Комплементарность черных дыр - поглощение излучения Хокинга

Это не полный ответ, так как я не знаю полного ответа, но это больше, чем комментарий.

Мой вклад состоит в том, чтобы сравнить ваш вопрос с другим, более простым, а затем вернуться к вашему.

1. Зависимость излучения от наблюдателя в классической физике

Вот более простой вопрос (тот, на который известен ответ). Заряженная частица, ускоряясь в пустом пространстве, испускает электромагнитное излучение. Заряженная частица, закрепленная в какой-либо точке статического гравитационного поля, не будет излучать электромагнитное излучение. Оба утверждения верны относительно определенного естественного выбора системы отсчета в каждом случае. Но в первом примере можно было бы ступить на борт ракеты, разгоняющейся вместе с частицей, и никаких электромагнитных волн в корпусе ракеты не было бы видно. Во втором примере можно было бы пройти мимо свободно падающей частицы, и в этой свободно падающей системе отсчета будет видно электромагнитное излучение. и так, что здесь происходит? Испускает ли заряженная частица излучение или нет?

Все эти сценарии можно рассматривать с помощью специальной теории относительности, и она дает хорошие уроки, чтобы подготовить нас к общей теории относительности. Главный вывод здесь состоит в том, что процесс испускания и последующего поглощения излучения не абсолютен, а относительен, если рассматривать ускоряющие системы отсчета, а изменения состояния, связанные с поглощением излучения, например, щелканье детектора, абсолютны. Это то, как мы интерпретируем то, что вызвало щелчок детектора, который может меняться от одного кадра к другому.

Чтобы сказанное выше действительно соответствовало вашему вопросу, обратите внимание, что в моих простых сценариях я мог представить облако газа, возможно, поглощающее излучение между излучателем и приемником, как и в вашем сценарии.

2. Чтобы разрешить парадокс в физике, зависящей от наблюдателя, сначала убедите себя в том, что наблюдатель самый простой, а затем ищите аргументы, объясняющие то, что находит другой наблюдатель.

Вышеприведенный принцип можно применять для решения головоломок теории относительности, например, может ли быстрый шест поместиться в короткий сарай или может ли быстрая заклепка раздавить жука в дыре.

3. Эффект Унру имеет две взаимодополняющие физические интерпретации в зависимости от того, кто ускоряется.

Излучение Хокинга похоже на излучение Унру, и поэтому оно более тонкое, чем классическое излучение. Полезный совет из рассмотрения излучения Унру заключается в следующем. Расчет Унру говорит, что детектор, ускоряющийся в вакууме, получает внутреннюю энергию, эквивалентную обнаружению частиц. Теперь, если мы посмотрим на этот детектор с инерциальной системы отсчета, мы все равно придем к выводу, что он улавливает возбуждение , но интерпретируем по-другому: мы говорим, что сила, толкающая его, дает некоторую энергию, которая преобразуется во внутреннюю энергию, потому что процесс не является идеально гладким.

4. Ответ

Теперь я применю все вышесказанное, чтобы дать ответ на ваш вопрос. Я признаю, что не уверен, и следующий ответ — это всего лишь мое предположение. Я только утверждаю, что это разумная догадка.

Я предполагаю, что удаленный наблюдатель наблюдает излучение Хокинга и линии поглощения. Я говорю это, потому что это последовательное обобщение того, что мне кажется обычной физикой, если предположить, что из-за горизонта исходит излучение Хокинга.

Так что загадка состоит в том, чтобы объяснить это с точки зрения свободно падающего облака. Я думаю, что наблюдатель, падающий с облаком, смотрит вверх на своего далекого друга и замечает, что его друг ускоряется в вакууме и, следовательно, испытывает внутреннее возбуждение вследствие флуктуации ускоряющих его сил. Для учета линий поглощения, т.е. отсутствия возбуждения на определенных частотах, я предполагаю (и это спекулятивная часть), что теперь при расчете из квантовой теории поля придется учитывать, что остальная часть пространства-времени не пуста, а имеет облако, которое вы упомянули, и это облако таким образом влияет на общее действие квантовых полей. Обратите внимание, что это не случай действия на расстоянии (с любой точки зрения), но это очень неожиданное предсказание, поэтому я думаю, что ваш вопрос очень интересен.

Ваш пункт № 1 связан с тем фактом, что некоторые физики считают, что если бы информация не ВОЗВРАЩАЛАСЬ, это нарушило бы принцип унитарности. Философия квантовой механики требует, чтобы унитарность была неизменной. Поэтому некоторые люди придумали теории, показывающие, что информация на самом деле не теряется в черной дыре.

Я не читал книгу, которую вы упомянули, но мне довелось читать «Путь к реальности » Пенроуза, и в книге есть раздел, где он действительно затрагивает ту же тему. Однако я боюсь, что Пенроуз не разделяет эту точку зрения в отношении вашего пункта № 1. Цитируя его (стр. 841), «я нахожу невероятным, чтобы каким-то образом «в момент, непосредственно перед пересечением горизонта» во внешний мир излучался какой-то сигнал, передающий наружу полные детали всей информации, содержащейся в разрушающемся материале. ...Простого сигнала было бы недостаточно, так как сам материал, в некотором смысле, является действительно «информацией», с которой мы имеем дело.

Возможно, это не тот ответ, который вы искали, но я надеюсь, что он представляет для вас некоторую ценность.

Прежде всего извините, что отвечаю вам, не имея физического образования.

Если бы газ не попадал в черную дыру (между горизонтом событий и молекулами газа есть хотя бы минимальное расстояние), то поглощение вело бы себя так же, как если бы черная дыра была "обычной" звездой с таким же спектром как излучение Хокинга.

Из-за высокой скорости газа и больших масс необходимо учитывать релятивистские эффекты.

Насколько я понимаю, источником излучения Хокинга является пустое пространство вблизи горизонта событий черной дыры, а не сама черная дыра. Эта теория говорит о том, что в пустом пространстве образуются фотоны и античастицы с отрицательной (!) энергией (и массой), но обычно эти пары сразу же уничтожают себя. Вблизи черной дыры античастицы падают в черную дыру, а фотоны вылетают из черной дыры. (Если это так, то теория Натаниэля неверна — излучение Хокинга формируется, когда черная дыра уже существует.)

Это означало бы, что газ между горизонтом событий и точкой, где возникает излучение Хокинга, не влияет на излучение Хокинга (в то время как газ, более удаленный от черной дыры, ведет себя как газ, близкий к «обычной» звезде).

Большая награда побуждает меня опубликовать ответ-заполнитель, который я постараюсь улучшить в течение следующих 24 часов ... Эффект Унру уже упоминался несколько раз - иногда говорят, что он показывает, что существование частиц относительно системы отсчета. Действительно, существует система отсчета, в которой детектор Унру испускает частицу.

Я предлагаю смоделировать этот вопрос, рассматривая облако газа, когда оно пересекает горизонт событий, аналогично детектору Унру; и использовать что-то вроде формализма Раджу-Пападодимаса для AdS/CFT, чтобы описать два взаимодополняющих сценария (наблюдатель за горизонтом событий, наблюдатель, пересекающий горизонт событий) унифицированным способом. Я поищу, не обсуждалось ли что-то подобное в литературе по информационному парадоксу.

update : Другой способ подумать над этим вопросом... Для большой черной дыры падающий газ не видит существенной разницы непосредственно над и под горизонтом. Но для удаленного наблюдателя есть радикальное различие между чем-то, что находится вне черной дыры и поглощает часть излучения Хокинга, и чем-то, что является частью черной дыры и (фактически) производит часть излучения Хокинга. Однако в силу комплементарности черных дыр не должно быть существенной разницы между этими двумя ситуациями в случае падающего газа. Как это может быть?

Ответ должен быть чем-то вроде переписки Унру-Хокинга. Газ, падающий через плавно искривленное пространство прямо за горизонтом, участвует в некоторой форме эффекта Унру; а для наблюдателя за пределами этого горизонта это теперь соответствует продолжающемуся подавлению излучения Хокинга на длинах волн, которые поглощает газ. Комплементарность черных дыр требует, чтобы это было именно так, и задача состоит в том, чтобы разработать объяснение исключительно в терминах термодинамики горизонта (например, определенных возбужденных состояний черной дыры?), которое воспроизводит это подавление.