Fluctuación de vacío y energía negativa.

Estaba leyendo esta publicación Agujeros negros y partículas de energía positiva/negativa porque me preguntaba cómo funciona la radiación de Hawking y por qué siempre la antipartícula cae en un agujero negro, lo cual está muy bien explicado allí.

Sin embargo, siento que tengo un problema de comprensión de lo que realmente es la fluctuación del vacío. ¿Es un par de partículas-antipartículas, por ejemplo, electrón y positrón (como supuse...) o partículas de masa positiva-negativa? Si esto último es cierto, ¿cuál es entonces la partícula negativa, seguramente no un positrón...?

Materia/antimateria o materia/materia negativa no es lo mismo y es importante para comprender la radiación de Hawking (como en la publicación mencionada anteriormente). Esto se debe a que las antipartículas como los positrones todavía tienen masa positiva, por lo que caer en el agujero negro solo haría crecer el agujero. (O en otras palabras: si produjéramos antimateria en aceleradores de partículas y la vertiéramos en un agujero negro, crecería, ¿correcto?)

Además, si las fluctuaciones del vacío consisten en masa (o energía) positiva y negativa, la aniquilación produciría energía cero, mientras que pensé que la explicación de las fluctuaciones del vacío es algo de "energía de punto cero" restante en la mecánica cuántica ... por lo tanto asumí verdadera antimateria.

¿Qué es la materia negativa? La partícula que cae en el agujero negro tiene energía negativa: cae en el agujero negro, por lo que disminuye la energía/masa total del agujero negro. La partícula que sale del agujero negro tiene energía positiva.
@Prahar Mitra, Bueno, esa es exactamente mi pregunta: ¿Hay alguna diferencia entre la antimateria y la materia de energía negativa? Yo creo que sí, porque la aniquilación de una partícula con su antipartícula (como la que se produce en los aceleradores) produce mucha energía, cosa que no es posible si la antipartícula tuviera energía negativa.
La partícula que ingresa al agujero negro debe tener energía negativa, pero podría ser una partícula de materia o una partícula de antimateria. No hay correlación entre los dos. La aniquilación de dos partículas de materia y antimateria con ambas energías positivas produce mucha energía, pero si una de ellas tiene energía negativa, entonces no.
Tenga en cuenta que es crucial que estemos en un fondo BH y en una región cerca del horizonte de un agujero negro. En el espacio-tiempo plano, las partículas no pueden tener energía negativa, por lo que el proceso de aniquilación siempre produce grandes cantidades de energía. Sin embargo, existe una región fuera del horizonte de un agujero negro conocida como ergosfera donde las partículas pueden tener energía negativa. Las partículas de energía negativa quedan confinadas para siempre dentro de la ergosfera y finalmente caen en el agujero negro, mientras que las partículas de energía positiva pueden escapar de la ergosfera a un observador lejano donde se observaría como radiación de Hawking.
@Prahar Mitra, ¡eso es interesante! Entonces, ¿la energía negativa no está asociada con una masa negativa (debido a E = m * c ^ 2)?
mi 2 = metro 2 C 4 + pag 2 C 2 se mantiene en SR (en el espacio-tiempo plano). En GR, la energía es un concepto muy engañoso. En muchos casos, la energía ni siquiera es una cantidad que existe. Incluso cuando existe como una cantidad conservada, es un concepto engañoso y hay que tener mucho cuidado con quién mide la energía. Por ejemplo, cuando dije que la energía es -ve, quise decir que es -ve medida por un observador lejano (en un marco inercial). Los observadores que caigan en el agujero negro medirán la energía positiva.
Además, la masa negativa no existe. Nada tiene masa negativa, NUNCA. Ni en SR, ni en QFT, ni en GR.
@safesphere Entonces, cuando se define arbitrariamente la energía potencial a cero en el infinito, ambos socios tienen energía negativa cuando se crean, pero el socio que escapa al infinito tiene al final una energía potencial de cero, mientras que la energía potencial del otro incluso disminuye al caer en el agujero?
@safesphere: ¿qué significa que el negro gasta energía para producir un par partícula-antipartícula? Pensé que es un efecto estocástico que sucede en todas partes siempre...?
@safesphere: Entonces esta separación es el trabajo (energía) que gasta y pierde el agujero negro, ¿verdad? Todos los años estuve engañado por personas que decían que una antipartícula de energía negativa cae en el agujero, pensando que hay algunas propiedades especiales como la energía negativa o la masa de la partícula que cae responsable de que el agujero negro se encoja...
@safesphere: ¡Genial! Pero, ¿qué pasa si una nave estelar se acerca a un agujero negro y es desgarrada por las fuerzas de las mareas, de modo que la mitad de la nave es lanzada al espacio libre mientras que la otra mitad cae en el agujero? El agujero no se encogería entonces. ¿Puede esto explicarse también por la energía potencial?

Respuestas (1)

Sin embargo, siento que tengo un problema de comprensión de lo que realmente es la fluctuación del vacío.

Se trata de bucles hipotéticos o pares partícula-antipartícula. Hipotético porque si no hay una partícula real con un cuatro vector de la que el bucle pueda obtener algo de energía, no hay forma de detectarlo. Los bucles de partículas-antipartículas están en diagramas de Feynman de orden superior y se utilizan para obtener mejores cálculos para observables como secciones transversales y desintegraciones.

bucles de vacío

Sin embargo, siento que tengo un problema de comprensión de lo que realmente es la fluctuación del vacío. ¿Es un par de partículas-antipartículas, por ejemplo, electrón y positrón (como supuse...) o partículas de masa positiva-negativa? Si esto último es cierto, ¿cuál es entonces la partícula negativa, seguramente no un positrón...?

La masa invariante de partículas elementales que pueden estar en pares partícula antipartícula es siempre mayor que cero, neutrinos, electrón-positrón, quark-antiquark....

Esto se debe a que las antipartículas como los positrones todavía tienen una masa positiva, por lo que caer en el agujero negro solo haría crecer el agujero.

No es verdad. El par de bucle hipotético de electrón-positrón toma su vector cuatro (energía/momento) de los campos del horizonte. Cuando el electrón es absorbido porque su impulso apuntaba hacia el agujero negro, el positrón escapa con su parte de energía/impulso (viceversa para el electrón del positrón) y, por lo tanto, el agujero negro pierde masa, no gana.

Si produjéramos antimateria en aceleradores de partículas y la vertiéramos en un agujero negro, crecería, ¿correcto?)

Esa antimateria no tendría ninguna conexión con el agujero negro, y al caer aumentaría la masa del agujero negro. La radiación de Hawking extrae energía/impulso del agujero negro, por eso se supone que los microagujeros negros del Big Bang ya se han evaporado.

¡Muchas gracias por la respuesta completa! Pero siempre pensé que la masa y la energía son lo mismo según E=m*c^2. Entonces, cuando la antipartícula tiene energía negativa... ¿entonces también debe tener una masa negativa?
La m en la fórmula es engañosa. No es la masa invariante sino la masa inercial de una partícula que se mueve a energías relativistas. el invariante y este m coinciden sólo cuando las partículas están en reposo. Lo negativo en la energía proviene del contenido de energía de equilibrio, es un componente de un cuatro vector, no un invariante. Consulte hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/Relativ/vec4.html
para concluir, las fluctuaciones del vacío producen pares partícula-antipartícula, por ejemplo, electrón-positrón, ambos con masa positiva (en nuestro significado cotidiano de lo que es masa, y de todos modos no hay masa negativa). Pero uno de ellos, al caer en un agujero negro, se comporta como si tuviera energía negativa, sin importar si es el electrón o el positrón. ¿Es eso correcto?
no energía negativa per se. Uno tiene que hacer la resta del vector combinado de cuatro impulsos del par, el vector de cuatro impulsos del que escapa para conocer los cuatro impulsos del absorbido.
@safesphere sí, la parte del bucle se ha hecho cargo en las ilustraciones de la parte mayoritariamente de fotones. Es un mecanismo similar a la radiación de cuerpo negro, una partícula cargada cae en el horizonte y se convierte en parte del agujero negro, pero existe la probabilidad de interactuar con otras cargas y campos y algunas de esas interacciones tienen la probabilidad de tener un fotón en un dirección que le permite escapar de la atracción inevitable del agujero negro, el vector cuatro del fotón escapado disminuye la masa del agujero negro.
Fluctuación de vacío y energía negativa.
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