Se sabe que cualquier observador acelerado está sujeto a un baño de calor debido a la radiación Unruh. El principio de equivalencia sugiere que cualquier observador estacionario en la superficie de un cuerpo masivo también debería experimentar un baño de calor. De hecho, al sustituir la gravedad de la superficie g en la fórmula de la radiación de Unruh, se puede encontrar la temperatura del cuerpo negro para un hipotético planeta hiperfrío:
cual es para la tierra
incluso se puede encontrar el tiempo que tardará la Tierra en evaporarse: años.
Dado que el calor en la Tierra súper fría no puede surgir de la nada, se debe suponer que provendrá de la descomposición de las partículas debido a cierto mecanismo.
A veces escuché el argumento de que se necesita un horizonte de eventos para que exista la radiación de Hawking. Pero esto puede ser contrarrestado por la suposición de la posibilidad de descomposición debido a los agujeros negros virtuales cuánticos (que inevitablemente deberían aparecer debido al principio de incertidumbre, y cuanto más masivo y denso sea el cuerpo, mayor será la concentración de agujeros negros virtuales en su interior, eventualmente volviéndose similares a la concentración de bolitas dentro de una masa de agua hirviendo). O simplemente sugiera que cualquier cuerpo masivo debido al principio de incertidumbre puede hacer un túnel cuántico en un estado de agujero negro para emitir radiación de Hawking.
Entonces, ¿cuál es la conclusión aquí?
Esta es una preposición más débil: el estado térmico del vacío circundante no significa transferencia de energía si el sistema está en equilibrio termodinámico.
Esta es una preposición más fuerte y sugiere emisión de radiación al perder masa.
La respuesta es claramente no, pero es interesante ver qué falla en el argumento. Creo que el problema radica en la distinción entre el efecto de Unruh y el de Hawking. En el caso de Unruh, hay que tener cuidado con lo que está y lo que no está implícito: un detector acelerado en un espacio plano vacío se comportará como si estuviera sumergido en un baño de calor, ya que detecta partículas distribuidas térmicamente. Sin embargo, esto no implica que haya radiación, en el sentido de que la energía fluya de un lugar a otro, el espacio vacío está vacío, incluso en las coordenadas de Rindler. Es solo para un agujero negro real que tienes radiación real que emana del horizonte.
(Recuerdo vagamente una discusión decente sobre esto en Birrell y Davies).
La respuesta es no, porque no hay horizonte. Un campo gravitacional independiente del tiempo no emite partículas porque la energía se conserva, al igual que una distribución de carga estacionaria no irradia. Esto es consistente con el principio de equivalencia, como se explica a continuación.
En el efecto Unruh, la emisión de partículas proviene del horizonte de aceleración de la "pared negra" detrás del observador. Si coloca un deflector refrigerado entre la pared negra y el observador, la radiación será absorbida por el deflector y el observador no la verá. Un observador parado en un planeta es indistinguible de un observador acelerando con un planeta entre él y el horizonte de aceleración, y tal observador no ve emisiones desde el horizonte, porque el horizonte es invisible.
Podrías objetar que el horizonte es infinito y que el planeta es finito, así que ¿no deberías poder ver el horizonte lo suficientemente lejos? Pero si te alejas lo suficiente, notarás la curvatura causada por el planeta, y esto empujará el horizonte hacia el infinito, porque después de todo no hay horizonte, solo estás parado en un planeta.
Existe un argumento simple de que los cuerpos masivos que no son agujeros negros no pueden emitir radiación de Hawking. Considere un solo protón en su estado fundamental. No emite radiación porque si lo fuera, tendría que decaer a algún estado de menor energía. Eventualmente, esto puede suceder cuando el protón se desintegra, pero la radiación no es radiación de cuerpo negro, por lo que no puede considerarse radiación de Hawking.
Ahora, consideremos un cristal muy grande de diamante 1 en su estado de energía más bajo. De manera similar, no puede emitir ninguna radiación hasta que uno de sus protones se desintegre 2 , en cuyo caso probablemente emitirá algunos rayos gamma de alta energía. Entonces, cualquier radiación que esté emitiendo no es radiación de Hawking de cuerpo negro.
1 Nota para los pedantes: Los comentarios señalan que el diamante solo es estable a altas presiones. Así que siéntase libre de reemplazarlo con un cristal de silicio.
2 Nota: la descomposición de protones no es parte del modelo estándar, pero muchos físicos creen que la gravedad cuántica requerirá que exista la descomposición de protones, porque en muchas teorías de la gravedad, los agujeros negros no conservan el número de bariones y leptones. Si este es el caso, las interacciones a escala de Planck deberían violar la conservación del número bariónico. (Además, muchas Gran Teorías Unificadas conducen a la desintegración de protones, aunque para algunas de ellas, los límites experimentales sobre la desintegración de protones las descartan).
Mi respuesta anterior no viene al caso ahora que la pregunta ha sido editada. Existe un ejemplo más sencillo de una cuestión de este tipo que ha sido analizada con gran detalle en la literatura, y que involucra una carga eléctrica que se encuentra estacionaria en un campo gravitatorio. Dado que la potencia radiada es distinta de cero si se acelera una carga, se podría, por el principio de equivalencia, esperar que irradie tal carga. Creo que la respuesta es que no, pero que el análisis es sutil. Puede comenzar con el artículo de D. Boulware, "Radiación de una carga uniformemente acelerada", Annals of Physics 124 (1980), 169-187 y avanzar desde allí mirando las citas de ese artículo.
Los cuerpos masivos radian empíricamente limitados por la relación masa-luminosidad
Con la ley de Stefan-Boltzmann (luminosidad por área) la temperatura de Hawking-Davies-Unruh conduce a una expresión de luminosidad por área
y con
El radio de diferentes cuerpos tal vez se pueda determinar de manera tradicional a partir de tablas empíricas de temperatura-luminosidad y la ley de Stefan-Boltzmann nuevamente, , esta es la relación luminosidad-radio-temperatura , para encontrar qué tan cerca está la proporcionalidad real de la determinada anteriormente.
Yo pensaría que puedes tener algo de evaporación para objetos masivos sin horizontes. La forma habitual de pensar en la evaporación de un agujero negro (ver wikipedia) es que se obtiene la creación espontánea de un par de partículas cerca del horizonte. Luego, la partícula '1' es absorbida y la partícula '2' escapa del agujero negro. La energía en total se conserva, por lo que el agujero negro pierde masa.
Ahora piensa en este planeta. No tenemos horizonte, pero sí tenemos un campo gravitatorio. Entonces, cuando se crea un par espontáneo (digamos fuera de la atmósfera), existe una posibilidad (muy pequeña) de que uno sea absorbido por el planeta, mientras que el otro vuela libre, reduciendo la masa de la tierra. Creo que esto es de lo que estás hablando con tus 'agujeros negros virtuales'.
Entonces, ¿cuál sería la tasa? Quizás menos de una partícula por vida del universo. El tipo de partícula involucrada también puede necesitar tener propiedades especiales, por ejemplo: ser extremadamente pesado/ligero y no tener carga.
Como la pregunta está formulada actualmente, la respuesta es sencilla. La radiación de Hawking no ocurre con ningún objeto excepto uno con un horizonte, es decir, un agujero negro. Los argumentos que conducen a la radiación de Hawking son sutiles, pero, conceptualmente, la idea (a través de Susskind en The Black Hole War ) es que las fluctuaciones cuánticas se convierten en fluctuaciones térmicas en el horizonte de sucesos. (La explicación de Susskind es mucho mejor, por supuesto).
Para ser un poco más completo y concreto, considere una fluctuación cuántica estándar de energía que surge de la relación de incertidumbre entre energía y tiempo. Las fluctuaciones en escalas de tiempo lo suficientemente pequeñas serán lo suficientemente grandes como para dar como resultado la creación de pares de partículas y antipartículas. En el horizonte de un agujero negro, el par puede separarse de modo que una partícula caiga en el agujero negro, mientras que la otra sale disparada. Esto transforma una partícula virtual (par) en una partícula real, que luego puede interactuar con otra materia.
Ahora bien, se podría decir que este proceso es posible en cualquier sistema con masa distinta de cero. Sin embargo, las matemáticas detalladas y sutiles del proceso requieren un horizonte de eventos para que ocurra. Como experimento mental, imagine que cualquier masa podría producir este efecto. Daría como resultado una violación a gran escala del Principio de Incertidumbre porque veríamos cambios en la energía que excedieron los permitidos durante el período de tiempo asociado.
Otra objeción es que la temperatura del agujero negro, que está ligada a la radiación de Hawking, aumenta a medida que disminuye la masa del agujero negro. Si la masa "normal" se comportara de manera similar, las partículas elementales tendrían temperaturas tremendas "similares a las de un agujero negro".
jerry schirmer
Anixx