Я знаю, что частица и античастица, виртуальные частицы, рождаются на краю горизонта событий, и одна частица падает в черную дыру, а другая уходит, но откуда другая знает, как брать энергию из черной дыры ? Я имею в виду, как это? Он просто умеет брать энергию у черной дыры или античастица падает внутрь, и черная дыра теряет массу?
... но откуда другой знает, как брать энергию из черной дыры?
Для того, чтобы это понять, нужно быть знакомым с сутью этой картины включая отрицательные энергетические состояния внутри горизонта , создание виртуальных пар частица-античастица и сохранение энергии . Я пытаюсь интуитивно ответить на ваш вопрос простыми словами.
Предположим, что у горизонта черной дыры создается виртуальная пара частица-античастица. По закону сохранения энергии полная энергия частиц пары должна быть равна нулю. Итак, одна из частиц имеет положительную энергию, а другая – отрицательную. С другой стороны, можно показать, что внутри горизонта статической черной дыры существуют состояния с отрицательной энергией, и частицы с отрицательной энергией могут занимать эти состояния. Чтобы иметь пару реальных частиц с нулевой полной энергией, единственная физическая возможность состоит в том, что частица с положительной энергией может уйти в бесконечность, а частица с отрицательной энергией упадет в черную дыру. Таким образом, сильное гравитационное поле черной дыры может превратить виртуальную пару частица-античастица в пару реальных частиц с нулевой полной энергией. По этой причине всасываемая виртуальная частица всегда получает отрицательную энергию. Таким образом обосновывается, что черная дыра теряет свою массу и постепенно испаряется. (См.предупреждение в конце этого ответа, пожалуйста.)
Он просто умеет брать энергию у черной дыры или античастица падает внутрь, и черная дыра теряет массу?
Обратите внимание, что на этом рисунке, когда виртуальная пара частица-античастица создается вблизи горизонта черной дыры, каждая из них может упасть за горизонт или уйти в бесконечность (всегда одна из них падает, а другая убегает). , неверно, что в черную дыру падает только античастица. Это означает, что статический наблюдатель за пределами горизонта событий будет наблюдать как спектры частиц, так и спектры античастиц.
Предупреждение: на мой взгляд, вы не должны воспринимать приведенный выше аргумент о виртуальной паре частица-античастица и т. д. слишком серьезно, поскольку эта картинка помогает наивно иметь интуитивное понимание. Строгая трактовка излучения Хокинга с использованием квантования квантовых полей на фоне искривленной черной дыры не нуждается в такой наивной картине.
Существуют более строгие подходы к пониманию излучения Хокинга, но я ограничиваюсь этой структурой (картинкой), которая вас интересует и о которой вы спрашиваете.
Здесь для простоты я ограничу это обсуждение случаем статических черных дыр. Общий вывод остается справедливым для вращающихся черных дыр.
Джеймс К.
Джеймс К.
Джеймс К.
PM 2Кольцо
PM 2Кольцо