Existe uma explicação melhor para a radiação Hawking?

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Estou escrevendo um artigo sobre a radiação Hawking e acho que tenho um problema. A explicação "dada" que eu acho na Wikipedia e em outros lugares é insatisfatória:

"A percepção física do processo pode ser obtida imaginando que a radiação partícula-antipartícula é emitida logo após o horizonte de eventos. Essa radiação não vem diretamente do próprio buraco negro, mas é o resultado de partículas virtuais serem" impulsionadas "por a gravitação do buraco negro tornando-se partículas reais [10] .Como o par partícula-antipartícula foi produzido pela energia gravitacional do buraco negro, a fuga de uma das partículas reduz a massa do buraco negro [11].. Uma visão alternativa do processo é que as flutuações do vácuo fazem com que um par partícula-antipartícula apareça próximo ao horizonte de eventos de um buraco negro. Um dos pares cai no buraco negro enquanto o outro escapa. Para preservar a energia total, a partícula que caiu no buraco negro deve ter tido uma energia negativa ... "

Baseia-se em partículas virtuais e partículas de energia negativa. No entanto, flutuações de vácuo não são a mesma coisa que partículas virtuais, que existem apenas na matemática do modelo , e sabemos de partículas de energia negativa. Então, eu estou procurando uma explicação melhor. O artigo da Wikpedia também diz o seguinte:

"Em outro modelo, o processo é um efeito de tunelamento quântico, pelo qual os pares partícula-antipartícula se formarão a partir do vácuo, e um fará um túnel fora do horizonte de eventos [10] ".

Entretanto, isso sugere que a produção de pares está ocorrendo dentro do horizonte de eventos, o que parece desconsiderar a dilatação infinita do tempo gravitacional, e que um deles a) aparece fora do horizonte de eventos eb) escapa como radiação Hawking quando a produção de pares normalmente envolve a criação de um elétron e um pósitron. Novamente, é insatisfatório. Então:

Existe uma explicação melhor para a radiação Hawking?

John Duffield
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A partícula caindo não requer energia negativa. Tudo o que importa é que alguns fótons escapem ao infinito, o que significa que parte da energia que foi "emprestada" do campo gravitacional é perdida (na forma desses fótons). Portanto, o campo gravitacional enfraquece, o que reduz a massa / energia aparente. Mas "aparente" é exatamente o que vemos como observadores distantes. O que acontece dentro do horizonte de eventos é ... na faixa de conjetural a nada. Dito isto, eu não acho que há uma opinião da maioria sobre como surge a radiação, ou se ele existe mesmo ...
zibadawa timmy
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Você pode encontrar mais informações sobre a Física SE, dada a natureza bastante esotérica deste material.
StephenG
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Notou Stephen. @zibadawa timmy: mas como você "empresta" energia de um campo gravitacional? E se você o fizer, como a energia vaza do horizonte de eventos para mais do mesmo até você acabar sem um buraco negro?
precisa
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John, pelas suas perguntas, parece que você não entende os conceitos de energia potencial ou energia armazenada nos campos (gravitacional, elétrica, etc.). Eu começaria lendo sobre esses conceitos.
Carl Witthoft 22/03
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1. Todas essas explicações verbais são apenas metáforas. O negócio real é fazer os cálculos de Hawking - essa é a explicação real. 2. Aqui está outra metáfora: O buraco negro nada mais é do que uma tremenda curvatura do tempo-espaço ligada a si mesma - e o nome que temos para a curvatura do tempo-espaço é "gravidade". O buraco negro não passa de gravidade, intenso o suficiente para persistir. Os pares p / anti-p são criados da mesma maneira que qualquer campo extremamente intenso pode gerar partículas: quando você tem muita energia, as partículas podem sair dele. Por exemplo, radiação eletromagnética também poderia fazê-lo.
Florin Andrei

Respostas:

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Andy Gould propôs uma derivação clássica da radiação Hawking em um artigo um tanto obscuro de 1987 . O argumento essencial é que um buraco negro deve ter uma entropia finita e diferente de zero (caso contrário, você pode violar a segunda lei da termodinâmica com um buraco negro). Além disso, a entropia do buraco negro deve depender apenas de sua área (caso contrário, você pode alterar a área de um buraco negro através do processo Penrose e diminuir sua entropia e fazer uma máquina de movimento perpétuo). Se um buraco negro tem uma entropia e uma massa, então ele tem uma temperatura. Se tiver uma temperatura, deve irradiar termicamente (caso contrário, você poderá violar novamente a segunda lei da termodinâmica).

Claro, se você olhar para a temperatura da radiação Hawking, há uma constante de Planck lá, então ele precisa saber algo sobre mecânica quântica, certo? Mas acontece que, na verdade, é a termodinâmica em geral que conhece a mecânica quântica, não a relatividade geral - a constante de Planck é necessária apenas para manter as entropias finitas (e, portanto, as temperaturas são nulas). Isso vale para buracos negros e corpos negros.

J. O'Brien Antognini
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[8]BH
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Você não abaixa a caixa exatamente até o horizonte de eventos, apenas próximo ao horizonte de eventos. Portanto, há dilatação do tempo, mas não é infinita e a radiação pode ser trocada.
J. O'Brien Antognini 23/03
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Estou faltando alguma coisa aqui. Se você abaixar a caixa gedanken para algum lugar próximo ao horizonte de eventos, troque a radiação com o buraco; quando você puxa a caixa para cima, não há radiação nela. Supondo que o buraco negro tenha engolido a radiação (ou pelo menos parte dela), a massa do buraco negro aumenta. Vou ver se consigo encontrar outra explicação para o cenário de Geroch.
precisa
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Encontrei isso , consulte a página 2, mas está errado. Quando você abaixa a caixa e trabalha, no horizonte de eventos, a caixa tem metade da energia com a qual começou. E ai, eu também encontrei isso: arxiv.org/abs/physics/0501056 .
precisa
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Eu não confiaria no artigo de Arxiv que você vinculou - tem cerca de 12 anos, mas nunca foi publicado em uma revista revisada por pares e não tem citações. Parece estranho para mim. E na primeira referência (mais confiável), não tenho certeza de onde você está conseguindo que a caixa tenha metade da energia que começou.
J. O'Brien Antognini 23/03
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Há uma boa explicação nesta página da web . Uma passagem chave é esta:

no espaço-tempo curvo, não existem esses "melhores" sistemas de coordenadas, os inerciais. Assim, mesmo diferentes escolhas razoáveis ​​de coordenadas podem gerar desacordos sobre partículas versus antipartículas, ou sobre o que é o vácuo. Essas discordâncias não significam que "tudo é relativo", porque existem boas fórmulas para traduzir entre as descrições em diferentes sistemas de coordenadas. Essas são transformações de Bogoliubov.

Em particular, ele continua dizendo

por um lado, podemos dividir as soluções das equações de Maxwell em frequência positiva da maneira mais óbvia possível de que alguém longe do buraco negro e no futuro o faria ...

e, por outro lado, podemos dividir as soluções das equações de Maxwell em frequência positiva da maneira mais óbvia que alguém distante, no passado, antes que o colapso de um buraco negro acontecesse o faria.

Assim, o que o observador no passado distante pensava ser espaço genuinamente vazio, sem partículas ou antipartículas (não virtuais), um observador no futuro distante poderia ver como espaço com perfeitamente boas partículas (e antipartículas) nele. Essas partículas são radiação Hawking.

Steve Linton
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