้เคียงที่สุดกับฉันคือการเร่ขายฮอกกิ้งในความเป็นจริงนำมวลมาสู่จักรวาลหรือไม่? แต่ฉันไม่พบคำตอบที่น่าพอใจ

กล่าวคือ " อนุภาคเสมือนที่หนีออกมานั้น 'เพิ่มขึ้น' โดยสนามแรงโน้มถ่วงของหลุมดำกลายเป็นอนุภาคจริง " แทนที่จะเพิ่มคำถามแล้วตอบคำถามนั้น

แก้ไข: ฉันถ่อมตนด้วยความรู้ที่นำเสนอในคำตอบและรู้สึกไร้ความสามารถที่จะทำเครื่องหมายใด ๆ ที่เหมาะสมที่สุด ฉันหวังว่ามันจะโอเค

ฉันจะให้คำตอบง่ายๆ โปรดทราบว่านี่ไม่ใช่คำตอบที่ "จริง" เนื่องจากการแผ่รังสีฮอว์คิงค่อนข้างซับซ้อนกว่าคำอธิบายป๊อปไซทั่วไปที่มีอนุภาคเสมือน แต่การใช้เหตุผลบางอย่างนั้นเป็นไปได้

ฉันไม่เห็นว่าเหตุการณ์นี้ก่อให้เกิดการระเหยของหลุมดำ (เนื่องจากอนุภาคไม่ได้มาจากหลุมดำ)

คุณพลาดจุดสำคัญที่นี่

เมื่อทั้งคู่ถูกสร้างขึ้นนั่นเป็นอนุภาคเสมือน หลังจากที่ด้านหนึ่งของคู่ถูกดูดซับโดยหลุมดำและอีกด้านหนึ่งถูกปล่อยส่วนที่ปล่อยออกมาเป็นอนุภาคจริง ความแตกต่างกันมาก - เสมือนกับของจริง

อนุภาคเสมือนไม่มีตัวตนแบบเดียวกับที่คุณและฉันมีอยู่จริง ดูเหมือนว่าพวกเขาจะอยู่ในช่วงเวลาสั้น ๆ ยิ่งพวกเขามีพลังมากเท่าไหร่ก็จะยิ่งมีช่วงเวลาสั้น ๆ ของ "การมีอยู่จริง" ของพวกเขาต่อสมการไฮเซนเบิร์ก ในหลาย ๆ วิธีพวกเขาเป็นเพียงกลลวงทางคณิตศาสตร์

คิดถึงสุญญากาศซึ่งไม่มีอนุภาคจริงอยู่จริง ก่อนหน้านี้มันเป็นเพียงสูญญากาศ ตอนนี้กะพริบคู่เสมือนสั้น ๆ แล้วมันก็หายไป ในอนาคตมันเป็นสุญญากาศอีกครั้ง

พลังงานมาก่อนคืออะไร? ศูนย์. พลังงานในอนาคตคืออะไร? ศูนย์. พลังงานในระหว่างการสั่นไหวคืออะไร? ภายในขอบเขตที่อนุญาตโดยสมการของไฮเซนเบิร์ก สิ่งที่สำคัญที่สุดคืออนุภาคเสมือนมาและไปและพวกมันไม่ได้มีส่วนช่วยให้เกิดความสมดุลของพลังงานในพื้นที่ว่างเปล่า

(ฉันไม่สนใจแนวคิดเกี่ยวกับพลังงานสูญญากาศที่นี่เพื่อคำอธิบายที่เข้าใจง่าย)

แต่สมมุติว่าหนึ่งในอนุภาคเสมือนถูกดักจับโดยหลุมดำดังนั้นมันจึงไม่สามารถทำลายคู่ของมันได้ อนุภาคอื่น ๆ จะบินไปในทิศทางตรงกันข้ามและหนีออกจากหลุมดำ สิ่งที่แย่กว่านี้คือตอนนี้เป็นอนุภาคจริง - เราได้ใช้เวลานานเกินกว่าที่สมการของไฮเซนเบิร์กแล้วดังนั้นสิ่งที่หลบหนีไม่ได้เป็นเสมือนจริงอีกต่อไป

อนุภาคนั้นกลายเป็นจริงได้อย่างไร

นี่เป็นปัญหาใหญ่เพราะอนุภาคเสมือนไม่ต้องการงบประมาณด้านพลังงานในเวลาสั้น ๆ ในขณะที่อนุภาคจริงจะใช้พลังงานตลอดไป มีบางสิ่งบางอย่างที่ทำให้คู่เสมือนไม่สามารถทำลายล้างตัวเองและเพิ่มองค์ประกอบหนึ่งไปสู่สถานะของอนุภาคจริง คู่เสมือนมีพลังงานเป็นศูนย์ อนุภาคจริงที่หลุดออกไปนั้นมีพลังงานไม่เป็นศูนย์ พลังงานนั้นต้องมาจากที่ไหนสักแห่ง

มันมาจากหลุมดำ หลุมดำให้มวล / พลังงานของมัน (อย่างเดียวกัน) เพื่อเพิ่มอนุภาคหนึ่งอนุภาคจากเสมือนเป็นจริง อนุภาคอื่นถูกจับ - แต่เป็นเสมือนจริง ๆ มันไม่สำคัญ

สิ่งที่คำอธิบายที่เข้าใจง่ายนี้ไม่ได้บอกว่าสิ่งที่เกิดขึ้นจริงเพิ่มขึ้น ฉันไม่รู้เวทมนตร์ อย่างใดอย่างหนึ่งของอนุภาคเสมือนได้รับพลังงานชิ้นหนึ่งจากหลุมดำและกลายเป็นจริง

นี่ไม่ใช่กระบวนการจริง กระบวนการจริงซับซ้อนกว่า นี่เป็นเพียงเทพนิยายป๊อป - ไซ

แก้ไข: จะตีใกล้บ้านฮอว์คิงรังสีเป็นเหมือนญาติสนิทกับผล Unruh สมมติว่าผู้สังเกตการณ์เฉื่อยเห็นพื้นที่ว่างในปริมาตรอันนี้ ผู้สังเกตการณ์ที่เร่งความเร็วจะไม่เห็นพื้นที่ว่างในปริมาตรเดียวกัน แต่จะเห็นการแผ่รังสีของคนดำแทน นั่นคือผล Unruh

ความโน้มถ่วงและความเร่งเป็นเรื่องเดียวกันตามทฤษฏีสัมพัทธภาพทั่วไป ดังนั้นแรงโน้มถ่วงที่แข็งแกร่งใกล้หลุมดำจึงเท่ากับการเร่งความเร็วที่แข็งแกร่ง สิ่งที่คล้ายกับผล Unruh จะต้องเกิดขึ้นที่นั่น นั่นคือรังสีฮอว์คิง

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

แก้ไข 2: คำตอบอื่น ๆ ในปัจจุบันในหน้านี้ให้คะแนนทางเลือกที่มีประโยชน์ดังนั้นลองดูด้วย

บันทึกการบรรยายเหล่านี้กล่าวถึงปัญหาในระดับหนึ่งโดยเฉพาะอย่างยิ่งในสไลด์ 33-35

เนื่องจากในกาลอวกาศที่บิดเบี้ยวอย่างรุนแรงใกล้ขอบฟ้าอนุภาคเสมือนที่เกิดจากความผันผวนของสูญญากาศกลายเป็นความหนาแน่นของพลังงานเชิงลบ

ความหนาแน่นของพลังงาน = พลังงานต่อหน่วยปริมาตร

อนุภาคเหล่านี้มีมวลเป็นบวก - ดูที่ที่หลบหนี! - แต่มวลของมันถูกกระจายอย่างแปลกประหลาดในกาลอวกาศ (การพูดด้วยกลศาสตร์ควอนตัมอนุภาคมีปริมาตรที่ไม่ใช่ศูนย์นี่เป็นลักษณะของความเป็นคู่ของคลื่นและอนุภาค)

สสารที่มีความหนาแน่นพลังงานเชิงลบโดยทั่วไปเรียกว่า สสารแปลกใหม่

และอีกนิดในภายหลัง:

ความผันผวนของสูญญากาศทางกลของควอนตัมในกาลอวกาศแบน - ห่างจากสนามแรงโน้มถ่วงที่แข็งแกร่ง - มีความหนาแน่นพลังงานสุทธิเป็นศูนย์เสมอ พวกเขาไม่สามารถแปลกใหม่

อย่างไรก็ตามในกาลอวกาศแปรปรวนสูญญากาศอยู่ทั่วไปแปลกใหม่: ความหนาแน่นพลังงานสุทธิของพวกเขาเป็นลบตามผู้สังเกตการณ์ที่ห่างไกลวัดความหนาแน่นของพลังงานโดยการสังเกตการเบี่ยงเบนของแสงโดยชุดของความผันผวน ความหนาแน่นของพลังงานก็จะยิ่งมากขึ้นเท่านั้น

นี่คือคำอธิบายที่ดีที่สุดที่ฉันเคยเห็น

หลักการของไฮเซนเบิร์กช่วยให้คุณละเมิดกฎหมายการอนุรักษ์พลังงานชั่วคราว (เช่นสร้างอนุภาคออกมาโดยไม่มีอะไร) ตราบใดที่คุณชำระคืนทุกอย่างในเวลา ยิ่งคู่อนุภาคมีขนาดใหญ่ขึ้นก็จะต้องได้รับการชดเชยเร็วขึ้น การแปลงคู่เสมือนเป็นคู่จริงสามารถมองได้ว่าเป็นการสร้างพลังงานเชิงลบ "สสารแปลกใหม่" (อะไรก็ตามที่เป็น) เพื่อเป็นตัวแทนของหนี้ที่ค้างชำระ พลังงานของมันมีขนาดเท่ากับคู่ที่มีเครื่องหมายตรงข้าม สิ่งนี้จะตกลงไปในหลุมดำพร้อมกับหนึ่งในอนุภาคซึ่งจะลดมวลของหลุมดำโดยรวม

ขอบฟ้าของหลุมดำได้รับการรวมเข้าด้วยกันเสมือนคู่ดังนั้นการแปลงเหล่านี้เสมือนจริง> จะเกิดขึ้น

ฉันพบการบรรยายครั้งนี้ด้วยแนวคิดเดียวกัน (รายละเอียดเพิ่มเติมและสังหารน้อยกว่า): http://teacher.pas.rochester.edu/Ast102/LectureNotes/Lecture19/Lecture19.pdf

ฉันไม่รู้ว่าผู้เชี่ยวชาญจะเห็นด้วยกับคำอธิบายนี้หรือไม่ แต่นี่คือวิธีที่ฉันเข้าใจ

ทั้งพื้นที่และขอบฟ้าเหตุการณ์มีความผันผวนของควอนตัมอย่างต่อเนื่อง โดยพื้นฐานแล้วขอบฟ้าเหตุการณ์จะมีระลอกคลื่นเล็ก ๆ เมื่อถึงจุดที่ขอบฟ้าเหตุการณ์ระลอกคลื่นขึ้น (เหนือรัศมีเฉลี่ยของหลุมดำ) จะมีพลังงานในระดับท้องถิ่นสูงกว่าค่าเฉลี่ย แรงโน้มถ่วงที่รุนแรงจะดึงแรงกระแทกนั้นกลับมาอย่างรวดเร็วแรงกระแทกที่ตกลงมาจะส่งพลังงานความเข้มข้นนั้นกลับคืนสู่เส้นขอบฟ้าของเหตุการณ์ที่เหลือ

ตอนนี้ลองมาพิจารณาคู่อนุภาคเสมือนที่เป็นไปได้ใกล้กับหลุม หากคู่อนุภาคเสมือนที่อยู่นิ่งปรากฏขึ้นเหนือขอบฟ้าเหตุการณ์มันจะรวมตัวกันอีกครั้งและหายไปหรือสิ่งทั้งหมดถูกดึงเข้าไปในรูและหายไปในศูนย์ เราต้องการคู่อนุภาคเสมือนที่มีการเคลื่อนไหวที่ชัดเจนห่างจากหลุมดำที่ความเร็วเกือบแสง ถ้าคู่อนุภาคเสมือนนั้นกำลังเร็วพอที่จะหลบหนีได้อย่างสมบูรณ์พวกมันจะรวมตัวกันอีกครั้งและหายไป ผลกระทบสุทธิเป็นศูนย์ เราต้องการคู่อนุภาคเสมือนที่เคลื่อนตัวออกห่างจากหลุมดำด้วยความเร็วเกือบเท่าแสงและเราต้องการระลอกคลื่นที่ขอบฟ้าซึ่งจับอนุภาคเสมือนเพียงอันเดียวเท่านั้น ฉันเชื่อว่าระลอกต้องอยู่ภายใต้การเร่งความเร็วที่ต่ำมากเพื่อดึงออกจากอนุภาคเสมือนที่สองเพื่อหลีกเลี่ยงการจับทั้งสอง และนี่คือส่วนสำคัญ: หนี้พลังงานระหว่างคู่อนุภาคนั้นดึงมันเข้าหากันอย่างรุนแรง อนุภาคที่ถูกขังอยู่จะถูกดึงขึ้นไปด้านบนดึงขึ้นไปบนขอบฟ้าที่ติดกับมันได้อย่างมีประสิทธิภาพ สิ่งนี้จะชะลอการล่มสลายของเส้นขอบฟ้าซึ่งทำให้พลังงานลดลงที่ระลอกคลื่นที่ตกลงมาจะกลับสู่หลุมดำที่เหลือ

พลังงานที่ต้องใช้ในการดึงอนุภาคเสมือนทั้งสองออกจากกันเท่ากับพลังงานรวมของอนุภาคที่ไม่เสมือน ดังนั้นระลอกคลื่นที่ร่วงหล่นจะสูญเสียพลังงานเท่ากับสองอนุภาคและหลุมก็กินอนุภาคหนึ่งอนุภาค ทุกอย่างจะสมดุลกับอนุภาคที่หลุดรอด

ฉันเชื่อว่ามันใช้งานได้เหมือนกันโดยไม่คำนึงว่าอนุภาคเสมือนเป็นโฟตอนหรือคู่สสาร

นี่คือการเปรียบเทียบกับ Quantum Mechanics อนุภาคใน QM สามารถลอดผ่านสิ่งกีดขวางที่เป็นไปไม่ได้ซึ่งเป็นวิธีที่องค์ประกอบที่หนักกว่าตะกั่วสามารถมี "อุโมงค์" นิวตรอนบางส่วนออกจากนิวเคลียสหนีจากพันธะของแรงที่แข็งแกร่ง

หลุมดำขนาดเล็กเปรียบเสมือนกำแพงกั้นควอนตัมที่อนุภาคสามารถผ่านอุโมงค์เพื่อหลบหนี สิ่งกีดขวางที่มีขนาดเล็กกว่า (Event Horizon) ยิ่งมีโอกาสมากที่จะสามารถเจาะอุโมงค์ได้ ดังนั้นหลุมดำขนาดจิ๋วที่มีมวล228 ตันและ Event Horizon ขนาด 3.4 x 10 ^ -7 femtometers (ขนาดอนุภาคโปรตอนน้อยกว่า 1 ล้านตัว) จะไม่ยึดติดกับอนุภาคของมันนานนัก ในความเป็นจริงมันจะระเบิดในการระเบิดของรังสีฮอว์คิงหลังจากว่า1 วินาที

หลุมดำมวลโลกขนาดใหญ่ที่มีรัศมีทั้งเซนติเมตรจะนานกว่า: 8 x 10 ^ 50 ปีเพราะมีโอกาสน้อยกว่าที่อนุภาคจะผ่านอุโมงค์ทั้งเซนติเมตรไปสู่อิสรภาพ

แหล่งที่มา: อุโมงค์ควอนตัมจากหลุมดำสามมิติ: https://arxiv.org/abs/1306.6380

ที่มา: การฉายรังสีฮอว์คิงจำลองเป็นผลควอนตัม: http://cscanada.net/index.php/ans/article/view/j.ans.1715787020120502.1817