Neutrinos atravesando un agujero negro

he leido esto:

https://en.wikipedia.org/wiki/Neutrino

La fuerza débil tiene un alcance muy corto, la gravedad es extremadamente débil en la escala subatómica y los neutrinos, como los leptones, no participan en la interacción fuerte. Por lo tanto, los neutrinos suelen pasar a través de la materia normal sin obstáculos ni detección.

Ahora sabemos que de los agujeros negros ni siquiera la luz puede escapar.

Y los neutrinos deberían tener masa en reposo. Pero los neutrinos no se ven afectados por la gravedad en la escala subatómica, porque la gravedad es muy débil en esa escala y los neutrinos interactúan muy débilmente.

La única razón por la que incluso la luz no puede escapar de un agujero negro es la gravedad (energía de estrés) que dobla el espacio-tiempo. Pero dado que los neutrinos no se ven afectados por él en la escala subatómica, los neutrinos deberían atravesar un agujero negro.

Pregunta:

  1. ¿Pasan los neutrinos a través de los agujeros negros como a través de la materia normal? ¿Ha habido algún experimento para medir si podemos detectar neutrinos que atravesaron agujeros negros?
¿Cómo pueden los neutrinos no ser "afectados" por el espacio-tiempo cuando el espacio-tiempo es dónde y cuándo existen?
La gravedad es débil en una escala subatómica en comparación con el electromagnetismo . Todavía es tan fuerte para los neutrinos como para cualquier otra cosa.
Esto es un poco como preguntar si una bala apuntada directamente a un agujero sin fondo saldrá alguna vez por el otro lado. No hay otro lado.
La declaración de Wikipedia es una simplificación que es cierta para situaciones "normales", es decir, las que se encuentran en la Tierra. La gravedad es débil en la mayoría de los lugares del universo, pero no en un agujero negro, ya sea que estés mirando o no a una escala subatómica. Entonces, los agujeros negros interactúan fuertemente con los neutrinos.

Respuestas (4)

No, tiene una comprensión incorrecta de la declaración de Wikipedia. Wikipedia dice solo "La gravedad es extremadamente débil" en una escala subatómica. No dice "los neutrinos no se ven afectados por la gravedad".

No pueden atravesar un agujero negro al igual que la luz no puede atravesar un agujero negro. Los fotones son incluso más ligeros (¡ninguna masa es tan ligera como puede serlo!) que los neutrinos, y los fotones ciertamente están en "escalas subatómicas" (¡son partículas fundamentales!) y, por lo tanto, si los fotones no pueden escapar de los agujeros negros, los neutrinos tampoco. (De hecho, nada puede, por eso son agujeros negros).

Para ser precisos: los agujeros negros no pueden evitar los túneles cuánticos, por lo que incluso los agujeros más grandes dejan escapar partículas y luz. Es extremadamente raro, pero aún posible. Véase también radiación de Hawking.
El significado dual de 'Luz' cuando se refiere a fotones realmente me confundió por unos segundos...
@bendl Los fotones son ligeros, todos lo saben;)

los neutrinos no se ven afectados por la gravedad en la escala subatómica

¿De dónde sacas esta idea? No es parte de la física convencional.

Una de las ideas principales detrás de la relatividad general es que la gravedad no es solo otra fuerza que lucha en el campo de la física; es la arena . Es decir, la gravedad es realmente solo la geometría del espacio-tiempo, y cualquier cosa (incluido un campo de neutrinos) en el espacio-tiempo está experimentando esa geometría.

Entonces no, la física estándar no predice que los neutrinos podrán escapar de un agujero negro. En cambio, la física estándar predice que todo lo que entre en el horizonte de un agujero negro no podrá salir del horizonte, incluidos los neutrinos. Nadie ha hecho un experimento que pueda probar esta teoría porque no tenemos muy buenos telescopios de neutrinos o muy buen acceso a los agujeros negros. Y es posible que la física estándar esté equivocada. Pero eso es todo lo que podemos decir por ahora.

EDITAR: En los comentarios a continuación, el OP señala la confusión subyacente que llevó a esta pregunta, que es el papel de los gravitones en la física de los agujeros negros. En primer lugar, los gravitones (como señala @probably_someone) no son realmente una parte de la física convencional. En particular, no sabemos cómo formular una teoría funcional completa de la gravedad utilizando la teoría cuántica de campos. Podemos cuantificar la gravedad linealizada , que es la razón básica por la que alguien realmente se molesta en hablar de gravitones, pero eso no se extiende a los sistemas gravitatorios no lineales. Y ese es el punto clave: los agujeros negros son muy no lineales (a menos que estés muy lejos).

Una consecuencia de esto es que no se puede modelar un agujero negro como una partícula que interactúa con otras partículas a través del intercambio de gravitones. Así no es como funciona nuestra actual teoría de la física. Hay una pregunta relacionada con una muy buena respuesta aquí , donde Jerry Schirmer señala que el gravitón es una excitación del campo gravitacional, y no el campo en sí mismo, pero es el campo el que crea un agujero negro, no sus excitaciones. Es posible que desee apelar a la teoría cuántica de campos en el espacio-tiempo curvo , pero incluso entonces, básicamente asume una curvatura de fondo para el espacio-tiempo. Y es esa curvatura de fondo la que afecta el movimiento del neutrino y lo atrapa dentro del horizonte.

gracias. Donde estoy confundido es si los gravitones causan la flexión del espacio-tiempo, o si no, ¿qué hacen los gravitones? Si la gravedad es solo la flexión del espacio-tiempo, y no como una interacción EM, donde los fotones están mediando, entonces ¿por qué necesitamos algo para mediar? ¿O los gravitones median en la flexión?
@ÁrpádSzendrei Los gravitones tampoco son realmente parte de la física convencional todavía.
@Arpad Puede hacer la misma pregunta sobre las ondas gravitacionales. Son la corriente principal en estos días.
@ÁrpádSzendrei He actualizado mi respuesta para completar algunos de los detalles aquí. El resultado es que no debes confiar en la idea de los gravitones, especialmente cuando se trata de agujeros negros.
@Mike, gracias. Entiendo que los gravitones son solo hipotéticos, pero me gustaría saber si, en la teoría, los gravitones median la flexión del espacio-tiempo o median algo más.
No es sólo que sean hipotéticos. Incluso en nuestra teoría actual, no pueden explicar los agujeros negros. Nuevamente, enfatizaría el punto de que son excitaciones del campo, pero el campo es más que simples excitaciones. Por lo tanto, podemos esperar que los gravitones medien las interacciones con el campo y, por lo tanto, tengan algún efecto en la flexión del espacio-tiempo, pero la flexión del espacio-tiempo no se explicaría únicamente por esas excitaciones.
La existencia de gravitones implicaría entonces que el principio de equivalencia de Einstein era incorrecto porque entonces podría distinguir la diferencia entre un objeto empujado por gravitones y un objeto es un marco inercial 'verdadero'.
@ChrisBecke Primero, sabemos que GR en sí mismo es "incorrecto" en el sentido de que debe haber algún cambio para que coincida con QM, por lo que no debería sorprender que el principio de equivalencia también deba cambiar. En segundo lugar, realmente depende de cómo se formule el principio de equivalencia. Si lo toma como la versión habitual de la ciencia popular de alguien en un ascensor cerrado que es "incapaz" de distinguir entre la aceleración inducida por gravitones o inducida por fotones, entonces seguro, probablemente estará equivocado. Si lo toma como igualdad de masa gravitatoria y masa inercial, no hay conflicto inherente.
Realmente disfruto los videos de conferencias de Leonard Susskind que se han publicado en YouTube. Mi conclusión de ellos, probablemente grotescamente equivocada en muchos sentidos, es que existe cierta relación entre el entrelazamiento cuántico y el espacio-tiempo curvo, en el sentido de que el entrelazamiento del espacio literalmente lo une, y cuánto de él hay. Lo que significa que el espacio-tiempo curvo de GR podría, a través de QM, ser una descripción literal de las partículas espaciales por las que tienen que moverse y no un truco matemático que solo describe un resultado estadístico de algún tipo de interacción de partículas de fuerza.
Lo que en realidad me parece una forma muy elegante de hacer que la masa gravitatoria y la inercial sean literalmente lo mismo. O al menos explicar por qué suelen tener un valor tan cercano y darnos un mecanismo para descoserlos.

El agujero negro devorará los neutrinos para el almuerzo y pensará "¡Mmm, qué bocadillo tan delicioso!" :)

En serio. Los neutrinos son solo pequeños fragmentos de materia masiva y, por lo tanto, serán consumidos por el agujero de la misma manera que cualquier otra materia. La falta de interactividad de los neutrinos es que no interactúan con la fuerza electromagnética y fuerte, lo que elimina la mayor parte de la interacción con la materia ordinaria porque estas dos fuerzas son muy fuertes y, por lo tanto, comprenden la mayor parte de lo que hace que la materia ordinaria sea altamente interactiva, mientras que las otras dos fuerzas, con las que interactúan los neutrinos , es decir, la fuerza débil y la gravedad, son mucho más débiles. Por lo tanto, las dos primeras fuerzas representan la gran mayoría de la interactividad de la materia ordinaria y, por lo tanto, las partículas que las ignoran tendrán una interactividad muy reducida. Pero en condiciones extremas, estas interacciones "débiles" puedenvolverse mucho más fuerte, y el agujero negro es un ejemplo de una condición extrema.

El hecho de que la gravedad sea débil en la escala subatómica significa que, en la escala subatómica, el efecto gravitacional entre dos partículas es débil en comparación con otros efectos. Cuando se trata de la gravedad, los agujeros negros son más o menos lo contrario de "escala subatómica" y "débil". Entonces, un sistema con un agujero negro y un neutrino ya no está en una escala subatómica.

También es cierto que las gravedades "normales", como las de la Tierra, son efectivamente débiles porque A) las partículas subatómicas están mucho más cerca unas de otras. Es por eso que los orbitales de electrones en los cristales estacionarios de la Tierra no se distorsionan notablemente por la gravedad de la Tierra; y B) Muchos se mueven mucho más rápido de lo que estamos acostumbrados. Los neutrinos apenas se ven afectados por la gravedad en las "lentes gravitacionales" y no orbitan la Tierra ni nada porque sus velocidades son demasiado altas. Los agujeros negros tienen suficiente gravedad para que la "lente gravitacional" pueda causar órbitas o evitar que las cosas escapen.
Neutrinos atravesando un agujero negro
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