Esta podría ser una pregunta "metafísica" sin contenido físico real y, si ese es el caso, me disculpo. En realidad, averiguar si es o no una pregunta de física real es una de las principales razones por las que publico esta pregunta.
Los agujeros negros extremos son los agujeros negros que tienen la masa más baja posible para un valor dado de carga. Si la masa fuera menor que el valor de extremalidad, entonces la singularidad habría sido una singularidad desnuda.
Ahora, hablando ingenuamente, la mecánica cuántica nos brinda una atractiva posibilidad de que un agujero negro evolucione hacia una singularidad desnuda mediante la pérdida de masa (mientras conserva la carga) a través de la radiación de Hawking. Pero, como sabemos, cuando se calcula, la radiación de Hawking deja de existir precisamente cuando el agujero negro se vuelve extremo, impidiendo que el agujero negro pierda más masa justo en la etapa en la que podría haber evolucionado hasta convertirse en una singularidad desnuda si fuera a radiar. incluso un poco. Todo esto parece extremadamente hermoso pero aún más extraño.
Lo que quiero preguntar es si hay algún razonamiento por el cual un físico teórico podría haber argumentado antes de calcular la expresión explícita para la temperatura de Hawking de que debe ser cero para los agujeros negros extremos. ¿O tenemos que aceptar esta situación como una feliz coincidencia?
Creo que es plausible que algunos puedan pensar que la conjetura de la censura podría ser considerada como la razón subyacente detrás de esta aparente coincidencia. Por lo tanto, me gustaría aclarar que creo que la conjetura de la censura no puede proporcionar tal razonamiento, ya que no tiene bases teóricas más profundas, sino que es solo una forma de ilusión. En palabras más concretas, la conjetura de la censura simplemente plantea algunas expectativas que deberían cumplir las consecuencias de todas las leyes fundamentales. No nos proporciona ninguna comprensión de la física subyacente. En el mejor de los casos, podría haber hecho que el físico teórico esperara que la temperatura de Hawking fuera mejor cero para los agujeros negros extremos. Pero no podría haber proporcionado una base rigurosa para predecir que debe ser cero en ausencia de una expresión explícita para la temperatura de Hawking.
PD
Creo que el hecho de que los agujeros negros extremos no radien debería considerarse como una fuerte evidencia circunstancial de la conjetura de la censura. Pero la forma inversa de pensar la conjetura de la censura como el razonamiento detrás de la temperatura cero en la extremalidad parece absurda.
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Tenga en cuenta que las singularidades desnudas no son un problema en sí mismas. Porque, en realidad, existe una teoría de la gravedad cuántica que funciona bien. Por lo tanto, no sería una inconsistencia interna de la teoría si existieran singularidades desnudas. Esperamos la censura porque de lo contrario, nuestros cálculos experimentalmente verificados sobre el mundo que hemos hecho sin tener en cuenta los efectos de algunas singularidades desnudas que acechan no tendrían razón para ser verificados en primer lugar. Hasta donde yo sé, esta es toda la lógica que tenemos detrás de la censura. Y es un tipo de razonamiento antrópico. No existe una forma perfectamente rigurosa de justificar mi uso de la palabra "coincidencia" para la situación descrita, pero las siguientes dos son las razones detrás de mi uso de la palabra "coincidencia":
Los agujeros negros cargados no existen realmente en el universo. Y por lo tanto, nuestra conjetura antrópica en realidad no debería estirarse para afirmar nada sobre ellos. Pero sorprendentemente funciona incluso si hacemos algo tan ingenuo.
Hablando ingenuamente, si esperamos que surja la censura, entonces también, la temperatura cero podría haber ocurrido en muchos otros lugares, incluida la extremalidad. Pero sucede precisamente en la extremalidad y en ningún otro lugar. Como si le importara específicamente la censura. Lo que quiero decir es que deberíamos pensar en algún principio básico de la física que requiera muy mal que se siga la censura.
En la práctica, la mayoría de las personas no se preocupan por el caso de que un agujero negro cargado se cargue tanto como para convertirse en una singularidad desnuda, sino por el hecho de que la materia que cae lo hará girar con tal velocidad que el horizonte "rota en el velocidad de la luz", y luego se convierte en una singularidad desnuda (un agujero negro extremo/sobreextremo) de esta manera.
Esto se debe a que en los agujeros negros astrofísicos, esperamos que la relación carga-masa sea cercana a cero, ciertamente absolutamente insignificante en cuanto a la relación carga-masa extrema. La masa que alimenta el agujero negro es casi siempre cuasi-neutral, y si se produce una sobrecarga, en realidad atrae más del signo opuesto y aleja el mismo signo de carga, por lo que pensar en agujeros negros extremadamente cargados parece ser más una ejercicio mental
Sin embargo, lo que ciertamente no es un ejercicio mental es el tema de la rotación. Los agujeros negros giratorios estacionarios aislados (sin carga) se describen únicamente mediante la métrica de Kerr , y vemos que si la relación entre el momento angular y la masa al cuadrado (más algunos factores físicos constantes) es mayor que 1, el agujero negro se convierte en una singularidad desnuda de la misma manera que ocurre con el agujero negro cargado. (El agujero negro es extremo cuando tenemos exactamente .)
Pero si ejecuta algunos números astrofísicos reales, verá que, por ejemplo, para la Vía Láctea, esta relación entre el momento angular y la masa al cuadrado es del orden . Los agujeros negros supermasivos en los centros galácticos obtuvieron la mayor parte de su masa exactamente de sus galaxias anfitrionas y esto nos haría suponer ingenuamente que la mayoría de los agujeros negros supermasivos deben ser singularidades desnudas.
Un análisis más sofisticado muestra que a pesar de que hay mucho momento angular en la galaxia, lo más probable es que los agujeros negros galácticos logren evitar la rotación excesiva y, a lo largo de la historia cósmica, alcancen una tasa de rotación de equilibrio un poco por debajo de la tasa crítica.
Esto se debe a que las partículas con gran momento angular no caen simplemente en un agujero negro. Técnicamente hablando, son ahuyentados por la barrera centrífuga, normalmente hablando, simplemente "pasan volando" y no son atraídos lo suficiente por el agujero negro. Piense en cualquier otro proceso que traería materia a un agujero negro y esta tendencia del momento angular a simplemente volar se aplicará allí también.
De hecho, si las partículas no perdieran el momento angular en un disco de acreción, un agujero negro sería un devorador de materia bastante decepcionante. En un disco de acreción, las partículas pierden lentamente el momento angular, descienden en espiral hacia el borde interior del disco de acreción y luego caen en el agujero negro con el momento angular que les quede. Pero lo curioso es que cuanto mayor es la rotación del agujero negro, menor es el momento angular de las partículas en el borde interior del disco de acreción. ¿Y adivina cuál es el momento angular de esta materia del borde interior a medida que te acercas a la rotación crítica? Sí, lo has adivinado, exactamente cero.
Este es un patrón notable que aparece por todas partes: el agujero negro lucha con una resiliencia cada vez más fuerte contra los intentos de su entorno de convertirlo en un agujero negro extremo. Algunos de estos argumentos llevaron a Kip Thorne a estimar en 1974 que un agujero negro astrofísico se saturaría con un momento angular de el valor crítico, hoy los astrofísicos estiman que este valor de equilibrio es probablemente incluso un poco más pequeño.
Me desvié un poco para responder directamente a su pregunta, pero creo que era necesario para abordar todo el problema que menciona en el cuerpo de su publicación. Ahora vamos a hacerlo.
Los agujeros negros subextremales, extremales y sobreextremales deben entenderse como espacios-tiempos completamente diferentes que están relacionados solo por alguna extraña transformación singular. Considere una métrica de agujero negro simple sin carga ni rotación. Entonces el caso es parte de la familia de métricas parametrizadas, aunque es completamente dispar en términos de estructura causal y naturaleza general. Es simplemente espacio-tiempo plano, mientras que cualquier es un agujero negro con una verdadera singularidad inoperable en su centro y un horizonte, el "divisor causal" que se encuentra entre regiones muy diferentes del espacio-tiempo.
Puede comprender los diversos límites extremos/sobre extremos de manera similar. Formalmente pertenecen a la misma familia de métricas parametrizadas, pero si observa sus propiedades sin coordenadas, no se parecen en nada. Lo que se interpone entre ellos se suele denominar "cambio topológico" en el sentido en que hablaríamos de un cambio topológico cuando se perfora una bola para formar un toro.
Pero el problema no es solo topológico, la convergencia al agujero negro extremo es divertida en todos los sentidos. Considere, por ejemplo, las diversas órbitas circulares físicamente importantes, como las órbitas marginalmente limitadas o marginalmente estables. Todos estos convergen en el mismo radio de coordenadas (el radio del horizonte extremo), pero si mide lo que está sucediendo a su distancia adecuada, ¡este en realidad diverge cuando estamos llegando al agujero negro extremo!
Y ahora estamos llegando a la radiación de Hawking. De los argumentos que les he dado anteriormente, es obvio que solo podemos esperar que el agujero negro extremo corresponda a algún límite extraño de la radiación subextrema. De hecho, la radiación de un agujero negro extremo, por cálculo directo, es simplemente cero y, por lo tanto, ¡no se le puede asignar ninguna temperatura en absoluto! El hecho de que asignemos una temperatura al agujero negro extremo es por extensión continua al tomar un límite del caso subextremo. Entonces, la pregunta es más por qué la temperatura converge a cero cuando estamos girando (o sobrecargando) un agujero negro casi hasta el límite extremo.
La imagen intuitiva (y ligeramente imprecisa) de la radiación de Hawking es que se crea un par de partículas y antipartículas cerca del horizonte, una de ellas cae a través de él y otra de las partículas escapa al infinito para sumarse a la radiación de Hawking. La única pizca de intuición de que la temperatura llega a cero es el hecho de que a medida que nos acercamos al agujero negro extremo, el horizonte externo se vuelve "más y más débil" porque un segundo horizonte "repulsivo" se acerca desde abajo y debilita la partícula-antipartícula. efecto de separación. Dado que alcanzar un horizonte extremo (degenerado) siempre estará asociado con el debilitamiento de la separación partícula-antipartícula, podemos adivinar intuitivamente que la radiación límite y, por lo tanto, la temperatura deben ser cero.
una mente curiosa
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