Черные дыры вечны?

Популярное описание излучения Хокинга , когда одна частица из виртуальной пары падает внутрь, а другая вылетает, представляет собой просто красивую картинку (хотя Хокинг использует ее в статье 1976 г.), « в другой модели процесс представляет собой квантовый туннельный эффект, при котором частица из вакуума сформируются пары античастиц, и одна из них туннелирует за горизонт событий". На самом деле, даже не нужно, чтобы первая частица попала под горизонт. Излучение все равно будет наблюдаться, если оно просто застрянет, асимптотически приближаясь к нему, а его компаньон приобретет космическую скорость и хорошо покинет гравитацию черной дыры. Проблема заключается в том, что правильное описание должно включать квантовую гравитацию, которой пока не существует, поскольку в картине мы имеем и квантовые частицы, и очень сильное гравитационное поле.

То, что делают Хокинг и другие, — это полуклассическая гравитация, где метрика является классической и описывается общей теорией относительности, а излучение квантуется. Учитывая, что известно, что такая квантово-классическая связь противоречит принципу неопределенности (см. Райклс , стр. 37), не следует ожидать слишком многого в плане согласованности в деталях, даже если результат качественно правильный. На данный момент «туннелирование» работает. Но учитывая, как мало реальная картина распространения света в среде, скажем, в КТП, похожа как на классическое, так и на полуклассическое описание этого явления, вполне вероятно, что картина квантовой гравитации, когда она у нас будет, будет столь же другой.

Картина виртуальных частиц исходит из диаграмм Фейнмана в пертурбативных разложениях КТП. Хорошо известно, что гравитация плохо сочетается с пертурбативным расширением из-за расхождений ( Ricles , стр. 46), поэтому вблизи горизонта событий описание частиц может полностью нарушиться. В качестве альтернативы, когда гравитация квантована, горизонт может колебаться, как квантовая пена Уилера, и поглощать частицы, которые в классическом понимании находятся строго над ним. Часто бывает так, что полуклассические расчеты математически приближают правильный ответ, но предлагаемая ими физика слишком наивна. Мы знаем это для моделирования света в среде и, например, для боровской модели атома водорода.

Здесь много вопросов, я могу ответить на некоторые из них.

Вопрос может показаться очень простым - излучение Хокинга, однако я размышлял о том, что по мере того, как вы приближаетесь к черной дыре, время расширяется экспоненциально, когда поверхность черной дыры «вневременна».

Так как же что-либо, даже антивещество, может уничтожить черную дыру, если оно не может коснуться поверхности, как бы близко оно ни подходило к черной дыре?

Сначала легкая часть:

Черная дыра поглощает антиматерию так же легко, как и материю. В известной Вселенной материя встречается гораздо чаще, поэтому в аккреционном диске, когда материя падает в черную дыру, антиматерия будет делать то же, что и всегда, — касаться соответствующей частицы материи и создавать пучки гамма-лучей. Теперь, если пространство пусто, антиматерия будет съедена черной дырой точно так же, как частицы материи. Не было бы заметной разницы.

Сложная часть: «Ничто не может упасть в черную дыру». На нем есть несколько тем, ссылки на которые приведены ниже, и я пытался понять их на интуитивном уровне, но для меня это все еще не имеет смысла.

Если вы упадете в черную дыру, когда вы пройдете за горизонт событий и сможет ли материя действительно упасть за горизонт событий?

Двигаемся дальше:

Или это связано с корпускулярно-волновым дуализмом? Если это так, то относимся ли мы к микрочерным дырам по другим правилам, поскольку другие фундаментальные силы могут вызывать другое поведение в масштабе?

Микрочерных дыр, вероятно, не существует, но это тот же набор правил. Причина, по которой микрочерные дыры в теории излучают излучение Хокинга намного быстрее, заключается в том, что гравитация падает намного быстрее, поэтому паре частица-античастица легче расщепиться и одна ускользнет, ​​а другая нет. С черной дырой звездной массы гораздо более вероятно, что обе пары частиц делают одно и то же: либо обе остаются снаружи и стирают друг друга, либо обе падают внутрь. - имейте в виду, речь шла только о парах частиц, которые появляются за пределами горизонта событий, где одна может остаться снаружи и улететь, а другая может упасть внутрь. Пары, которые появляются внутри, скорее всего, останутся внутри.

Далее, как «виртуальные» частицы могут быть поглощены черной дырой, если частица никогда не сможет туда добраться? Или опять это из-за корпускулярно-волнового дуализма?

Я не уверен, что вы имеете в виду под корпускулярно-волновым дуализмом в этой ситуации, но быстрое и грязное объяснение того, как работает излучение Хокинга (мое ограниченное понимание), состоит в том, что виртуальная пара частица-античастица формируется снаружи, но близко к черной дыре. горизонт событий, и один из двух убегает, а другой идет к горизонту событий. На самом деле не имеет большого значения, летит ли 1/2, которая не убегает, но остается снаружи, или летит навстречу и летит внутрь. Важно то, что 1/2 улетает. Это 1/2, о которой вы заботитесь, потому что она становится настоящей частицей. Но, как указывает Конифолд, это теория, а не уверенность.

даже если это то из-за статистики если есть 50% вероятность падения античастицы (как есть частица и античастица) и уничтожить эквивалентную массу черной дыры тем самым уменьшив ее массу, то должно быть еще 50% если нормально Масса падает и, таким образом, добавляется к массе черной дыры, и если мы экстраполируем это на триллионы лет, черная дыра должна по-прежнему оставаться стабильной массой, потому что со временем статистика суммируется, и равное количество анти- и нормальной материи падает, таким образом, не должно быть реалистичного изменение массы. Если нет, то почему гравитация сильнее притягивает античастицы?

Гравитация не притягивает античастицы сильнее, а античастицы не имеют отрицательной массы. и частицы, и античастицы имеют положительную массу. Что происходит (и я собираюсь резать это, но я могу объяснить это только так, как я на это смотрю), но что происходит, так это то, что пара частица-античастица имеет положительную массу, но (см. здесь) https ://en.wikipedia.org/wiki/Виртуальная_частица

Цитировать:

Виртуальная частица не обязательно имеет ту же массу, что и соответствующая реальная частица. Это потому, что он кажется «короткоживущим» и «преходящим», так что принцип неопределенности позволяет ему казаться не сохраняющим энергию и импульс. Чем дольше кажется, что виртуальная частица «живет», тем ближе ее характеристики становятся к характеристикам реальной частицы.

и, я должен процитировать это также:

Многие физики считают, что из-за своего изначально пертурбативного характера концепция виртуальных частиц часто сбивает с толку и вводит в заблуждение, и поэтому ее лучше избегать.

и это:

Виртуальная частица не подчиняется точно формуле m2c4 = E2 − p2c2.[7] Другими словами, его кинетическая энергия может не иметь обычного отношения к скорости — более того, она может быть отрицательной.

Таким образом, не имеет значения, является ли вылетающая частица частицей (нормальная материя) или античастицей (антиматерия), потому что обе они имеют массу, поэтому то, что у вас есть, по сути, является вакуумом, прямо за горизонтом событий, создающим и выплевывающим массы от черной дыры, а сохранение массы требует, чтобы черная дыра потеряла массу.

Как это произошло? Э-э, ну, э-э, что-то связанное с квантовым туннелированием и отрицательной кинетической энергией, и я тоже этого не понимаю, но в обоих случаях, частица или античастица, улетающая от черной дыры, масса покидает черная дыра (теоретически)

Подумайте об этом с такой точки зрения, и я не уверен, что это правильно, но давайте представим, что за горизонтом событий находится несметное количество частиц, которые в сверхмедленном замедлении времени падают к сингулярности все медленнее и медленнее, и у вас есть квантовая флуктуация и пара частица/античастица формируется сразу за этим - одна из частиц-античастиц улетает и становится реальной частицей, другая из пары хочет исчезнуть, потому что у нее отрицательная кинетическая энергия, и она в любом случае не настоящая, поэтому она встречается одна из реальных частиц снаружи, но очень медленно падает к черной дыре, и они обе исчезают - по сути, исчезает масса, падающая к горизонту событий, и появляется масса, улетающая от черной дыры.

Это, вероятно, не лучший способ взглянуть на это, я просто выбрасываю это.

Вы также можете прочитать это, также из статьи Wiki о виртуальных частицах, ссылка на которую приведена выше:

Поль Дирак был первым, кто предположил, что пустое пространство (вакуум) можно представить как состоящее из моря электронов с отрицательной энергией, известного как море Дирака. Море Дирака имеет прямой аналог электронной зонной структуры в кристаллических твердых телах, описанной в физике твердого тела. Здесь частицы соответствуют электронам проводимости, а античастицы — дыркам. Этой структуре можно приписать целый ряд интересных явлений. Развитие квантовой теории поля (КТП) в 1930-х годах позволило переформулировать уравнение Дирака таким образом, чтобы рассматривать позитрон как «реальную» частицу, а не как отсутствие частицы, и превращать вакуум в состояние, в котором нет частицы существуют вместо бесконечного моря частиц.

Итак, то, что у вас есть, или, по крайней мере, один из способов взглянуть на это, это то, что пространство полно отрицательной энергии и положительной массы - объединенная энергия равна нулю, но отрицательная энергия является свойством пространства, и если виртуальная частица ускользает и становится реальный - там, откуда пришла эта частица, осталась соответствующая отрицательная энергия.

(и многое из того, что я написал, может быть неправильным, но я подумал, что попробую объяснить и ответить на некоторые из ваших вопросов - я хорошенько об этом подумал, так как сам нахожу это увлекательным) .

Наконец, как черные дыры могут быть уничтожены излучающим свет? Если черная дыра поглощает свет, как он может излучаться?

Это как бы рассмотрено выше, но черные дыры не разрушаются излучая свет, они очень-очень-очень медленно испаряются, потому что пространство за пределами черной дыры может создавать реальную массу, которая улетает от дыры, и отрицательную энергию, которая поглощается черная дыра - или что-то в этом роде. :-)