Imagine un agujero negro que se acerca rápidamente a sus últimos lanzamientos exponenciales de evaporación de Hawking.
Presumiblemente, en todos los puntos de este proceso final quedará una región que seguirá siendo identificable como "el agujero negro" hasta el final, a diferencia del enorme enjambre de partículas fundamentales que se irradia desde allí.
A medida que la masa del agujero negro desciende a la de las partículas individuales, parece totalmente factible que el último evento de radiación fermiónica de Hawking disponible para el agujero negro casi muerto pueda dejarlo con una carga desequilibrada, por ejemplo, -1, y una carga desequilibrada. girar, digamos 1/2. Por supuesto, también tendría algún tipo de masa, pero ese aspecto del residuo final podría ajustarse a cualquier valor específico mediante emisiones de fotones de frecuencias arbitrarias.
Después del recorte de masa de emisión de fotones, el residuo del agujero negro resultante alcanzaría un punto en el que ya no podría evaporarse en ninguna partícula conocida, porque ya no hay ninguna opción de menor masa disponible para eliminar la carga -1 y 1 /2 giro. El residuo del agujero negro en ese momento quedará atascado, por así decirlo, con las características exactas de carga, espín y masa de un electrón.
Y entonces mi pregunta: ¿ Es un electrón?
Y si es así, por equivalencia, ¿son todos los electrones del universo realmente un tipo particular de agujero negro que no puede evaporarse más debido a las restricciones de conservación de la carga y el espín?
Y si es así, ¿por qué la carga y el espín se combinan de manera tan única en tales remanentes de agujeros negros, de modo que, por ejemplo , no se permite un remanente de -1 carga y cero espín, al menos no comúnmente, y la masa se ve forzada a un nivel asociado muy específico? ? ¿Hay algo en la comprensión actual de la relatividad general que pueda explicar un conjunto tan curioso de restricciones sobre la evaporación?
La generalización completa de esta idea sería, por supuesto, que todas las formas de evaporación del agujero negro están restringidas en última instancia de manera que corresponden exactamente al modelo estándar, siendo las partículas fundamentales libres como los electrones los únicos estados finales estables del proceso de evaporación. El protón sería un ejemplo fascinante de una evaporación que permanece incompleta de una manera más profunda, con los tres quarks incapaces de existir de forma aislada dentro del espacio-tiempo. La fuerza fuerte, desde esa perspectiva, en algún extraño sentido tendría que ser un curioso remanente desequilibrado de esas mismas limitaciones más profundas en el proceso general de evaporación gravitacional.
¡Todo esto también puede ser tautológico! Es decir, dado que la radiación de Hawking está guiada por las partículas posibles, las restricciones que acabo de mencionar pueden ser incorporadas y, por lo tanto, de naturaleza completamente trivial.
Sin embargo, algo más profundo en la forma en que trabajan juntos parecería... plausible, ¿al menos? Si un electrón es un agujero negro desequilibrado, entonces las partículas emitidas también serían agujeros negros, y el proceso general no sería solo de emisión de partículas, sino de cómo los agujeros negros se dividen en masas bajas. Sospecho que dividir con las restricciones impuestas por la estructura del espacio-tiempo en sí sería una forma bastante diferente de ver la evaporación del agujero negro.
(nota final: este es solo un pensamiento pasajero que he reflexionado de vez en cuando a lo largo de los años. La pregunta se inspiró en esta intrigante mención del concepto de geon de Wheeler por parte de Ben Crowell. Debo agregar que dudo muy seriamente que mi Sin embargo, las especulaciones salvajes anteriores tienen algo que ver con el concepto de geones de Wheeler).
Si y no.
Los electrones, y todas las demás partículas elementales, pueden verse como microestados de agujeros negros muy pequeños. A medida que uno considera partículas elementales cada vez más pesadas (por ejemplo, aquellas en el espectro de Hagedorn de la teoría de cuerdas), se transforman cada vez más en microestados de agujeros negros. Cuando las masas de las partículas elementales superan suficientemente la escala de Planck, la mayoría de las partículas elementales parecen microestados típicos de agujeros negros.
Entonces, la gravedad cuántica, tal como la entendemos hoy, implica que hay una transición gradual de las partículas elementales a los agujeros negros.
Sin embargo, si las partículas elementales -microestados de agujeros negros muy ligeros- son (mucho) más ligeras que la escala de Planck, la descripción de estos "agujeros negros" utilizando las ecuaciones más ingenuas de la relatividad general (ecuaciones de Einstein) se vuelve muy imprecisa. Correcciones como (potencias de tensores de curvatura) a las ecuaciones de movimiento, y varias reglas de cuantización y otras deformaciones de la mecánica cuántica, restauran su importancia; solo pueden despreciarse en el límite de tamaño muy grande.
En consecuencia, la mayoría de las predicciones hechas por GR clásico son muy inexactas o totalmente erróneas para las partículas elementales si se las trata como agujeros negros. Por ejemplo, la relación carga/masa de un electrón (u otras partículas cargadas conocidas) supera con creces el límite superior que define los agujeros negros "extremos" en GR. Tales agujeros negros no estarían permitidos clásicamente, pero este régimen es altamente no clásico, por lo que estos objetos existen con las propiedades conocidas.
En realidad, es necesario que las partículas elementales cargadas se comporten como agujeros negros superextremales sobrecargados "no permitidos". Es necesario para que los agujeros negros normales grandes y cargados se evaporen por completo, lo cual es necesario por otras razones. Todas estas afirmaciones son equivalentes a la llamada conjetura de gravedad débil.
Clásicamente, un agujero negro cargado que gira tiene restricciones en su momento angular y su carga en relación con su masa. De lo contrario, no hay horizonte de eventos y tenemos una singularidad desnuda en lugar de un agujero negro. Un electrón viola ambos límites, por lo que los electrones definitivamente no pueden ser agujeros negros.
Podríamos preguntarnos si los electrones son, en cambio, singularidades desnudas. Sin embargo, no observamos que los electrones tengan las propiedades previstas para estas singularidades desnudas. Por ejemplo, las singularidades desnudas habrían cerrado curvas temporales en el espacio-tiempo que las rodea, lo que violaría la causalidad, pero no hay evidencia de que los electrones provoquen una violación de la causalidad.
Un problema aparte es que en un escenario en el que originalmente eran agujeros negros (presumiblemente primordiales), tampoco creo que sea posible que evolucionen hacia singularidades desnudas. Esto violaría lo que parece ser un apoyo bastante sólido para la censura cósmica. Pero supongo que podrías postular en su lugar que había singularidades primordiales desnudas.
Un agujero negro no puede evolucionar a un electrón. Para describir correctamente un electrón, necesita dos espinores acoplados para el electrón de Dirac, donde la constante de acoplamiento es la masa del electrón.
Dicho esto, tanto un agujero negro como un neutrón pueden describirse como espinores desacoplados.
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