Я только что прочитал следующую цитату со страницы Википедии об излучении Хокинга ...
Чтобы сохранить полную энергию, частица, упавшая в черную дыру, должна была иметь отрицательную энергию (по отношению к наблюдателю, находящемуся далеко от черной дыры).
Насколько я понимаю, это основано на законе сохранения энергии.
Например, наблюдатель, находящийся снаружи черной дыры, заметит небольшую область вблизи горизонта событий, изначально имеющую нулевую полную энергию, затем внутри этой области появляются виртуальные частицы (или флуктуации вакуума) (что допускается принципом неопределенности), затем сила гравитации втягивает одну виртуальную частицу в черную дыру, а другая ускользает. Теперь наблюдатель замечает, что частица вылетает из небольшой области, за которой он следит, и что она имеет положительную энергию, и заключает, что частица, упавшая в черную дыру, должна была иметь отрицательную энергию (отрицательную массу), чтобы уравновесить положительную.
Из этого делается вывод, что отрицательная энергия аннигилирует/отменяет положительную энергию внутри черной дыры, и с помощью этого механизма черные дыры могут испаряться или терять массу.
Я предполагаю, что частица и античастица (например, с положительным и отрицательным зарядом) отличаются от энергии и отрицательной энергии, и что вероятность того, что античастица вырвется из черной дыры, столь же вероятна, как и частица (поскольку на обе они воздействуют гравитация одинаково).
Итак, мои вопросы:
Правильно ли мое резюме выше?
Есть ли эмпирические доказательства отрицательной энергии (отрицательной массы)?
Кажется, существует очень большое (и недоказанное ИМО) предположение, что энергия не поступала в наблюдаемую небольшую область. Так...
Возможно ли, что виртуальные частицы создаются чем-то, пришедшим в область извне и столкнувшимся, например, нейтрино, темной материей или какой-либо другой беззарядной частицей?
Если мы не можем исключить внешние источники энергии для виртуальных частиц, то, с помощью бритвы Оккама, не должны ли мы принять это как самое простое объяснение и сказать, что отрицательной энергии не существует и черные дыры не испаряются?
По-видимому, основная путаница здесь заключается в понятии частицы. Итак, чтобы упростить ситуацию, сначала рассмотрим плоское пространство-время, которого достаточно для обсуждения большинства вопросов здесь.
Ускоряющийся наблюдатель в плоском пространстве-времени увидит горизонт событий конечной температуры, испускающий частицы. Это называется излучением Унру .
Это чисто зависящий от системы координат эффект. Сам «количество» частиц зависит от системы координат. Инерционный наблюдатель не увидит этого конечного температурного горизонта, а разные ускоряющиеся наблюдатели увидят разные температуры.
Человек, свободно падающий в черную дыру, не заметит ничего странного при прохождении «ровного горизонта». Он не увидит разделения пар частица/античастица, как вы описываете. Ускоряющийся наблюдатель, пытающийся поддерживать небольшое фиксированное расстояние над горизонтом событий черной дыры, увидит нечто аналогичное тому, что видит наблюдатель Унру с таким же собственным ускорением.
Взаимодействие между ЧД и парой частица-античастица таково, что частица с отрицательной энергией упадет в ЧД.
Теперь пара частица-античастица находится в суперпозиции, они неразличимы.
Очень важно понимать, что пара частица-античастица — это не то же самое, что частица с отрицательной и нормальной энергией.
Частицы и античастицы имеют нормальную энергию. Ни у кого из них нет отрицательной энергии.
Это флуктуация вакуума, создающая (виртуальную) пару частица-античастица, но за пределами горизонта событий. Одна из частиц попадает в ЧД, а другая нет.
Из-за сохранения энергии тот, кто попадает внутрь, должен иметь отрицательную энергию. Для далекого наблюдателя ЧД кажется испустившей частицу (и потерявшей энергию).
Поскольку, согласно СМ, мы никогда экспериментально не видели частицы с отрицательной энергией, когда мы наблюдаем ЧД, вылетающая частица не может быть отрицательной.
Квантовая пластина
Синай Симсон