El argumento heurístico para la radiación de Hawking es que una producción de pares virtual ocurre justo en el horizonte de eventos. Una partícula entra en el agujero negro, mientras que la otra se puede observar como radiación.
Nunca entendí bien esta explicación. Digamos que se crea un par virtual. Desde el punto de vista de la "partícula de radiación", la otra partícula necesitará una cantidad infinita de tiempo para alcanzar el horizonte de sucesos. Pero la producción de pares virtuales viola la conservación de la energía, por lo que las partículas solo pueden existir durante un tiempo finito (principio de incertidumbre de Heisenberg). Luego, deben aniquilarse entre sí nuevamente, sin emitir ninguna radiación.
A menudo escuché la "explicación" de que una partícula "hace un túnel" a través del horizonte de eventos. Pero, ¿no es esto de nuevo un argumento erróneo? La tunelización es un efecto conocido del espacio-tiempo plano y hace que las partículas crucen potenciales que no podrían cruzar clásicamente. ¿Cómo podría ayudar esto a "saltar" un intervalo de tiempo infinito? A mí me parece superponer ideas del espaciotiempo plano al espaciotiempo curvo sin justificación alguna.
Si bien entiendo que la derivación original de Hawking sigue un argumento diferente, uno debería, en principio, poder adjuntar sus resultados a un proceso físico. Trabajé a través de su derivación y, aunque debo admitir que no entendí cada paso, me parece que se deben hacer muchas suposiciones en el camino para producir los resultados. Además, toda la derivación se basa en la Teoría del Campo Cuántico en el espacio-tiempo curvo, que se encuentra en terreno inestable, ya que nadie puede decir dónde es válida y dónde no: no tenemos una teoría completa de la Gravedad Cuántica y simplemente no podemos decir en qué situaciones QFT en el espacio-tiempo curvo es una buena aproximación.
Como puede ver, estoy realmente confundido acerca de este tema. ¡Se agradece todo tipo de ayuda!
Creo que su pregunta principal es cómo reconciliar el tiempo infinito para alcanzar el horizonte necesario para una partícula creada justo fuera del horizonte con el hecho de que los pares virtuales solo existen por un corto tiempo antes de la reaniquilación.
Como ha señalado correctamente, la imagen del par virtual es solo una heurística (como dijo Hawking en su artículo original), el mapeo de los estados de vacío entre los observadores en caída libre y asintóticamente estacionarios proporciona una explicación más satisfactoria. Sin embargo, tal vez podría ayudar a resolver los problemas heurísticos si, en lugar de imaginar la creación de un par de partículas puntuales altamente localizadas, una de las cuales viaja hacia el horizonte, en cambio, imagina la fluctuación que tiene lugar en el estado de vacío cuántico, que es un estado no local. entidad. Entonces, debido a las incertidumbres, la fluctuación del vacío incluye una configuración de campo con una onda plana de electrones saliente y una onda plana de positrones descendente (por ejemplo). Esta configuración es seleccionada como consistente por la geometría y el flujo de partículas salientes es visto por el observador asintótico.
En realidad, creo que las heurísticas son muy importantes y comprenderlas correctamente es fundamental. Señalaría una declaración de Feynman de que realmente no entendemos el Principio de Exclusión de Pauli porque no tenemos una buena heurística para ello. ¡Pide a varios físicos que describan la prueba comenzando con los axiomas de Wightman y no pueden hacerlo!
En este caso, se malinterpretan partes de la heurística.
No examine un par virtual creado en el horizonte de eventos, no cerca de él. Primero, realmente no puedes decir eso. La incertidumbre en la posición significa que eso no está absolutamente claro. Pero por el momento digamos que se crea un par con su centro de masa en el horizonte. ¿Qué dice eso? Pues la incertidumbre en masa y posición de cada individuo dice que a veces ambas partículas se formarán fuera del negro. A veces, ambos se formarán dentro del horizonte de eventos. Pero a veces uno se formará dentro del horizonte de sucesos, a veces uno se formará fuera. Esta última circunstancia es la que conduce a la radiación hawking (asumiendo que una partícula formada dentro del agujero negro se aniquila con una partícula existente dentro del agujero negro).
Se trata de una falsa paradoja en el sentido de que la partícula no alcanza el horizonte de sucesos, independientemente de las coordenadas que se utilicen para realizar las mediciones. Es decir, cuando se mide por cualquier sistema de coordenadas, un agujero negro se evaporará de la radiación de Hawking antes de que una partícula pueda alcanzar el horizonte de eventos. Por ejemplo, tal como se calcula con la métrica de Schwarzchild, ya sea que se mida en tiempo coordinado o en tiempo local (apropiado), un agujero negro se evaporará cuando una partícula se encuentre en una ubicación fuera del horizonte de eventos. Esto sugiere que es físicamente imposible que algo alcance y cruce un horizonte de sucesos. Mi artículo proporciona una explicación más completa: Weller D. "Cinco falacias utilizadas para vincular los agujeros negros con el espacio-tiempo relativista de Einstein". Progreso en Física, 2011, v. 1, 93 .
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