Откуда (в пространстве-времени) возникает излучение Хокинга?

Согласно моему пониманию термодинамики черной дыры, если я наблюдаю черную дыру с безопасного расстояния, я должен наблюдать исходящее от нее излучение черного тела с температурой, определяемой его массой. Энергия этого излучения исходит от самой массы черной дыры.

Но где (в пространстве-времени) происходит процесс генерации излучения Хокинга? Кажется, что это должно быть на самом горизонте событий. Однако вот диаграмма Пенроуза черной дыры, которая образуется из коллапсирующей звезды, а затем испаряется, которую я взял из этого сообщения в блоге Любоша Мотла.

введите описание изображения здесь

На диаграмме я нарисовал мировые линии поверхности звезды (оранжевый) и наблюдателя, который остается на безопасном расстоянии и в конечном итоге уходит в бесконечность (зеленый). Из диаграммы я могу видеть, как наблюдатель может видеть фотоны от самой звезды и любого другого падающего вещества (оранжевые световые лучи). Они будут смещены в красную область до необнаружимо низких частот. Но кажется, что любые фотоны, испускаемые самим горизонтом, будут наблюдаться только в один момент времени (синий световой луч), что выглядит так, как будто это должно наблюдаться как коллапс черной дыры.

Поэтому кажется, что если я наблюдаю фотоны из черной дыры в любой момент времени до ее возможного испарения, они должны были возникнуть до того, как на самом деле образовался горизонт. Это правильно? Кажется, это сильно расходится с тем, как обычно обобщают предмет излучения Хокинга. Как фотоны могут испускаться до образования горизонта? Играет ли здесь роль соотношение неопределенности энергия-время?

Одна из причин, по которой я заинтересован в этом, заключается в том, что я хотел бы знать, взаимодействует ли излучение Хокинга с материей, попадающей в черную дыру. Кажется, есть три возможности:

  1. Излучение Хокинга генерируется в пространстве-времени между черной дырой и наблюдателем и поэтому не взаимодействует (сильно или совсем) с падающим веществом;
  2. Излучение Хокинга генерируется вблизи центра черной дыры, за время до образования горизонта, и, следовательно, оно взаимодействует с веществом.
  3. Излучение Хокинга на самом деле испускается падающим веществом, которое по какой-то причине нагревается до очень высокой температуры по мере приближения к горизонту событий.
  4. (Спасибо pjcamp) вы не можете думать о них как об исходящих из определенной точки, потому что они являются квантовыми частицами и никогда не имеют четко определенного местоположения.

Все эти возможности имеют совершенно разные последствия для того, как следует думать об информационном содержании излучения, которое в конечном итоге достигает наблюдателя, поэтому я хотел бы знать, что (если таковое имеется) верно.

Четвертая версия звучит как наиболее разумная, но если это так, мне бы хотелось получить больше подробностей, потому что я действительно пытаюсь понять, могут ли фотоны Хокинга взаимодействовать с падающей материей или нет. Обычно, если я наблюдаю фотон, я ожидаю, что он чем-то испущен. Если я наблюдаю, как что-то вылетает из черной дыры, не кажется неразумным попытаться проследить его траекторию в прошлое и выяснить, когда и откуда оно появилось, и если я это сделаю, оно все равно будет казаться прилетевшим из какого-то времени. до того, как горизонт образовался, и на самом деле появитсябыть происходящим с поверхности исходной коллапсирующей звезды, как раз перед тем, как она исчезла за горизонтом. Я понимаю аргумент о том, что падающая материя не будет испытывать никакого излучения Хокинга, но я хотел бы понять, взаимодействует ли, с точки зрения стороннего наблюдателя , излучение Хокинга с материей, падающей в черную дыру. Ясно, что он взаимодействует с объектами, которые находятся достаточно далеко от черной дыры, даже если они свободно падают к ней, поэтому, если он не взаимодействует с поверхностью коллапсирующей звезды, то где находится точка отсечки и почему?

В ответе ниже Рон Маймон упоминает «микроскопическую точку прямо там, где впервые образовалась черная дыра», но на этой диаграмме похоже, что излучение из этой точки не будет наблюдаться до тех пор, пока дыра не разрушится. Все, что я читал о черных дырах, свидетельствует о том, что излучение Хокинга исходит от черной дыры непрерывно, а не только в момент коллапса, так что я все еще очень смущен этим.

Если все излучение исходит из этой точки пространства-времени, кажется, что оно должно очень сильно взаимодействовать с падающим веществом:

введите описание изображения здесь

В этом случае пересечение горизонта событий, в конце концов, не будет беспрецедентным событием, поскольку оно потребует одновременного столкновения с большой долей фотонов Хокинга. (Связано ли это с идеей «брандмауэра», о которой я слышал?)

Наконец, я понимаю, что, возможно, я просто неправильно об этом думаю. Я знаю, что существование фотонов не зависит от наблюдателя, поэтому я думаю, что вопрос о том, откуда берутся фотоны, не имеет смысла. Но даже в этом случае мне бы очень хотелось иметь более четкую физическую картину ситуации. Если есть веская причина, почему «где и когда возникают фотоны?» это не правильный вопрос, я был бы очень признателен за ответ, который объясняет это. (Ответ pjcamp на первоначальную версию вопроса каким-то образом ведет к этому, но он не касается связанного со временем аспекта текущей версии, а также не дает никакого представления о том, взаимодействует ли излучение Хокинга с падающая материя с точки зрения наблюдателя.)

Примечание редакции: этот вопрос сильно изменился по сравнению с версией, на которую ответили pjcamp и Ron Maimon. Старая версия была основана на аргументе временной симметрии, который верен для черной дыры Шварцшильда, но не для транзиентной, которая образуется из коллапсирующей звезды, а затем испаряется. Я думаю, что изложение в терминах диаграмм Пенроуза намного яснее.

Где именно находится горизонт событий?
@Arjang Горизонт событий - это место, где расстояние от Черной дыры равно радиусу Шварцшильда.
@Dilaton: да, но это точное расстояние или есть некоторая неопределенность уровня? другими словами, может ли фотон внутри оказаться (если он находится достаточно близко к какой-то области, которую мы считаем горизонтом событий) внезапно снаружи?
Если фотон был испущен вне черной дыры, то как черная дыра теряет массу (энергия должна была бы передаваться через горизонт событий к фотону). Я подозреваю, что это означает, что фотон должен быть создан на горизонте. Это связано с моим вопросом без ответа здесь: physics.stackexchange.com/q/21961
@Arjang: радиус Шварцшильда и, следовательно, положение горизонта событий точно определяется как 2 М грамм с 2 (кроме принципа неопределенности). Вещи внутри горизонта событий никогда больше не смогут ускользнуть, но в конце концов достигнут будущей (настоящей) сингулярности.
@Dilaton: я думал, что излучение было связано с принципом неопределенности.
@Arjang: Да, это первое объяснение излучения Хокинга, я тоже снова услышал тиму ...
Я думал, что это вызвано тем, что за пределами горизонта событий появляются пары виртуальных частиц, и одна из них застревает внутри, а другая излучает.
В третьем абзаце под заголовком « Информационная загадка о черной дыре » этой статьи Люмо объясняет, что информация о начальном состоянии (падающая материя) возникает из-за тонких нелокальных эффектов (которые находятся над моей головой), отпечатанных в исходящем излучении Хокинга. Так что я бы все же проголосовал за (3) выбор из возможностей (не уверен, что это на 100% правильно).
Может быть, мое замешательство (вынудившее меня отказаться от ответа) как-то связано с соответствием между описанием черной дыры с использованием информации на границе или в объеме (голографический принцип), которое я недостаточно подробно понимаю :-/ ...
Зачем кому-то минусовать это? Если неясно, скажите мне, где, чтобы я мог уточнить; если это очевидно, напишите ответ; если я где-то ошибся , пожалуйста , напишите ответ, так как я действительно хочу это знать. Я не могу думать ни о какой другой возможной причине.
У меня нет времени разбирать весь вопрос прямо сейчас: P, но я могу ответить на небольшой аспект. Когда ЧД испускает соколиное излучение, она испаряется и сжимается. Таким образом, на этой конформной диаграмме горизонт находится не точно под углом 45 градусов, а под чуть большим углом. Это дало бы наблюдателям конечное окно, в котором они могли бы наблюдать излучение Хокинга, а не просто мгновение. РЕДАКТИРОВАТЬ: Похоже, @BenCrowell объясняет это в своем ответе.
@Шива правда? Если это правда, то очень интересно и странно, что никто никогда не упоминает об этом, объясняя диаграмму Пенроуза для испаряющейся черной дыры. (Это отличается от того, что сказал Бен Кроуэлл, AFAICT.)

Ответы (4)

Есть несколько эквивалентных способов думать об излучении Хокинга. Один из них — это создание пар, как упоминает эндолит, когда падающая частица имеет отрицательную общую энергию и, таким образом, уменьшает массу черной дыры. Другой способ, возможно, здесь более полезный, связан с использованием длины волны де Бройля. Если длина волны частицы (кстати, не только фотона) больше радиуса Шварцшильда, то частицу нельзя считать локализованной внутри черной дыры. Существует конечная вероятность того, что он будет найден снаружи. Другими словами, вы можете думать об этом как о процессе туннелирования. Фактически, вы можете получить правильную температуру Хокинга из правильной длины волны и принципа неопределенности, не используя весь механизм квантовой теории поля.

Так что я думаю, что это считается № 4, потому что его нет в вашем списке. Вы не можете думать о квантовых частицах, исходящих из определенной точки, потому что вы не можете думать, что они когда-либо находились в определенном месте.

Спасибо за ваш ответ. Интересно, не могли бы вы расширить его, чтобы прокомментировать, взаимодействуют ли испускаемые таким образом фотоны с падающей материей, которую внешний наблюдатель видит как «замороженную» сразу за горизонтом событий?
@Nathaniel: Ответ на этот вопрос немного сложнее - излучение Хокинга возникает из-за того, что система отсчета наблюдателя вблизи горизонта отличается от системы отсчета наблюдателя далеко от горизонта, и это приводит к тому, что два наблюдателя имеют другое представление о том, что такое частица, что приводит к тому, что удаленный наблюдатель говорит, что вакуумное состояние падающего наблюдателя на самом деле содержит частицы. Таким образом, «замороженный» наблюдатель фактически не увидит никакого излучения Хока, когда они падают — они свободно падают и локально видят прекрасное вакуумное состояние.
@JerrySchirmer Я могу это понять (см. этот пост в блоге, в котором я пришел к аналогичному выводу: jellymatter.com/2011/02/26/falling-into-a-black-hole-part-1 - хотя, конечно, из-за падения с точки зрения наблюдателя впереди еще горизонт, который все еще должен излучать), но можете ли вы сказать, что с моей точки зрения, как внешнего наблюдателя, фотоны взаимодействуют с падающим веществом? Другими словами, будут ли они содержать какую-либо информацию об этом?
+1; Никогда раньше не слышал аргумент Комптона о длине волны! Наверное, подкину это упражнение ученикам, посмотрим, насколько точны наши Т ЧАС оценка будет.
@pjcamp Вы на самом деле имели в виду де Бройля, а не Комптона, не так ли?
@Nathaniel: Кажется, `@pjcamp ответил вам ниже.
Да, де Бройль, извини. Поздняя ночь. Натаниэль считает, что вся падающая материя накапливается на горизонте событий, но это только с точки зрения удаленного наблюдателя. Все, что попадает внутрь, пересекает горизонт событий за конечное собственное время. Так что падающий наблюдатель ничего нигде не увидит.
Как может (например) длина волны де Бройля электрона быть больше, чем радиус макроскопической черной дыры?
@pjcamp Я воскресил этот довольно старый вопрос. Я понимаю, что «нагромождение» происходит только с точки зрения удаленного наблюдателя, и я понимаю, почему падающий наблюдатель не наблюдает излучение Хокинга. Однако вопрос в том, что увидит сторонний наблюдатель. Я существенно обновил вопрос, который должен прояснить его.
@ Натаниэль Я не уверен, правильно ли я понял Натаниэля, но сам я бы сформулировал проблему следующим образом: удаленный наблюдатель видит излучение Хевкинга от черной дыры (с планковским спектром и, скажем, измеримой температурой). Теперь предположим, что между горизонтом событий и наблюдателем находится газ. Обнаружит ли наблюдатель линию поглощения в спектре черной дыры? Как изменится этот результат, если газ свободно падает? Как она меняется при удалении газа (или наблюдателя) от черной дыры. Будет ли удаленный наблюдатель наблюдать за линиями, если он находится в свободном падении?
@LeosOndra да, это именно то, о чем я спрашиваю. (Обратите внимание, что для любой реальной черной дыры между горизонтом и наблюдателем находится газ.)
@ user1247 - я полагаю, что в этот момент он имеет в виду радиус Шварцшильда для частицы.
Не хочу вносить путаницу в то, что мне кажется хорошим ответом, но я думаю, что предположение о том, что частица может иметь радиус, само по себе может предполагать расширение ОТО Эйнштейна-Картана, поскольку в версии 1915 года даже фермионы рассматривались как точки.

Хороший вопрос! Я попытаюсь собрать воедино несколько идей, которые могут быть правильным ответом, но это может быть неправильно.

Горизонт событий представляет собой светоподобную поверхность. Поэтому на горизонте не проходит никакого собственного времени, и любой фотон, испущенный точно на горизонте, оставался бы точно на горизонте до момента полного испарения, после чего он улетал бы — в тот же момент, что и всякий другой фотон, испущенный застрял там. Диаграмма Пенроуза будет выглядеть так:

введите описание изображения здесь

Зеленая мировая линия представляет удаленного инерциального наблюдателя. (Геодезические обычно не выглядят прямо на диаграмме Пенроуза.) Она получает все излучение Хокинга (фиолетовое) в одно мгновение. Теперь мы знаем, что это не совсем правильно. Предполагается, что излучение Хокинга обнаруживается удаленным наблюдателем с некоторой конечной скоростью, и эта скорость непрерывно увеличивается до тех пор, пока не завершится испарение.

Я думаю, это говорит о том, что нам нужно рассмотреть концепцию «растянутого горизонта», которая в основном представляет собой горизонт плюс дополнительное расстояние порядка планковской длины. Удаленный наблюдатель применяет свои знания о гравитационном замедлении времени и делает вывод, что горизонт бесконечно горячий и, следовательно, известные ему законы физики там нарушаются. Таким образом, становится бесполезным беспокоиться о точной природе присутствующих там степеней свободы; они могут быть масштаба Планка, могут быть фотонами, могут быть струнами, могут быть виртуальными черными дырами, могут быть настоящими черными дырами, которые распадаются от основной дыры в процессе, аналогичном альфа-распаду. Итак, мы просто говорим, что существует своего рода «атмосфера», простирающаяся над горизонтом как минимум на одну планковскую длину. Тогда у нас есть такая картина:

введите описание изображения здесь

Вытянутый горизонт — красная кривая. Фиолетовые линии представляют собой фотоны, испускаемые им в разное время и обнаруженные в разное время удаленным наблюдателем. Я просто угадал качественную форму вытянутого горизонта на диаграмме Пенроуза (изогнутый, вогнутый вниз); возможно, кто-то еще мог бы проверить, действительно ли это проверяется с определенным преобразованием координат.

Спасибо, это выглядит многообещающе. Казалось бы, это означает, что с точки зрения удаленного наблюдателя фотоны исходят из практически бесконечно горячего протяженного горизонта и, таким образом, должны очень сильно взаимодействовать с падающим веществом.
Есть также интересный вопрос о сохранении энергии. На вашей диаграмме вся материя-энергия, которая когда-либо падала, ускользает в виде излучения до момента коллапса. Кажется, это должно быть правильно. Но это, по-видимому, подразумевает, что никакая часть этой материи-энергии никогда не может пересечь горизонт. Раньше я думал, что ничто не может выйти за горизонт, но, узнав о диаграммах Пенроуза, я подумал, что ошибся, и теперь я снова не уверен.
@Nathaniel: Бесконечная температура, предполагаемая удаленным наблюдателем, не связана с каким-либо взаимодействием с падающим веществом. Излучение Хокинга даже не рассчитывается для черной дыры, которая образуется в результате астрофизического коллапса, потому что это было бы слишком сложно смоделировать. Излучение Хокинга происходит в чисто вакуумном (шварцшильдовском) пространстве-времени.
@Nathaniel: В своих рассуждениях о сохранении энергии, я думаю, вам нужно быть более осторожным в том, как вы думаете об одновременности. Например, далекий наблюдатель и падающий наблюдатель имеют разные представления о времени. Когда вы говорите о «моменте коллапса», это не то время, с которым согласятся все наблюдатели.
Я не имел в виду, что излучение вызвано взаимодействием с падающим веществом. Я просто говорю, что если есть какая -то падающая материя, то большая ее часть или вся она будет дальше от горизонта событий, чем область, где появляются фотоны Хокинга, и, следовательно, они должны взаимодействовать с ней.
Насколько я понял, оригинальная модель Хокинга была для коллапсирующей звездной черной дыры, но, возможно, я ошибаюсь. Диаграммы Пенроуза в моем посте и в вашем ответе относятся к черной дыре, которая образуется из коллапсирующей звезды, а затем испаряется — диаграмма Пенроуза для черной дыры Шварцшильда выглядит совсем иначе.
Я знаю о проблеме, связанной с одновременностью. Когда я сказал «момент коллапса», я должен был сказать «самая верхняя точка линии, представляющей горизонт», а когда я сказал «до», я должен был сказать «в прошлом световой конус».
@Nathaniel: Я бы посоветовал не вдаваться в вопросы о падающем здесь вопросе, потому что это не очень актуально и это сложный вопрос. Это связано с такими идеями, как комплементарность черных дыр.
Но проблема, связанная с падающей материей, была самой сутью вопроса!
Чтобы уточнить, главная причина, по которой меня это интересует, заключается в том, что кажется, что вся масса коллапсирующей звезды должна находиться между удаленным наблюдателем и областью, где испускается излучение Хокинга, поэтому кажется, что оно должно попасть внутрь. путь и мешает нам непосредственно наблюдать его, вместо этого нагреваясь от него и переизлучая тепловое излучение того же спектра. Но само падающее вещество не должно испытывать взаимодействия с излучением Хокинга, так что это парадокс.
Комплементарность черных дыр не может решить эту проблему (афаикс), потому что мы говорим о двух разных наблюдателях, которые оба находятся за горизонтом событий и в принципе могут встретиться и обменяться мнениями. Но люди говорят, что излучение Хокинга не содержит информации о падающей материи (по модулю странных вещей о нелокальности и туннелировании за горизонт), что предполагает, что они думают, что оно вообще не взаимодействует с материей. Это означает, что он либо волшебным образом проходит сквозь него, либо генерируется далеко за горизонтом, между материей и удаленным наблюдателем.
@ Бен Кроуэлл. Изображение фотонов, ожидающих на горизонте завершения испарения, захватывает дух, но, тем не менее, мне интересно, не могли бы вы изменить свое впечатление о том, что далекий наблюдатель увидит бесконечную температуру на горизонт, в свете утверждения Хокинга 2014 года о том, что ЧД представляют собой метастабильное связанное состояние гравитационного поля без «брандмауэров». (Это помогло бы мне сформулировать мой собственный вопрос, который больше связан с интерпретацией его излучения как связанного с туннелированием, но, вероятно, не ускользнет от соответствующей термодинамики.)
«-1» в основном потому, что диаграммы Пенроуза крайне плохо подходят для иллюстрации концепции растянутого горизонта . Кроме того, ответ фактически неверен. Излучение Хокинга большой черной дыры (до ее последних моментов жизни) не зависит от УФ-поведения квантовой гравитации, а вместо этого является низкоэнергетическим явлением.
На этой диаграмме Пенроуза «верхний треугольник» возникает после того, как черная дыра испаряется, так как она подобно времени смещена со всего горизонта событий, верно? И эта мировая линия никогда не видит, как какие-либо частицы пересекают горизонт событий; он видит, как они приближаются к нему, и в конце концов не видит горизонта событий (черная дыра испаряется)?

Источник излучения в первоначальных расчетах Хокинга находится в микроскопической точке, где впервые образовалась черная дыра. На этом ваша процедура обратного отслеживания заканчивается. К сожалению, синий свет безумно смещен во время обратного смещения, так что он слишком синий, чтобы быть физическим (его длина волны намного превышает планковскую длину). Это заставило людей беспокоиться о выводе Хокинга.

Современная картина голографии в целом решает этот вопрос. Черная дыра неотличима от белой дыры и квантово-механически двойственна ей, так что вы можете считать излучение Хокинга исходящим от белой дыры. Это непротиворечивая картина, и сжатие излучения в начальной точке имеет точный аналог тому, что происходит с падающим веществом в классическую белую дыру или в испаряющуюся черную дыру. Оба вопроса требуют двойственности между внутренним и внешним описанием, а также осознания того, что в высшей степени транспланковские объекты вблизи горизонта на самом деле лучше всего рассматривать как строго распределенные по всей поверхности или живущие в двойственной внутренней области.

(Вопрос изменился с тех пор, как я ответил на него, я получаю отрицательные голоса: диаграммы Пенроуза — это неверная картина, они вводят в заблуждение, они совершенно неверны в правильной квантовой гравитации, не используйте ее. Правильная картина — наивная, без скручивание горизонта, чтобы лечь на 45 градусов.

Когда вы делаете горизонт лежащим под углом 45 градусов, вы должны выбрать, является ли горизонт прошлым или будущим горизонтом. Но эти две вещи квантовомеханически двойственны (хотя классически разделены), и вы не должны заставлять горизонт быть одним, а не другим. Все черные дыры, которые существуют достаточно долго, можно рассматривать как вечные, а вблизи конечного состояния все они — белые дыры. Это объяснил Хокинг и подтвердил AdS/CFT. Диаграммы Пенроуза должны быть отправлены в отставку, а отрицатели и те, кто дает ответы, отличные от моих, понятия не имеют, о чем они говорят).

Первая часть вашего ответа интересна, спасибо. Итак, правильно ли сказать, что в первоначальной формулировке Хокинга мой вариант 2 был правильным: двигаясь наружу от своей мгновенной точки происхождения, излучение в конечном итоге взаимодействовало бы со всей материей, которая когда-либо попадала в черную дыру, и носило бы информацию о ней. снова? (И, следовательно, информационный парадокс никогда не должен был вызывать серьезного беспокойства?)
(Вторая часть вашего ответа, несомненно, также полезна, но я эксперт в области термодинамики, а не космологии, поэтому соображения голографии и теории струн на данный момент немного выходят за рамки моего понимания.)
@Nathaniel: проблема в том, что «взаимодействие» наивно можно сделать сколь угодно малым --- вы можете посмотреть на излучение Хокинга нейтрино. Свет никак не может «взаимодействовать» с падающими предметами электромагнитным путем, чтобы получить информацию. Правильная идея заключается в том, что взаимодействие является гравитационным, а механизм заключается в том, что горизонт имеет деформационные степени свободы, которые кодируют падающую информацию. Это именно тот путь, по которому т'Хоофт вывел голографический принцип, и нет другого способа понять это, как понять термо без энтропии.
@RonMaimon ... но информация, наконец, запечатлевается в исходящем излучении Хокинга, как говорит Лумо, или нет? И если да, то как именно он туда попадает из деформационных степеней свободы на горизонте? (Извините за этот прерывающий комментарий, но это меня тоже интересует :-P ...)
@RonMaimon, это полезный пример, спасибо. Сейчас я думаю о том, что произойдет, если облако нейтрино каким-то образом схлопнется и образует черную дыру. Сначала все они казались застывшими на горизонте. Затем дыра испарится, испуская фотоны, которые не взаимодействуют с падающими нейтрино. Но как только дыра испарится, нейтрино свободны, и информация по-прежнему не теряется. Но это не совсем работает, потому что масса черной дыры на самом деле равна массе нейтрино, поэтому на самом деле именно нейтрино должны были преобразоваться в электромагнитное излучение. Так что может быть причиной этого?
@Nathaniel: Это начало, но нейтрино при высоких энергиях на самом деле взаимодействуют примерно так же сильно, как электроны, так что это не очень хороший пример. Очевидная потеря информации во время перехода в состояние без волос означает, что вы можете добавить темную материю внутрь и получить фотоны. Или добавить нейтроны и получить электроны/позитроны. Это было известно задолго до т'Хоофта. Излучение Хокинга кажется парадоксальным, потому что выход не зависит от входа квазиклассически, и нет очевидного решения путем введения взаимодействий, потому что конечный результат не зависит от их силы.
@Dilaton: (и Натаниэль тоже) То, как информация отпечатывается на горизонте, безумно --- дело не в том, что фотон взаимодействует с другими вещами, застывшими на горизонте, а в том, что сам горизонт термически колеблется, и дрожит сами являются падающим фотоном и падающей материей. Они содержат всю физику падающей материи. Это голографическая идея. Когда падающий фотон приближается, он все больше и больше описывается колебаниями ЧД (а не космологическими колебаниями), и эти колебания подчиняются теории поля, сохраняющей информацию, по крайней мере, когда они экстремальны.
Таким образом, процесс возбуждения и распада черной дыры можно понять только в том случае, если черная дыра сама реконструирует пространство-время вблизи себя и вокруг себя. Это пригоризонтная область в AdS/CFT, где все пространство-время реконструируется из теории бран с безумным нелокальным отображением, воспроизводящим гравитационную теорию в другом числе измерений. Падающий фотон несет гравитационное поле, которое определяется деформацией горизонта черной дыры (граничное условие) и полностью определяется, когда фотон находится близко к горизонту. Это вещи Т'Хоофта
Падающее вещество голографически представлено глыбами деформации на самом горизонте. Этот деформированный горизонт также реконструирует внутреннее пространство-время, а также близлежащее внешнее, и он конструирует разные дуальные интерьеры в разных расширениях, которые должны быть связаны унитарными преобразованиями квантовой степени свободы с приближенным эмерджентным описанием пространства-времени. Это преобразование не было полностью разработано даже в AdS/CFT, где карта является абсолютно точной и, как известно, работает с уверенностью. Проблема в том, что появляется локальность.
@RonMaimon Большое спасибо за эти дополнительные интересные и за мое интуитивное понимание вещей, очень полезные комментарии :-). Может быть, вы могли бы включить их в свой ответ, чтобы они не потерялись, и я всегда мог их перечитать, если захочу? Блин, как бы мне хотелось хоть чуть-чуть разбираться в этих вещах и технически, это то, что мне всегда нужно, чтобы чувствовать себя полностью удовлетворенным ... И у вас, и у других физиков, очевидно, тоже есть еще очень интересные вещи ... ;-)
@Dilaton: Я попробую ... конечно, техническое понимание - это формализм струнного мирового листа и мирового объема, по крайней мере, для почти экстремальных заряженных черных дыр теории струн. AdS/CFT объясняет, что это пространство AdS, которое описывается этими теориями в правильном пределе. Но интуиция для нормальных черных дыр исходит из того, что Сасскинд отождествил сильно возбужденные обычные струны с черными дырами в 90-х годах. Эти работы труднее сделать точными, потому что сильно возбужденные состояния труднее проследить во времени, используя наши обычные формализмы, но качественная идея верна.
@RonMaimon, подумав еще немного об этом, я понял, что все еще в замешательстве. Я добавил к вопросу несколько диаграмм, которые должны помочь показать, почему я не могу придумать удовлетворительную ментальную картину из вашего ответа.
@ Рон, хотя я очень ценю ваше редактирование, это не дает мне многого для продолжения. Диаграмма Пенроуза или нет, но если я наблюдаю фотон, исходящий из черной дыры, и прослеживаю луч в обратном направлении, пытаясь определить его происхождение, он пересекает поверхность коллапсирующей звезды. Прослеживая дальше, я достигаю точки перед образованием горизонта. Остальная часть вопроса вытекает из этого - диаграммы Пенроуза были просто способом проиллюстрировать это.
Таким образом, мои вопросы будут следующими: (i) если излучение испускается из одной точки, почему, согласно прогнозам, мы будем наблюдать его в течение периодов времени, намного превышающих один волновой цикл; и (ii) между этой точкой и удаленным наблюдателем находится очень большой непрозрачный объект, а именно коллапсирующая звезда. Излучение поглощается материей, или волшебным образом светится сквозь нее, или что?
@ Натаниэль: вот почему диаграмма Пенроуза вводит в заблуждение --- когда вы смотрите на более поздние времена, фотон, вырвавшийся из черной дыры, СМЯГЧЕН так близко к линии горизонта под углом 45 градусов (как и все остальное, включая вас ) что вы совсем заблуждаетесь. Запишите нормальное описание rt-координат и посмотрите, как оно становится кашеобразным в поздние моменты времени — фотоны, которые отрываются от горизонта и уходят в бесконечность на обычном изображении, навсегда остаются близко к горизонту на изображении Пенроуза. Это хорошо для конформной структуры, больше ничего, это не физическое.
@ Натаниэль: излучение исходит из транспланковской точки, вы упускаете из виду, что все излучение далекого будущего, по сути, охватывает линию под углом 45 градусов на вашей диаграмме, потому что на диаграмме Пенроуза оно просто не может уйти от нее. Звезда не имеет значения, фотон транспланковский и держится за горизонт, а звездная материя подобна самой рассеянной дымке газа. Чтобы понять это, нужно понять аналитический вывод излучения Хокинга, интерпретацию принципа эквивалентности, а затем проследить вычисления Хокинга и увидеть, где возникает мода — именно в этом месте.
@RonMaimon хорошо, если это происходит из области размером с Планк, а не из одной точки, это нормально. Я понимаю (качественно), как диаграмма Пенроуза сглаживает пространство-время. Но почему материя звезды похожа на рассеянный тонкий газ? Звезды при нормальных обстоятельствах состоят из непрозрачной плазмы, и если в горизонте событий нет ничего «особенного» с точки зрения падающего наблюдателя, звезда должна продолжать состоять из непрозрачной плазмы, когда она падает через него.
@Nathaniel: Да, конечно, область планкового размера, одна точка не имеет смысла. Звезда представляет собой диффузный тонкий газ, потому что вы говорите о супер-транспланковской моде, шкала вариаций сильно отличается - эта мода имеет (если бы она была занята) 10 ^ (10 ^ 10) ГэВ. По этой причине некоторые люди скептически отнеслись к расчетам Хокинга, потому что модусы оказываются такими нефизическими.
Когда вы сказали, что «излучение исходит из транспланковской точки» (т. е. области планковского размера), вы имеете в виду, что эта область расположена на поверхности в пространстве-времени, где световые конусы наклоняются достаточно, чтобы сформировать захваченную поверхность? Так что вся поверхность этих областей Планка, где начинается HR - вы не имели в виду одну область Планка - или я неправильно понял? (Диаграмма (неконформная!) действительно поможет)
@RonMaimon, правильно ли я понимаю, что «близко к горизонту фотоны имеют такую ​​высокую частоту, что проходят практически через все»?
@Nathaniel: Да, локально исходящие фотоны имеют такую ​​маленькую длину волны, что проходят через что угодно, это нефизично.

Не знаю, как на вашем графике, но насколько я понимаю, вы можете видеть излучение Хокинга как фотоны, которые квантово-туннелируют изнутри Черной Дыры. Это возможно, поскольку длина волны излучения Хокинга того же порядка, что и диаметр ЧД.

Таким образом, вы должны изобразить эти световые лучи как движущиеся не по световому конусу, а со скоростью выше скорости света по их начальному пути, и это не противоречит причинно-следственной связи, поскольку никакая информация не может быть передана изнутри ЧД (фотоны Хокинга имеют строго тепловой спектр).

Что касается вопроса о том, взаимодействует ли это излучение с падающим наблюдателем, ответ положительный, но это взаимодействие подрывается тем фактом, что это излучение имеет очень большую длину волны, превышающую любой возможный детектор, который мог бы иметь наблюдатель. Так что, если падающий сервер не имеет размеров, сравнимых с черной дырой, он вряд ли обнаружит какое-либо излучение (впрочем, вероятность не строго нулевая).

Это правда, что к тому времени, когда они достигают удаленного наблюдателя, испускаемые фотоны имеют очень большую длину волны. Но с моей точки зрения как внешнего наблюдателя, если я проследю испускаемые фотоны по их пути, я обнаружу, что когда они были ближе к горизонту, их частота была намного выше. Так что (как сторонний наблюдатель) я должен ожидать, что в прошлом они могли взаимодействовать с падающими объектами гораздо меньшего размера, чем размер самой черной дыры. Рон говорит, что это разрешается фотонами, имеющими такую ​​высокую частоту у горизонта, что наблюдатель не может их измерить.
@ Натаниэль хорошо, я столкнулся в литературе с противоположным утверждением, что падающий наблюдатель не может обнаружить фотоны, потому что у него нет соответствующего детектора для измерения таких высоких длин волн.
Откуда (в пространстве-времени) возникает излучение Хокинга?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v