¿Son eternos los agujeros negros?

La descripción popular de la radiación de Hawking con una partícula de un par virtual cayendo y la otra escapando es solo una imagen bonita (aunque Hawking la usa en un artículo de 1976), " en otro modelo, el proceso es un efecto de túnel cuántico, por el cual la partícula -Se formarán pares de antipartículas a partir del vacío, y uno formará un túnel fuera del horizonte de eventos.". De hecho, uno ni siquiera necesita que la primera partícula caiga bajo el horizonte. La radiación aún se observará si simplemente se atasca asintóticamente acercándose a ella, mientras que su compañera adquiere velocidad de escape y sale del pozo de gravedad del agujero negro. El problema es que la descripción adecuada debe involucrar la gravedad cuántica, que aún no existe, ya que tenemos tanto partículas cuánticas como un campo gravitatorio muy fuerte en la imagen.

Lo que hacen Hawking y otros es gravedad semiclásica, donde la métrica es clásica y se describe mediante la relatividad general, mientras que la radiación se cuantiza. Teniendo en cuenta que se sabe que tal acoplamiento cuántico/clásico contradice el principio de incertidumbre (ver Ricles , p. 37), no se debe esperar demasiado en cuanto a la consistencia en los detalles, incluso si el resultado es cualitativamente correcto. Por ahora, la "tunelización" funciona. Pero teniendo en cuenta lo poco que se parece la imagen QFT real de la propagación de la luz en un medio , por ejemplo, a las descripciones clásicas y semiclásicas de eso, es probable que la imagen de la gravedad cuántica, cuando la tengamos, sea igualmente diferente.

La imagen de la partícula virtual proviene de los diagramas de Feynman en expansiones perturbativas de QFT. Es bien sabido que la gravedad no se combina bien con las expansiones perturbativas debido a las divergencias ( Ricles , p.46), por lo que la descripción de las partículas puede fallar por completo cerca del horizonte de eventos. Alternativamente, cuando se cuantiza la gravedad, el horizonte puede fluctuar como la espuma cuántica de Wheeler y absorber partículas que clásicamente están estrictamente por encima de él. A menudo sucede que los cálculos semiclásicos se aproximan matemáticamente a la respuesta correcta, pero la física que sugieren es demasiado ingenua. Lo sabemos para modelar la luz en un medio, y para el modelo de Bohr del átomo de hidrógeno, por ejemplo.

Hay muchas preguntas aquí, puedo responder algunas de ellas.

La pregunta puede parecer muy fácil: radiación de Hawking, sin embargo, estaba pensando que a medida que te acercas más y más a un agujero negro, el tiempo se dilata exponencialmente donde la superficie del agujero negro es "atemporal".

Entonces, ¿cómo puede algo, incluso la antimateria, destruir un agujero negro si no puede tocar la superficie por muy cerca que esté del agujero negro?

Primera parte fácil:

Un agujero negro se come la antimateria tan fácilmente como la materia. Ahora, en el universo conocido, la materia es mucho más común, por lo que en un disco de acreción cuando la materia cae en un agujero negro, la antimateria haría lo que siempre hace, tocar una partícula de materia correspondiente y crear un puf de rayos gamma. Ahora bien, si el espacio está vacío, un agujero negro se comería la antimateria exactamente de la misma manera que lo hacen las partículas de materia. No habría una diferencia notable.

Parte difícil: El "nada puede caer en un agujero negro". Hay algunos temas sobre él, vinculados a continuación y, he tratado de entender en un nivel intuitivo y todavía no tiene sentido para mí.

Si caes en un agujero negro, ¿cuándo pasas el horizonte de eventos? ¿ Puede la materia realmente caer a través de un horizonte de eventos?

Hacia adelante:

¿O tiene que ver con la dualidad onda-partícula? Si es el caso, ¿tratamos los microagujeros negros con reglas diferentes ya que otras fuerzas fundamentales podrían causar un comportamiento diferente en la escala?

Los microagujeros negros probablemente no existen, pero es el mismo conjunto de reglas. La razón por la que los microagujeros negros, en teoría, irradian radiación de halcón mucho más rápido es porque la gravitación cae mucho más rápido, por lo que es más fácil para un par de partículas-antipartículas dividirse y tener una escape, la otra no. Con un agujero negro de masa estelar, es mucho más probable que ambos pares de partículas hagan lo mismo, o ambos se quedan afuera y se borran entre sí o ambos caen dentro. - tenga en cuenta que solo estamos hablando de pares de partículas que aparecen fuera del horizonte de eventos donde una podría quedarse afuera y volar y la otra podría caer adentro. Los pares que aparecen dentro de ambos probablemente permanezcan dentro.

Luego, ¿cómo pueden las partículas "virtuales" ser absorbidas por el agujero negro si la partícula nunca puede llegar allí? ¿O de nuevo se debe a la dualidad onda-partícula?

No estoy seguro de lo que quiere decir con dualidad onda-partícula en esta situación, pero la explicación rápida y sucia de cómo funciona la radiación hawking (mi comprensión limitada) es la forma de par virtual partícula-antipartícula afuera pero cerca del agujero negro. horizonte de sucesos, y uno de los dos escapa mientras que el otro de los dos va hacia el horizonte de sucesos. Realmente no importa mucho si la mitad que no escapa vuela hacia pero se queda afuera o vuela hacia y vuela hacia adentro. Lo que importa es que 1/2 se va volando. Esa es la mitad que te importa, porque se convierte en una partícula real. Pero como señala Conifold, esto es una teoría, no una certeza.

incluso si se debe a las estadísticas si hay un 50% de posibilidades de que la antipartícula (como hay partículas y antipartículas) caiga y destruya la masa equivalente del agujero negro, reduciendo así su masa, entonces también debe haber otro 50% si es normal la masa cae y, por lo tanto, se suma a la masa del agujero negro y, si extrapolamos esto a lo largo de billones de años, el agujero negro debe seguir siendo una masa estable porque con el tiempo las estadísticas se suman y la misma cantidad de materia anti y normal cae, por lo que no debería haber una masa realista. cambio de masa. Si no, ¿por qué la gravedad atrae con más fuerza a las antipartículas?

La gravedad no atrae con más fuerza a las antipartículas y las antipartículas no son masa negativa. tanto las partículas como las antipartículas son masa positiva. Lo que sucede (y voy a desmenuzar esto, pero solo puedo explicarlo de la forma en que lo veo), pero lo que sucede es que el par partícula-antipartícula son masa positiva pero (ver aquí) https ://en.wikipedia.org/wiki/Virtual_particle

Cita:

Una partícula virtual no parece tener necesariamente la misma masa que la partícula real correspondiente. Esto se debe a que aparece como "de corta duración" y "transitorio", por lo que el principio de incertidumbre permite que parezca que no conserva la energía y el impulso. Cuanto más tiempo parece "vivir" una partícula virtual, más se acercan sus características a las de una partícula real.

y, debo citar esto también:

Muchos físicos creen que, debido a su carácter intrínsecamente perturbador, el concepto de partículas virtuales a menudo es confuso y engañoso y, por lo tanto, es mejor evitarlo.

y esto:

Una partícula virtual no obedece precisamente a la fórmula m2c4 = E2 − p2c2.[7] En otras palabras, es posible que su energía cinética no tenga la relación habitual con la velocidad; de hecho, puede ser negativa.

Entonces, no importa si la partícula que escapa es una partícula (materia normal) o una antipartícula (antimateria) porque ambas tienen masa, entonces lo que tienes es esencialmente un vacío, justo fuera del horizonte de eventos, creando y escupiendo masa lejos del agujero negro, y la conservación de la masa requiere que el agujero negro pierda masa.

¿Como sucedió esto? Erp, bueno, eh, er, algo que ver con túneles cuánticos y energía cinética negativa, y tampoco lo entiendo, pero en ambos casos, una partícula o una antipartícula que sale volando del agujero negro, la masa sale del agujero negro (en teoría)

Piénselo de esta manera, y no estoy seguro de que sea correcto, pero supongamos que hay miles de millones de partículas justo fuera del horizonte de eventos, en una dilatación de tiempo ultra lenta, cayendo hacia la singularidad cada vez más lentamente, y tienes la fluctuación cuántica y un par partícula/antipartícula se forma justo fuera de eso: una de las partículas antipartícula sale volando y se convierte en una partícula real, la otra de la pareja quiere desaparecer porque tiene energía cinética negativa y no es real de todos modos, por lo que se encuentra una de las partículas reales afuera pero cayendo muy lentamente hacia el agujero negro y ambas desaparecen; en efecto, desaparece la masa que cae hacia el horizonte de eventos y aparece la masa que se aleja volando del agujero negro.

Probablemente esa no sea una buena forma de verlo, simplemente lo estoy descartando.

Es posible que también desee leer esto, también del artículo Wiki sobre partículas virtuales, vinculado anteriormente:

Paul Dirac fue el primero en proponer que el espacio vacío (un vacío) se puede visualizar como un mar de electrones con energía negativa, conocido como el mar de Dirac. El mar de Dirac tiene un análogo directo a la estructura de banda electrónica en los sólidos cristalinos como se describe en la física del estado sólido. Aquí, las partículas corresponden a los electrones de conducción y las antipartículas a los huecos. A esta estructura se le puede atribuir una variedad de fenómenos interesantes. El desarrollo de la teoría cuántica de campos (QFT) en la década de 1930 hizo posible reformular la ecuación de Dirac de una manera que trata al positrón como una partícula "real" en lugar de la ausencia de una partícula, y hace que el vacío sea el estado en el que no hay partículas. existen partículas en lugar de un mar infinito de partículas.

Entonces, lo que tienes, o al menos una forma de verlo, es que el espacio está lleno de energía negativa y masa positiva: la energía combinada es cero, pero la energía negativa es una propiedad del espacio, y si una partícula virtual escapa y se convierte en real: queda una energía negativa correspondiente de donde proviene esa partícula.

(y mucho de lo que escribí podría estar equivocado, pero pensé en intentar explicar y responder algunas de sus preguntas; lo he pensado un poco porque me parece fascinante) .

Finalmente, ¿cómo se pueden destruir los agujeros negros emitiendo luz? Si un agujero negro absorbe luz, ¿cómo puede emitirse?

Esto está más o menos cubierto arriba, pero los agujeros negros no se destruyen al emitir luz, se evaporan muy muy muy lentamente porque el espacio justo afuera del agujero negro puede crear una masa real que se aleja volando del agujero y energía negativa que es absorbida por el agujero negro, o algo un poco así de todos modos. :-)