Почему излучение Хокинга вызывает гибель черных дыр? [дубликат]

РЕДАКТИРОВАТЬ: Для правильного получения излучения Хокинга требуется полный механизм квантовой теории поля в искривленном пространстве-времени. В КТП существуют различные эквивалентные способы осмысления процессов рассеяния. Лучший и самый простой способ, благодаря диаграммам Фейнмана, — это думать о виртуальных частицах. Эти частицы нереальны, и в этом смысле их не существует. Они аналоги реальных частиц, но могут иметь любую массу, какую захотят. Они «существуют» только как посредники между реальными частицами. Популярное научное объяснение излучения Хокинга в основном фокусируется на этой картине виртуальных частиц. Какое это имеет отношение к энергии вакуума? Что ж, если у вас есть поле и оно имеет самую низкую возможную энергию (энергию вакуума), сколько там частиц, это, так сказать, не «естественный» вопрос. Это то, что может измениться на короткие промежутки времени благодаря знаменитому принципу неопределенности Гейзенберга. Так что эти виртуальные частицы на самом деле являются просто флуктуациями вокруг энергии вакуума, но обратите внимание, что отрицательная энергия одной из частиц абсолютно необходима в излучении Хокинга, потому что в конце этого процесса вы должны иметь ситуацию, которая является реальной, а не просто колебания. Энергия вакуума не может быть снижена (это самая низкая энергия, которую может иметь поле), поэтому энергия должна исходить от черной дыры. Вакуум - это не то, что дает энергию! Если бы не было вакуума, не было бы и полей, и Вселенной, какой мы ее знаем, не только излучения Хокинга. : ) Люди обычно говорят о горизонте событий, а не об эргосфере, потому что, объясняя излучение Хокинга, они сосредотачиваются на более простом случае черной дыры, которая не вращается. Видетьэтот ответ об излучении Хокинга вращающихся заряженных черных дыр.

СТАРЫЙ ОТВЕТ: Черные дыры испускают всевозможные частицы и античастицы как часть излучения Хокинга. Потеря массы не имеет ничего общего с тем, падает ли материя или антиматерия в черную дыру. Это связано со знаком энергии (виртуальной) частицы. Квантовые флуктуации создают пары частица-античастица вблизи горизонта событий, но они виртуальны. Это означает, что они не могут существовать очень долго и их можно наблюдать только косвенно. Одной из этих (анти)частиц удается вырваться и стать реальной частицей с положительной энергией. Закон сохранения энергии требует, чтобы (анти)частица, не вылетевшая и упавшая в черную дыру, имела отрицательную энергию. Обратного не происходит, потому что, если бы это произошло, виртуальная частица с отрицательной энергией стала бы реальной частицей, а это невозможно.

Следующий ответ не является «строгим», но может дать простое объяснение.

Предположим, у вас есть квантовая флуктуация недалеко от горизонта, но снаружи. Эта квантовая флуктуация создает 2 частицы, одну с отрицательной энергией -E, другую с положительной энергией +E.

Если 2 частицы останутся за пределами черной дыры, они должны аннигилировать через некоторое время.$t \le \frac{\hbar}{E}$

Теперь одна из двух частиц может попасть внутрь черной дыры, и есть две возможности; улетающая частица может иметь положительную или отрицательную энергию. Ключевым моментом является то, что между этими двумя случаями существует асимметрия.

Чтобы частица была реальной, ее энергия должна быть положительной, но относительно временной координаты. С переменной эволюции$\tau$, это можно написать$\frac{dt}{d\tau}>0$

При пересечении горизонта (падающей частицей) можно считать, что происходит изменение характера временной и радиальной пространственной координаты. Координата, подобная времени, становится координатой, подобной пространству, а координата радиального пространства становится координатой, подобной времени.

Точнее, если вне черной дыры координаты равны (в единицах$c=1$):$z=r+it$, то «координаты» внутри черной дыры равны$z \rightarrow z'\sim -iz$Так,

Так,$t'\sim-r$и$x'\sim r$

Для улетающей частицы энергия должна быть положительной относительно$t$, так$E=\frac{dt}{d\tau} >0$, но для падающей частицы «энергия» должна быть положительной относительно$t'$, то есть =$\frac{dt'}{d\tau}>0$, что "эквивалентно"$-\frac{dr}{d\tau}>0$.

Но последнее выражение означает только то, что частица является падающей, что и было нашей гипотезой. Мы могли бы также сказать о падающей частице, что «внешняя» энергия$-E$становится «внутренним» импульсом.

Энергосбережение называется.

Когда реальная частица уходит из поля черной дыры, энергия уносится в бесконечность, и дыра истощается на эту дельту (Е), какой бы мягкой ни была уходящая частица. В конце концов, возможно, что вся масса черной дыры будет истощена до такой степени, что она не сможет иметь силу гравитационного поля, которая делает ее черной дырой.

Теперь, если вы обеспокоены тем, что Вселенная находится в опасности потерять свою популяцию черных дыр, не беспокойтесь. Излучение Хокинга оказывает заметное влияние только на черные дыры массой около 10^12 кг ·1.. или меньше. Это потому, что черная дыра должна умереть от голода. То есть материя-энергия, которую она испускает, должна быть больше, чем материя-энергия, которую она поглощает. Поскольку масса черной дыры обратно пропорциональна ее температуре, а количество излучаемой ею материи-энергии зависит от ее температуры, масса черной дыры увеличивается, а количество излучаемой ею материи-энергии уменьшается. Таким образом, для больших задних дыр, таких как масса нашего Солнца, их температура очень низкая, около 10 ^ -7 К, и поэтому они имеют очень низкое излучение. А так как они получают свет от звезд, космическое фоновое излучение и даже материю в виде пыли, планет и звезд, то продолжают расти. Это будет только когда-нибудь в будущем, когда погаснут все звезды,

Изменить после комментариев:

Выше ответы на заголовок.

В содержании вы спрашиваете:

Если из черной дыры выбрасывается частица, а в нее вталкивается античастица, то не должно ли происходить и обратное, и на тех же частотах?

Да.

Я имею в виду, что черные дыры также должны излучать античастицы и собирать из них энергию, а энергия черных дыр не должна меняться, верно?

Нет.

Будь то частица или античастица, энергия, которую она несет, масса и кинетическая часть всегда положительны для реальной частицы. Как только частица/античастица покидает черную дыру, она реальна и уносит энергию, истощая запас энергии черной дыры.

Что мне не хватает?

Что античастицы являются анти-только по своим квантовым числам по сравнению с соответствующими частицами, а не по энергии/массе. Электрон и позитрон имеют одинаковую положительную массу.

Я был тем, кто отправил вопрос ... Но у меня ОГРОМНЫЕ проблемы с веб-сайтом, поскольку я не могу ничего комментировать и по какой-то причине не могу войти в учетную запись eMagus (каждый раз, когда я вхожу в eMagus, он автоматически входит в eJunior). Поэтому я не могу ответить ни на один ответ, если не опубликую его как ответ... Извините.

Я провел некоторое исследование, и проблема, с которой я столкнулась в связи с вашими ответами, заключается в следующем: не существует такой вещи, как частица с отрицательной энергией; невозможно существовать. И античастица, и частица имеют положительную энергию.

Они «вытягивают» энергию из вакуума... И обычно они сталкиваются и высвобождают энергию обратно в вакуум. Я предполагаю, что теория излучения Хокинга не имеет ничего общего с частицами с отрицательной энергией ... Ее происхождение должно быть связано с вакуумной энергией, вытекающей из черной дыры, поэтому независимо от того, излучается ли частица или античастица, «исчезающая энергия» исходит из микрочастицы из вакуума горизонта событий.

Но чего я не понимаю, так это почему истощаемая энергия вакуумного излучения исходит из горизонта событий, а НЕ из эргосферы черной дыры?

На мой взгляд, именно вакуум из эргосферы должен давать энергию излучению, а не вакуум из самой черной дыры. Если из лиминара эргосферы создаются едва ли две виртуальные частицы и одна попадает в горизонт событий, энергия все равно исходит из эргосферы, верно?

И даже если бы это было правдой, излучающей энергию из эргосферы, что я уже с трудом понимаю, не должна ли эргосфера также излучать излучение Хокинга, и в гораздо большем масштабе, чем все, что может исходить из горизонта событий?

Я пытаюсь объединить две учетные записи, чтобы правильно комментировать, спасибо!