¿Cómo entender la interpretación de Hawking de la cuantización del campo?

En el artículo de Hawking "Creación de partículas por agujeros negros", dice lo siguiente:

El operador ϕ se puede expresar como

ϕ = i F i a i + F ¯ i a i .

Las soluciones { F i } de la ecuación de onda F i ; a b gramo a b = 0 se puede elegir de modo que en pasado infinito nulo I forman una familia completa que satisface la condición de ortonormalidad (1.2) donde la superficie S es I y para que contengan solo frecuencias positivas con respecto al parámetro afín canónico en I . los operadores a i y a i tienen la interpretación natural como operadores de aniquilación y creación para partículas entrantes, es decir, para partículas en el infinito pasado nulo I .

Ahora es muy probable que me esté perdiendo algo extremadamente básico aquí. Pero, ¿por qué los coeficientes de los modos que son de frecuencia positiva con respecto al parámetro afín canónico en I pueden interpretarse como operadores de creación y aniquilación de partículas en I ?

Sé que el punto básico de QFT es de hecho: (1) elegir un conjunto de modos que estén completos en el producto interno de KG y la frecuencia positiva/negativa con respecto a algún campo vectorial Killing similar al tiempo y (2) expandir el campo en estos modos, tras la cuantificación, los coeficientes se convierten en operadores de creación y aniquilación en un espacio de Fock dando una interpretación de "partícula".

Pero aquí todavía. Aquí tenemos algunos problemas:

  1. Los modos no son una frecuencia positiva con respecto a un campo Killing similar al tiempo, sino con respecto a un parámetro que en realidad es una coordenada nula. En ese caso, ¿cómo se justifica que los coeficientes se conviertan en operadores de creación y aniquilación al cuantificar?

  2. Aún así, no puedo ver por qué podemos interpretar los operadores de creación y aniquilación resultantes como la creación y aniquilación de partículas en I ? porque en I ? ¿Cómo justificamos esto?

Respuestas (1)

Todo lo que es un poco tosco y existen puntos de vista modernos sobre este tema (ver, por ejemplo, nuestro libro https://www.springer.com/it/book/9783319643427 para un libro reciente también sobre estas ideas, hay una versión gratuita del libro en los archivos).

Sin embargo, supongo que estás considerando un espacio-tiempo que contiene un agujero negro. Cerca del infinito nulo pasado, se supone que el espacio-tiempo es similar al espacio-tiempo de Minkowski (el agujero negro se forma más tarde). Es posible fijar el parámetro nulo en esa superficie nula de manera que coincida con (extienda) el tiempo de muerte estándar en el espacio-tiempo considerado lejos del horizonte de eventos. En esta imagen, eso no es más que el tiempo de Minkowski. En realidad, hay una transformación conforme involucrada en el procedimiento que es singular en el infinito nulo y todo va bien si se trata de partículas sin masa (ver el libro citado). Por lo tanto, puede suponer que se ocupa del procedimiento de cuantificación estándar en el espacio-tiempo de Minkowski tan pronto como se mantenga cerca del infinito pasado nulo.

En realidad, estos modos no pueden estar completos y se debe agregar información sobre el horizonte de eventos pasado, por ejemplo. Esta ruta conduce en particular al llamado estado Unruh (son el libro citado).