Являются ли электроны просто не полностью испарившимися черными дырами?

Представьте себе черную дыру, которая быстро приближается к своему последнему экспоненциальному броску испарения Хокинга.

Предположительно, во всех точках этого конечного процесса останется область, которая идентифицируемо остается «черной дырой» до самого конца, в отличие от огромного роя элементарных частиц, излучаемых из нее.

Поскольку масса черной дыры уменьшается до массы отдельных частиц, кажется вполне возможным, что самое последнее событие фермионного излучения Хокинга, доступное для почти умершей черной дыры, может оставить ее с несбалансированным зарядом, например -1, и несбалансированным зарядом. крутить, скажем, 1/2. Конечно, у него также должна быть какая-то масса, но этот аспект конечного остатка можно точно настроить на любое конкретное значение с помощью излучения фотонов произвольной частоты.

После урезания массы фотонного излучения образовавшийся остаток черной дыры достигнет точки, в которой он больше не сможет испаряться в какую-либо из известных частиц, потому что для него больше нет возможности с меньшей массой для удаления заряда -1 и 1. /2 спин. Остаток черной дыры в этот момент застрянет, так сказать, застрянет с точным зарядом, спином и массой электрона.

Итак, мой вопрос: это электрон?

И если это так, то по эквивалентности является ли каждый электрон во Вселенной просто особым типом черной дыры, которая не может больше испаряться из-за ограничений сохранения заряда и спина?

И если да, то почему заряд и вращение так уникально сочетаются в таких остатках черных дыр, так что, например, остаток заряда -1 и нулевого вращения не разрешен, по крайней мере, обычно, а масса принудительно устанавливается на очень специфический связанный уровень. ? Есть ли что-нибудь в нынешнем понимании общей теории относительности, что могло бы объяснить такой любопытный набор ограничений на испарение?

Полное обобщение этой идеи, конечно, состоит в том, что все формы испарения черных дыр в конечном счете ограничены способами, которые в точности соответствуют Стандартной модели, а свободные фундаментальные частицы, такие как электроны, являются единственными стабильными конечными состояниями процесса испарения. Протон был бы захватывающим примером испарения, которое остается незавершенным в более глубоком смысле, когда три кварка остаются неспособными к изолированному существованию в пространстве-времени. С этой точки зрения сильное взаимодействие в каком-то странном смысле должно быть любопытным несбалансированным остатком тех же более глубоких ограничений на общий процесс гравитационного испарения.

Все это тоже может быть тавтологией! То есть, поскольку излучение Хокинга управляется возможными частицами, ограничения, которые я только что упомянул, могут быть встроенными и, таким образом, совершенно тривиальными по своей природе.

Однако что-то более глубокое в том, как они работают вместе, может показаться... по крайней мере, правдоподобным? Если электрон представляет собой несбалансированную черную дыру, то испускаемые частицы также будут черными дырами, и общий процесс будет заключаться не только в испускании частиц, но и в том, как черные дыры расщепляются при малых массах. Подозреваю, что расщепление с ограничениями, налагаемыми самой структурой пространства-времени, было бы совершенно другим взглядом на испарение черной дыры.

(последнее примечание: это всего лишь мимолетная мысль, которую я обдумывал время от времени на протяжении многих лет. Задать этот вопрос меня натолкнуло это интригующее упоминание концепции геона Уилера Беном Кроуэллом . Я должен добавить, что я очень сильно сомневаюсь, что моя дикие спекуляции выше имеют какое-то отношение к концепции геонов Уиллера.)

Я думаю, здесь несоответствие: «Предположительно, во всех точках этого конечного процесса останется область, которая идентифицируемо остается «черной дырой» до самого конца, в отличие от огромного роя элементарных частиц, которые излучаются наружу. от него." Она перестанет быть черной дырой задолго до того, как ее масса достигнет массы электрона. centaurihome.net/swartz.php . Вырождающаяся черная дыра больше не сможет улавливать свет и определять горизонт событий. Это будет нейтронная звезда или что-то в этом роде.
Я когда-нибудь упоминал, что многие из ваших заголовков вопросов заставляют меня съеживаться и тянуться к кнопке закрытия, думая, что они сигнализируют о еще одном чудаке? Клянусь, ты делаешь это со мной чаще, чем нет.
вас может заинтересовать эта статья: cds.cern.ch/record/1314757/files/plb.697.434.pdf . крошечные черные дыры все еще несут много энергии при своем распаде/испарении
Спасибо всем за ваши комментарии - я думаю, что dmckee понравился больше всего! Чтобы уточнить: в моей повседневной работе мы пытаемся анализировать разум достаточно хорошо, чтобы воспроизвести его. Мало что может быть более загадочным в погоне за сознанием, чем то, как человеческий разум иногда... перескакивает ... с одной известной точки зрения на совершенно другую. В дисциплинированном разуме проверки качества быстро устраняют 99% или более таких скачков. Но без готовности к таким скачкам разум быстро превращается в «быстрое, но глупое» механическое поведение. К настоящей кулинарии приводит отсутствие проверок, а не отсутствие исследований.
@annav: Она перестанет быть черной дырой задолго до того, как ее масса достигнет массы электрона. Это не стандартный прогноз. У вас есть источник этого утверждения? Конечно, возникает неопределенность, когда мы опускаемся ниже планковской массы, которая выше массы электрона. Вырождающаяся черная дыра больше не сможет улавливать свет и определять горизонт событий. Это будет нейтронная звезда или что-то в этом роде. Нет, это совершенно неправильно.
@BenCrowell ссылку, которую я дал выше, о мини-черных дырах из больших дополнительных измерений. Никто не вычислял электроны, но струи частиц производились термодинамически.
Как это может быть совершенно неправильно, если массы недостаточно для улавливания света? это больше не черная дыра?
@annav: Как это может быть совершенно неправильно, если массы недостаточно, чтобы уловить свет? это больше не черная дыра? Черная дыра может иметь любую массу. Радиус горизонта событий связан с массой.
@BenCrowell, можете ли вы дать ссылку на это утверждение. Поиск, который я сделал, привел меня к цитате Хокина из Википедии: «Его расчеты показывают, что чем меньше размер черной дыры, тем выше скорость испарения, что приводит к внезапному взрыву частиц, когда микрочерная дыра внезапно взрывается». что согласуется с моделями в статье, на которую я ссылался выше.
@annav: Ваша цитата не противоречит моему утверждению и не поддерживает ваше. Взгляните на любой источник, который описывает радиус Шварцшильда и выводит его связь с массой, например, статью WP о черных дырах. Просмотрите логику, и вы увидите, что в выводе нет ничего, что налагало бы нижний предел ни на то, ни на другое. Возможно, вас смущает тот факт, что существует верхний предел размера нейтронных звезд. Этот верхний предел подразумевает ограничение начального размера черной дыры, которая образуется в результате коллапса звезды. Это не предел того, насколько маленьким он может стать во время излучения Хокинга.
@BenCrowell Я нашел этот ответ, который поддерживает ваше утверждение о том, что черная дыра остается черной дырой, пока в конце не произойдет взрыв, потому что «она излучает энергию все быстрее и быстрее» , thenakedscientists.com/HTML/questions/question/3183
Ничего себе, три недели о... Анна, Бен, я действительно ценю приведенный выше диалог. Увы, однако, я думаю, что прочитав все, я остался примерно там, где я был раньше, особенно это последнее упоминание Анны. На самом деле это тот же вопрос, который у меня был ранее: во время окончательного взрыва испарения маленькой черной дыры, когда и где именно черная дыра перестает существовать? Я бы подумал, что это должен быть вопрос, на который есть очень точный ответ, и, может быть, я просто пропустил его?... но я все еще не вижу его, извините.

Ответы (3)

Да и нет.

Электроны и все другие элементарные частицы можно рассматривать как микросостояния очень крошечных черных дыр. Когда мы рассматриваем все более тяжелые элементарные частицы (например, в спектре Хагедорна в теории струн), они все больше превращаются в микросостояния черных дыр. Когда массы элементарных частиц значительно превышают масштаб Планка, большинство элементарных частиц выглядят как типичные микросостояния черных дыр.

Таким образом, квантовая гравитация, как мы ее понимаем сегодня, подразумевает постепенный переход от элементарных частиц к черным дырам.

Однако, если элементарные частицы — микросостояния очень легких черных дыр — (намного) легче масштаба Планка, описание этих «черных дыр» с помощью самых наивных уравнений общей теории относительности (уравнения Эйнштейна) становится в высшей степени неточным. Поправки, такие как (степени тензоров кривизны) р н уравнениям движения, а также различным правилам квантования и другим искажениям квантовой механики, восстанавливают свою важность — ими можно пренебречь только в пределе очень больших размеров.

Следовательно, большинство предсказаний, сделанных классической ОТО, серьезно неточны или совершенно неверны для элементарных частиц, если их рассматривать как черные дыры. Например, отношение заряда к массе электрона (или других известных заряженных частиц) значительно превышает верхний предел, определяющий «экстремальные» черные дыры в ОТО. Такие черные дыры не допускались бы классически, но этот режим весьма неклассичен, поэтому эти объекты с известными свойствами существуют.

На самом деле необходимо, чтобы заряженные элементарные частицы вели себя как «не разрешенные» перезаряженные сверхэкстремальные черные дыры. Это необходимо для полного испарения обычных больших заряженных черных дыр, что необходимо по другим причинам. Все эти утверждения эквивалентны так называемой гипотезе слабой гравитации.

http://arxiv.org/abs/hep-th/0601001

Классически вращающаяся заряженная черная дыра имеет ограничения на свой угловой момент и заряд по отношению к своей массе. В противном случае горизонта событий нет, и мы имеем голую сингулярность, а не черную дыру. Электрон нарушает оба этих ограничения, поэтому электроны определенно не могут быть черными дырами.

Мы могли бы спросить, не являются ли электроны голыми сингулярностями. Однако мы не наблюдаем, чтобы электроны обладали свойствами, предсказанными для этих голых сингулярностей. Например, голые сингулярности имели бы замкнутые времяподобные кривые в окружающем их пространстве-времени, что нарушило бы причинность, но нет никаких доказательств того, что электроны вызывают нарушение причинности.

Отдельный вопрос заключается в том, что в сценарии, где изначально это были черные дыры (предположительно первичные), я также не думаю, что они могут эволюционировать в голые сингулярности. Это нарушило бы то, что кажется довольно надежной поддержкой космической цензуры. Но я полагаю, вместо этого вы могли бы просто постулировать, что существовали изначальные обнаженные сингулярности.

Бен Кроуэлл, хорошие моменты, спасибо. Но мне кажется, что я что-то здесь упускаю: где « странность» черной дыры (или сингулярности) проявляется в событии испарения? Это вообще известно? Насколько я понимаю, Полчински и др . недавно подняли некоторые интересные вопросы, касающиеся противоречий между несколькими, казалось бы, разумными предположениями об аннигиляции дырок. Мне нравится такт Анны Ви, то есть то, что дыра распадается, не достигнув масштаба одной частицы, но даже это кажется неудовлетворительным с точки зрения того, где заканчивается «странность».
@TerryBollinger: Вы просто используете «странность» как синоним «необычности»? Сингулярность исчезнет, ​​когда испарение черной дыры завершится, или, по крайней мере, таково общепринятое мнение. Статья Полчински выглядит так, как будто речь идет о брандмауэрах — какое это имеет значение здесь? Я не думаю, что описание Анны v правильное. Черная дыра определенно не эволюционирует в нейтронную звезду, как она предположила.
Бен, когда вы сказали: «Например, голые сингулярности имели бы замкнутые времяподобные кривые в окружающем их пространстве-времени... но нет никаких доказательств того, что электроны вызывают нарушение причинно-следственной связи»... это заставило меня задуматься о квантовых формах временных петель. Интеграл КЭД всех возможных историй электрона включает в себя форму нарушения причинности, поскольку, например, он может содержать временные петли. Достаточно ли похожи математические модели для ОТО-индуцированных сингулярностью временных петель и КЭД-интегралов возможных историй, чтобы их можно было представить как часть единой структуры? Этакий "интеграл особенностей"?
@TerryBollinger: Моя теория поля не так сильна, поэтому я, вероятно, не лучший человек, чтобы спрашивать.
Бен, спасибо, это просто интригующее и неожиданное сходство между QED и GR, которое никогда не приходило мне в голову, пока вы не сделали этот комментарий. Есть ли хорошие взаимные эксперты по этим двум областям в обмене стеками? Должен признать, хотя и весьма надуманная, мысль о том, что квантовая неопределенность каким-то образом может быть связана с сингулярными временными петлями, размывающими локальную реальность, восхитительно забавна... :) Может быть, я рискну задать актуальный вопрос, и, возможно, Заслуженно поджарьтесь за это... :(
Бен Кроуэлл, мне очень жаль это делать, но в погоне за общей точностью для других читателей, читающих эти ответы, я чувствую, что мне нужно изменить принятый ответ на новый от @LubošMotl, который одновременно увлекателен и глубоко актуален для вопрос. Ваш все еще очень хорош и остался бы «тот самый» ответ без нового.

Черная дыра не может эволюционировать в электрон. Чтобы правильно описать электрон, вам нужны два спинора, связанных для электрона Дирака, где константа связи — это масса электрона.

При этом и черную дыру, и нейтрон можно описать как несвязанные спиноры.

Добро пожаловать в физику.SE! Черная дыра может (учитывая то, что, как мы думаем, мы знаем об излучении Хокинга) превратиться практически в любую комбинацию частиц, при условии сохранения только полной массы-энергии, заряда и углового момента. Считается, что все другие законы сохранения физики (например, закон сохранения лептонного числа) при испарении черной дыры нарушаются. Об этом есть хорошее обсуждение у Вальда на с. 413. Хотя об излучении Хокинга обычно небрежно говорят, что оно состоит исключительно из фотонов, на самом деле оно содержит все возможные типы частиц.
Являются ли электроны просто не полностью испарившимися черными дырами?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v