Esta pregunta se trata principalmente de una extraña similitud aparente que he notado entre la naturaleza de la fuerza débil y la naturaleza de los agujeros negros, lo que parece implicar que incluso algunos agujeros negros astrofísicos podrían interactuar significativamente con la fuerza débil:
Solo los fermiones quirales izquierdos y los antifermiones quirales derechos participan en la interacción débil. Aunque sé que no se cree que el "giro" o el "momento angular cuántico" involucren partículas que giran sobre sus ejes, he escuchado a personas decir que "realmente es" un momento angular. Tal como lo entiendo, la justificación de esta afirmación proviene principalmente del hecho de que las partículas cargadas eléctricamente con espín crean campos magnéticos de la misma manera que lo harían si literalmente estuvieran girando (más o menos, al menos). (Supongo que esto también podría aplicarse a cualquier efecto relacionado con las fuerzas nucleares fuertes o débiles que causaría el giro, aunque no sé nada al respecto).
Además, las cantidades de "isospin débil" e "hipercarga débil", que aparentemente son importantes para describir cómo interactúan las partículas con la fuerza débil, están relacionadas con el espín, la quiralidad y la carga eléctrica.
La explicación que escuché de por qué la fuerza débil es débil (de Don Lincoln) es que se debe a que los bosones virtuales W y Z que la "median" tienen masas promedio que son muy altas, mucho más altas que la masa de la mayoría de las partículas elementales. . Esto significa que la única forma en que la mayoría de las partículas elementales pueden emitir una de estas partículas es si emiten una que aleatoriamente tiene una masa extremadamente pequeña durante el corto período de tiempo que existe, como lo permite el Principio de Incertidumbre de Heisenberg. Una cosa que implica esta explicación es que la fuerza débil es más fuerte para las partículas elementales que tienen masas más altas, al menos hasta que esa masa se vuelve más alta que cualquiera de las masas probables para los bosones W y Z y, de hecho, la fuerza débil es aparentemente la fuerza más fuerte para los top quarks, razón por la cual se descomponen tan rápidamente.
Por lo tanto, tenemos que la interacción débil de las partículas elementales (y no estoy seguro de si realmente son solo las elementales; eso es todo lo que he escuchado definitivamente) está determinada por la "masa", "momento angular" y eléctrico carga de esas partículas. Por extraña coincidencia, la "masa", el "momento angular" y la carga eléctrica son exactamente las propiedades que pueden tener los agujeros negros según el "Teorema del no pelo". Este es el ímpetu principal de mi pregunta: "¿Pueden los agujeros negros interactuar con la fuerza débil?"
Me parece que la pregunta fundamental que se hace aquí es si la "masa" y el "momento angular" son realmente iguales en ambos casos. (Me parece bastante probable que no lo sean, lo que tendería a condenar esta idea de que los agujeros negros actúan como partículas elementales).
También hay algunas otras cosas que se deben considerar para responder completamente la pregunta del título:
Si llegamos a la conclusión de que el "momento angular" que importa para la interacción débil es fundamentalmente diferente del "momento angular" que arrastra el marco de los agujeros negros, entonces todavía tenemos que lidiar con el hecho de que muchos fermiones quirales izquierdos cayeron en el agujero negro, por lo que uno podría esperar que el espín se sume como lo hace en bariones, átomos, etc. (a menos, por supuesto, que nada caiga en un agujero negro de una manera que sea significativa para los observadores externos, y todo está efectivamente sentado allí ridículamente dilatado en el tiempo en la superficie del agujero negro).
Esto es solo parte de la cuestión de cómo se combina el Teorema de la falta de cabello con la Teoría cuántica del campo. Me parece que, según QFT, todos los campos cuánticos deberían extenderse infinitamente por el espacio, al igual que los campos electromagnético y gravitacional. Las únicas diferencias son que algunas (particularmente la carga de color) siempre son completamente canceladas por otras cargas en cualquier distancia no pequeña, y otras (como la fuerza débil y la fuerza nuclear) caen a un ritmo mucho más rápido que la ley del cuadrado inverso. de fuerzas eléctricas y gravitatorias a largas distancias, pero crucialmente nunca llegan a ser cero.
Estas diferencias hacen que la cuestión de la interacción parezca bastante esotérica para cualquier agujero negro macroscópico, ya que sus efectos siempre serían ridículamente pequeños, pero podrían ser importantes para los microagujeros negros e incluso podrían estar relacionados con cómo se podría imprimir la información en el agujeros negros superficiales para evitar la Información "Paradoja".
Aquí hay un par de preguntas de Stack Exchange que encontré que se refieren específicamente a cómo QFT interactúa con el teorema de ausencia de cabello: agujeros negros y QED , el teorema de ausencia de cabello para agujeros negros y el número bariónico.
También está la cuestión de si los bosones W y Z podrían aparecer como parte de la radiación de Hawking, así como la cuestión de si algo relacionado con la teoría electrodébil podría hacer que los agujeros negros interactúen con la fuerza débil si fueran muy pequeños o estuvieran muy calientes. ambientes o formados de una manera específica o algo así.
Como referencia: estoy bastante familiarizado con el cálculo, algo familiarizado con el álgebra lineal y menos familiarizado con la teoría de grupos y la topología, pero la mayor parte de lo que sé sobre física (y, de hecho, sobre matemáticas más allá del cálculo) proviene de YouTube, Wikipedia, y varios materiales de ciencia pop.
El "teorema sin cabello" es solo un teorema cuando se considera solo la gravedad y las fuerzas electromagnéticas (es decir, es una afirmación sobre las soluciones en el vacío de las ecuaciones de Einstein-Maxwell). La conjetura también se mantendría: las soluciones de un agujero negro que incluyen fuerzas débiles y fuertes todavía se caracterizarían solo por la masa, el momento angular y las cargas de las diversas interacciones de calibre (es decir, carga eléctrica, isospín débil, carga de color, etc.)
Sin embargo, a partir de finales de los años 80 se descubrió que no se sostiene tal conjetura generalizada de ausencia de cabello cuando se incluyen campos de calibre no abelianos (como la fuerza débil y la fuerza fuerte). La gente demostró que cuando se incluyen estos campos, las ecuaciones de campo permiten soluciones de agujeros negros "peludas" que tienen cero de las cargas de calibre correspondientes. (Por ejemplo, ver hep-th/9211007 para un contraejemplo en el caso de un teorema de Yang-Mills roto espontáneamente como la interacción débil en el modelo estándar). Este artículo en Living Reviews in Relativity analiza la situación actual de este problema.
Entonces, sí, uno esperaría que los agujeros negros interactúen con la fuerza débil, sin embargo, esto es más complicado que simplemente asignar un valor de isospín débil a un agujero negro. Por supuesto, en la naturaleza, los bosones de calibre responsables de la interacción débil tienen masa, por lo tanto, la fuerza de la interacción débil decae exponencialmente con la distancia (esto también se aplica a cualquier cabello de agujero negro relacionado). Esto significa que, en cualquier escenario realista, el efecto de la interacción débil en los agujeros negros es completamente insignificante. (Y cualquier situación en la que las distancias fueran lo suficientemente cortas como para que la interacción débil tuviera importancia probablemente también requeriría una teoría completa de la gravedad cuántica).
PD. Tenga en cuenta que no existe una relación (física) entre "isospin" y el momento angular. (El nombre deriva de las similitudes matemáticas con la teoría cuántica del espín y la teoría de grupos correspondiente).
Saludos compañero lego, yo diría que mi propia especulación es que sí. Creo que lo hace absolutamente. La razón por la que lo creo es que la mejor razón para que cada partícula no sea un agujero negro son las singularidades desnudas, y para que esto sea así, el bosón de Higgs sin carga y sin giro debe ser superextremo, y la única propiedad que tiene que es razonable es isospin e isocharge. Por lo tanto, es razonable suponer que el agujero negro podría interactuar con otras cosas a través de una fuerza si la fuerza realmente puede disolver el horizonte de eventos, a menos que la religión conocida como teoría de cuerdas tenga razón.
Creo que deberíamos agregar isospin e isocharge a los cabellos, y dejar la temperatura y la longitud de onda como escalas. Para los agujeros negros microscópicos, diría que la mejor manera de evitarlos es permitirles interactuar con la fuerza débil.
Triático
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