При излучении Хокинга падает энергия черной дыры — но как? Создаются две виртуальные частицы(их энергия положительна, частиц с отрицательной энергией мы не знаем) одна падает за горизонт событий, другая улетает?

Спрашивает

а ну

#астрофизика

#черная дыра

16.07.2023

48 622

Средний вопрос

Алексей Тимошенко

эксперт

Что касается излучения Хокинга, то тут вы немного ошиблись в части «частиц с отрицательной энергией не бывает». Когда вы выходите на мороз, испускаемые вами фотоны теплового излучения уносят от вас энергию, и вы в полном праве назвать их энергию отрицательной. Примерно так же прав бухгалтер, когда учитывает платежи кому-то вовне компании как «расходы», вписывая их в отчетность со знаком «минус»: хотя, разумеется, купюр номиналом «минус сто рублей» не бывает.

С черной дырой происходит то же самое. Неважно даже то, по какому именно механизму происходит излучение — важно, что прочь улетает частица, обладающая какой-то энергией. И эта энергия забирается от черной дыры, больше ей взяться неоткуда.

Другое дело, что хокинговское излучение — это пока сугубо гипотетический феномен. Его расчетная интенсивность настолько низка, что даже черная дыра с массой раз этак в сто меньше массы Луны будет иметь светимость порядка нескольких микроватт. То есть примерно на уровне догорающего окурка; и это мы говорим про гипотетические малые черные дыры. ЧД с куда большей массой (то есть примерно как у звезды) будут на много порядков более тусклые, и как это «свечение» (без кавычек тут не обойдешься) заметить — никому пока неясно. Так что лишь остается уповать на косвенные свидетельства.

Так, давайте проясним. При аннигиляции частиц общая энергия(масса) не падает, а переходит в фотоны, например. Далее вопрос таков: частиц с отрицательной энергией мы не открыли до сих пор. Ответ: вы вправе их так назвать - ненаучен. Даже если одна частица ушла за горизон, а вторая под горизонт, их энергии положительны и взяты из энергии вакуума. Так почему энергия ЧД падает? Разве закон сохранения действует только в одну сторону? За счет туннелирования частиц - да, согласен. Это еще в середине века советские физики предложили и Хокинг приезжал и общался с ними. Но механизм излучения Хокинга либо невнятно объяснен, либо неверен.

Ответить

Nick PL

18.07.2023

А рождение частиц "из ничего" не нарушает закон сохранения (вещества) ?

Ответить

—

Роман Рыбка

19.07.2023

Комментарий удален пользователем или модератором...

Ответить

ещё комментарии

Ульяна Чапанова

19.07.2023

Обе виртуальные частицы обладают положительной энергией. У позитрона(антиэлектрона) значение энергии положительно. При аннигиляциии аннигилируют заряды, а не энергия. И никакого закона сохранения вещества не существует. Есть закон сохранения энергии и он при аннигиляции вещесва-антивещества не нарушается.

Ответить

Ульяна Чапанова

19.07.2023

Частицы рождаются из энергии, а не из ничего. Например, из энергии вакуума или в ускорителях из кинетической энергии. Да и строго говоря, даже если гипотетически представить, что в вакууме"убрали все поля, т.е. отсутствует энергия, то принцип Гейзенберга никто не отменял, и минимальное значение энергии, которое будет рождать виртуальные пары, будет присутствовать.

Ответить

Zhe Sh

17.07.2023

Вообще, излучение Хокинга - проявление поляризации вакуума для случая гравитационного поля. Он мог ошибиться в деталях, но принципиально подобный процесс просто-таки обязан существовать в силу квантовых законов. Интересно, кстати, а может ли пара виртуальных частиц, превращающаяся в реальное хокингово излучение, зарождаться не над, а под горизонтом событий? ГС обозначает потенциальный барьер, непреодолимый в классической физике, но квантовую неопределенность вроде как никто не отменял, и вероятность туннелирования через такой барьер должна быть отлична от нуля.

Ответить

Sergey Suchkov

17.07.2023

Сугубо теоретически - если чёрные дыры излучают, есть ли вероятность того, что их горизонт событий уменьшается, и со временем чёрная дыра может загореться звездой?

Ответить

—

Роман Рыбка

17.07.2023

-1

Комментарий удален пользователем или модератором...

Ответить

ещё комментарии

Говард Ролькхаузер

17.07.2023

Хлопок - это когда в ладоши хлопают. Или по ушам хлопают тем, кто придумал так называть взрыв.

Ответить

Ульяна Чапанова

19.07.2023

По поводу темной энергии - спорно. Надо знать ее природу. Если, предположим, это гравитация, то никакого поглощения темной энегии черной дырой не будет. То же про поле Хиггса. Просто, возмлжно, поля, образующие темную энергию, не будут взаимодействовать с гравитационным полем. Нужно изучать этот вопрос.

Ответить

Zhe Sh

17.07.2023

По Хокингу, когда ЧД поглотят всю (или почти всю) материю во Вселенной, процесс излучения начнет преобладать над поглощением, и дыры станут испаряться. С падением массы тепловая температура ЧД будет увеличиваться, ускоряя процесс, что окончится небольшим взрывом. По оценкам последние дыры должны исчезнуть примерно через 10¹⁰⁰ лет.

Ответить

ещё комментарии

Александр Березин

17.07.2023

Что-то я не помню таких оценок у Хокинга. Не поделитесь ссылкой? Не очень понятно, как такой сценарий вообще реален -- ведь если ЧД поглотит всю материю Вселенной, то она автоматически начнет ловить частицы от излучения Хокинга обратно, потому что больше во Вселенной ловить их будет некому. А если эти частицы снова будут ловиться ЧД -- каким же образом она испарится?

Ответить

Роман Рыбка

17.07.2023

Комментарий удален пользователем или модератором...

Ответить

—

Роман Рыбка

17.07.2023

Комментарий удален пользователем или модератором...

Ответить

ещё комментарии

Ульяна Чапанова

19.07.2023

После аннигиляции изчезают заряды, а не энергия так то. Энергия переходит в другую форму.

Ответить

—

Роман Рыбка

19.07.2023

Комментарий удален пользователем или модератором...

Ответить

—

Ульяна Чапанова

19.07.2023

Результатом аннигиляции электрона и позитрона будет несколько фотонов, энергия которых будет суммой энергий аннигилировавших частиц. Закон сохранения энергии в этом процессе не нарушается. Разберись. И частиц с отрицательной энергией не существует. Аннигиляция - это процесс, который высвобождает наибольшую по значению энергию из известных нам. Так что не ВСЕ.

Ответить

—

Роман Рыбка

19.07.2023

Комментарий удален пользователем или модератором...

Ответить

—

Ульяна Чапанова

19.07.2023

Вы утверждаете, что у позитрона отрицательная энергия? Про какую разницу энергий вы говорите. Результат аннигиляции - это сумма энергий. А джет мы видим из за принципа Гюйгенса и волновой функции, что, скорее всего, суть одного явления. Вакуум и так светится темной энергией. В ней это происходит постоянно. Но на некоторые размышления вы меня подтолкнули, благодарен.

Ответить

Роман Рыбка

19.07.2023

Комментарий удален пользователем или модератором...

Ответить

—

Ульяна Чапанова

19.07.2023

А знаете, поделюсь, о чем подумал. Существующие из за Принципа Гейзенберга флуктуации - это свойство пространства(как я всегда думал) или способ взаимодействия темной энергии с остальной материей?

Ответить

—

Роман Рыбка

20.07.2023

Комментарий удален пользователем или модератором...

Ответить

Ульяна Чапанова

20.07.2023

А вы физик? Ну, преподаватель? И, если не секрет, где(школа, ирститут)? Объясняете упрощенно и прямо де жа вю. Как мой препод когда то). Набеюсь, не обидел. Про принцип неопределенности вы сказали неточно, даже можно сказать чуть ошибочно. Про темную энергию - мало, есть еще куча эффектов помимо разбегания галактик. А когда я говорил в предыдущих дискуссиях про отрицательную энергию, то имел в виду именно отрицательное значение(со знаком минус), а не падение энергии ниже уровня энергии вакуума. По первому вопросу - мы в экспериментах не можем определить одновременно импульс и координату(или энергию и время, или напряжение и силу тока и тд - антикоммутирующие операторы, их много), но это только часть интереснейшего явления. И это напрямую влияет на возникновение пар виртуальных частиц в вакууме. dE*dt=h, где d- это дельта(с тел пишу, неудобно). Т.е. на очень короткое время всплеск энергии возможен огромный и это закон природы. Так и рождаются пары частиц, просто живут очень мало. Чем массивнее, тем меньше живут. Сложно без общения говорить на такую сложную тему.

Ответить

Роман Рыбка

21.07.2023

Комментарий удален пользователем или модератором...

Ответить

Ульяна Чапанова

21.07.2023

На эту тему и вправду сложно в чате. Надо остановиться. Хотел бы другое прояснить. Заданный вопрос про излучение Хокинга - мой. И ответ с выражениями "не важен механизм" и "вы вправе назвать", конечно же мало что прояснил. А с вами я зацепился за дискуссию, потому что вы в первом комментарии попытались дать научный ответ. Но скажите, предположим, частица под горизонтом событий будет обладать меньшей энергией(в чем я сомневаюсь, но не суть), но почему должна упасть энергия ЧД после поглощения энергии этой частицы(которая под горизонтом событий), даже если ее энергия и в самом деле меньше, чем у частицы над ГС.

Ответить

Роман Рыбка

21.07.2023

Комментарий удален пользователем или модератором...

Ответить

Ульяна Чапанова

21.07.2023

Информационный парадокс мне не нравится. Либо я чего то недопонимаю, либо парадокса нет. А возвращаясь к излучению Хокинга, скажу. Почему именно выходящая за горизонт частица обладает большей энергией, и нет ли процесса, когда наоборот падающая обладает большей энергией. Закон сохранения работает в обе стороны ведь. Это раз. И два: виртуальные частицы образуются из энергии вакуума, а не энергии ЧД. Почему вакуум потом заберет "недостаток" из ЧД? Это же неочевидно...

Ответить