Теорема об отсутствии волос для черных дыр и барионное число

Теорема об отсутствии волос гласит, что черную дыру можно охарактеризовать небольшим количеством параметров, видимых на расстоянии, — массой, угловым моментом и электрическим зарядом.

Для меня непонятно, почему не включены локальные величины, т.е. квантовые числа, отличные от электрического заряда. Отсутствие таких параметров означает нарушение законов сохранения (для черной дыры, состоящей из барионов, излучение Хокинга будет на 50% барионным и на 50% антибарионным).

Вопрос в том:

  • Если отсутствие барионного числа в качестве параметра черной дыры является установленной связью?

ИЛИ ЖЕ

  • Это (или может быть) только артефакт отсутствия унификации между КТП и ОТО?
Возможно, вы захотите увидеть физику.stackexchange.com/questions/4908/…

Ответы (3)

Теорема об отсутствии волос доказана в классической гравитации, в асимптотически плоском четырехмерном пространстве-времени и с особым содержанием материи. Рассматривая более общие обстоятельства, мы начинаем видеть, что вариации первоначальных предположений придают черной дыре больше волос. Например, для асимптотически AdS могут быть скалярные волосы (факт, который используется для построения голографических сверхпроводников). Для пятимерных пространств черные дыры (и черные кольца) могут иметь дипольные моменты калибровочных зарядов. Возможно, есть еще сюрпризы.

Но основная интуиция, лежащая в основе теоремы об отсутствии волос, остается в силе. Основной факт, используемый во всех этих построениях, заключается в том, что когда объект падает в черную дыру, он может запечатлеть свое существование на внешней стороне черной дыры только в том случае, если он связан с дальнодействующим полем. Так, например, электрон изменит заряд черной дыры, что означает, что черная дыра будет иметь кулоновское поле. Вы сможете измерить общий заряд с помощью соответствующей поверхности Гаусса. Обратите внимание, что у гравитации нет сохраняющихся локальных токов (см. это обсуждение ), единственное, что вы сможете измерить, — это общий заряд.

Что касается барионного числа, то оно не связано с дальнодействующей силой, при падении в черную дыру об этом нечего вспомнить, и барионное число не сохраняется. Это лишь одна из причин, по которой существует общее мнение, что глобальные заряды (те величины, которые не сопровождаются дальнодействующими силами) на самом деле не сохраняются. Что касается барионного числа, то мы точно знаем: в нашем мире больше барионов, чем антибарионов, поэтому наблюдаемая симметрия барионного числа должна быть лишь приблизительной. Это должно было быть нарушено в ранней Вселенной, когда были созданы все барионы (ищите соответствующее обсуждение здесь ), процесс, который называется бариогенезом.

Прекрасно, если человек чувствует, что его ответы вовсе не нужны, Моше. ;-) +1
Я знаю это чувство. Я обычно отпускаю вещи, когда у меня нет времени, так как я знаю, что ты дашь хороший ответ.

Один выход из этого - если вы верите, что излучение Хокинга реально, и что черные дыры полностью испаряются, тогда:

1) излучение Хокинга нарушает условия положительной энергии. Это предположения теоремы об отсутствии волос. Таким образом, мы не ожидаем, что теорема об отсутствии волос будет верна для черных дыр, если важно излучение Хокинга.

2) Если профиль испарения эволюционирует определенным образом, вы можете предотвратить формирование истинного горизонта событий, только если кажущийся горизонт появится на конечное время. Это позволит информации о входном барионном числе покинуть черную дыру.

Но по классике вы правы. Хорошо известно, что вы теряете информацию о том, что вы поместили в черную дыру — классически черная дыра, образовавшаяся в результате нейтринного коллапса, идентична черной дыре, образовавшейся в результате коллапса нейтронной звезды, фотонов, гравитационных волн или чего-то еще. .

Тот факт, что информация может быть сохранена, не означает, что действуют законы сохранения. Я считаю, что мы знаем достаточно об излучении Хокинга, чтобы знать, что даже если информация ускользнет, ​​фактическое барионное число все равно не сохранится, что, я считаю, было настоящим вопросом ОП.
@ Питер Шор - но без механизма столкновения частицы с сингулярностью, слияния с ней, а затем излучения как другой частицы, я не на 100% понимаю, каков был бы механизм взаимодействия, разрушающего барионное число.
Барионы ускоряются до высоких энергий, и в этом случае они участвуют во взаимодействиях, не сохраняющих барионное число, о существовании которых мы уже знаем. Геометрия хороша и все такое, но это не единственное объяснение всего.
@Jerry: Мы не знаем, что такое разрушающее барионное число взаимодействие, но мы знаем, что оно должно существовать. Создайте огромную черную дыру, используя только барионы. Первое излучение от него должно быть очень длинноволновым (если только вы не считаете, что это неправильно), что означает, что он вообще не будет излучать барионы, пока его масса не станет достаточно малой. В этот момент, если отношение бариона к массе больше, чем у протона, он не может излучать достаточно массы, чтобы сохранить барионное число. Таким образом, из этого мысленного эксперимента мы можем заключить, что взаимодействия на планковском масштабе не должны сохранять барионное число.
@Peter Я никогда не слышал, чтобы так спорили, очень круто.
@Peter: этот процесс не нарушит барионное число, однако длинноволновые частицы будут содержать равное количество, скажем, антинейтринов и нейтрино (будучи термальной ванной) и не смогут произвести чистое количество лептоны/антилептоны или барионы/антибарионы. Затем подождите достаточно времени, чтобы поля, содержащие начальные степени свободы для барионного числа или чего-то еще, распространились обратно, и вы оказались там, откуда начали, плюс некоторое тепловое излучение, содержащее равное количество частиц и античастиц.
@Moshe: последний раз, когда я проверял, распада протона не наблюдалось.
@ Джерри, в последний раз, когда я проверял, мы видим вокруг себя почти только барионы, поэтому барионное число не может быть точно сохранено во всех энергетических масштабах в нашей Вселенной. Но мне больше нравится ответ @Peter, потому что он говорит вам, почему это должно было быть так. Я думаю, что ваш ответ Питеру со сценарием «черные дыры на самом деле не образуются» имеет свои проблемы, но здесь не место вдаваться в эту дискуссию.
@Моше: Если вы считаете, что черная дыра полностью испаряется, горизонта событий нет - это просто факт, возникающий из-за отсутствия сингулярности в поздние времена. Лично я могу сказать, что черная дыра может не испариться. полностью, поскольку мы в любом случае так мало знаем об обратной реакции излучения Хокинга, но я, кажется, в меньшинстве по этому вопросу. В любом случае вам нужен процесс разрушения барионов внутри черной дыры, чтобы они не сохранялись... если это часть разрешения сингулярности, то это не моя область. И кто сказал, что все квантовые числа равны нулю при t=0?
@Jerry Проблема в масштабах времени, маловероятно, что макроскопическое количество барионов будет испущено при испарении последних квантов, так же как маловероятно, что Вселенная только началась с крошечного дисбаланса барионов по сравнению с антибарионами. Соответствующая физика - это физика горизонта, разрешение сингулярности не является проблемой в физике черных дыр - это было бы легким выходом. Нужно понимать, что происходит за долгое время жизни ЧД, для которых горизонт реален.
@Моше: тогда, что у тебя за проблема с моим ответом - это решено в третьем абзаце моего ОП. Излучение Хокинга отвлекает от этого, потому что это просто термальная ванна частиц и античастиц в равной пропорции. Черные дыры одинаковы независимо от того, кто их создал. Единственное, что происходит, это то, что излучение Хокинга с отрицательной энергией позволяет нарушать классические теоремы ОТО о черных дырах (наиболее важные здесь теоремы об увеличении площади и об отсутствии волос) и, таким образом, позволяет внутренним составляющим ЧД уйти в бесконечность.
Я не очень понимаю ваш сценарий, когда черная дыра полностью исчезла, все в ней превратилось в излучение Хокинга. Если изначально ЧД была сделана из барионов, то все они закончились излучением в основном нейтрино или чего-то еще. Если вы не говорите, что барионы излучаются в последнее планковское время испарения, то когда они выходят? Я действительно думаю, что аргумент Питера решает проблему.
@Moshe: я говорю, что все нулевые и времениподобные генераторы, которые входят в горизонт, в конечном итоге покидают горизонт, за исключением тех, которые фактически пересекают саму сингулярность (и в случае, когда а или же д ≠ 0 , нет необходимости, чтобы входящие геодезические пересекали сингулярность). Таким образом, если взаимодействие с сингулярностью не сохраняет барионное число, барионы, попадающие в дыру, в конце концов покидают дыру. Вы сами можете убедиться в этом на заряженной модели Вайды с массовым профилем, выглядящим примерно так М ( в ) знак равно в 4 ( в − в 0 ) 4 . и ноль для 0 ≤ в ≤ в 0
Теорема ОТО о том, что сокращающиеся горизонты черных дыр проницаемы, — вот в чем мой аргумент. Если черная дыра полностью испарится, каждая внутренняя точка окажется в прошлом будущей нулевой бесконечности или будущей времениподобной бесконечности. Таким образом, что-то внутри должно разрушить барионы, или коллапс черной дыры не может удалить чистое барионное число, поскольку излучение Хоука создаст только пары частица-античастица.
@Jerry: У вас есть где-нибудь ссылка на тот факт, что сужающиеся горизонты черных дыр проходимы? Я нигде не видел этой теоремы.
@Peter: я посмотрю вокруг. Я знаю, что это связано с ловушкой Хейуорда, но это слишком много бумаг, чтобы кто-то мог их пробраться. Однако вы можете представить это, если посмотрите на диаграмму Пенроуза черной дыры, которая сжимается.
Просто чтобы обострить проблему - держите черную дыру в устойчивом состоянии, непрерывно подпитывая ее барионами. Вы никогда не увидите возвращения барионов. Причинная структура испаряющейся черной дыры — интересное отвлечение, но я не думаю, что она может объяснить проблему.
@Jerry: Если протон и нейтрон являются элементарными частицами с самым высоким отношением барионного числа к массе, чем черная дыра с барионным числом 2 Н и масса Н протоны не могут распадаться на элементарные частицы и сохраняют барионное число. И если бы существовала частица с более высоким отношением барионного числа к массе, она была бы стабильной, и мы, вероятно, увидели бы ее.
@Moshe @Peter: разработка сохранения массы / энергии для такой системы нетривиальна, поскольку предложение Моше разрушит асимптотическую плоскость, а излучение Хокинга имеет отрицательную энергию по сравнению с асимптотической бесконечностью. Я не говорю, что вы, ребята, не правы, я скорее говорю, что я не убежден. Вот почему мой первоначальный ответ был «Вот способ, которым вы могли бы выбраться из этого» в тоне, а не «это правильно».
@Jerry: Входящий поток барионов с конечной энергией, безусловно, не разрушит асимптотическую плоскостность, он просто соответствует другому состоянию на горизонте, влияние которого падает достаточно быстро, чтобы сохранить асимптотическую плоскостность. Что же касается случая с испаряющейся черной дырой, то, если я правильно понимаю ваш сценарий, то когда вы обсуждаете квантовые поля вместо классических частиц (как и следовало бы) сводится к предположению, что барионное число восстанавливается «в последнюю минуту», к чему Питер привел хороший контраргумент.
@Moshe: устойчивый, бесконечный поток частиц, безусловно, разрушит асимптотическую плоскостность. И если мы говорим о квантовых полях, мы все равно должны измерять поле в более поздние времена, когда асимптотическая плоскостность в будущей нулевой бесконечности позволяет нам восстановить группу Пуанкаре и получить представление о том, что означает «частица». В любом случае, любое из производных этого материала, на которое я смотрел, требовало определения состояний «вход» и «выход» в прошлой и будущей нулевой бесконечности.

Стандартный ответ состоит в том, что ядерная сила подчиняется потенциалу Юкавы. В ( р )   знак равно   − е − а р / р который падает с очень коротким диапазоном. Заряд, сброшенный на черную дыру, будет иметь дальнодействующее электрическое поле, соединяющее горизонт с конформной бесконечностью. Электрический заряд распределяется по горизонту и остается видимым. Сила типа Юкавы, которая быстро падает, таким образом не проявляется.

Существует голографическое содержание квантовых полей или струн, падающих на черную дыру. Барионное число, да и вообще все квантовые числа, сохраняются на растянутом горизонте. Они аннигилируют в далеком будущем, поскольку им на смену приходят моды излучения Хокинга. Однако это излучение Хокинга — всего лишь некая «перекодировка» квантовой информации. Без основной системы расшифровки то, что появляется, кажется шумом. Тем не менее, если квантовая информация сохраняется, то барионное число или, что более важно, типы семейств кварков и цветовые заряды просто преобразуются в какую-то другую форму квантовой информации.

Интересно. Интересно, что произойдет, если вы бросите что-то вроде одного кварка в черную дыру, чтобы ваш цвет не был нейтральным?
Если вы наблюдаете, как барион приближается к черной дыре, система задерживается или застывает над горизонтом событий. Затем в ТВО есть поля X, которые превращают кварк в лептон. Наблюдая за тем, как барион приближается к черной дыре, и если можно наблюдать сильное красное смещение (ИК) частоты, это равносильно наблюдению разрушения бариона. Соответствие между AdS и CFT, а AdS имеет соответствие с полями на его границе и горизонте черной дыры, то там выполняется эквивалентность между распадом протона ТВО и барионным нарушением в черных дырах.
Теорема об отсутствии волос для черных дыр и барионное число
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v