천문학

호킹 방사선은 가상 입자없이 어떻게 작동합니까?

호킹 방사선은 가상 입자없이 어떻게 작동합니까?


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호킹 방사선은 가상 입자없이 어떻게 작동합니까? 특정 양자 장은 그 위에 블랙홀이 형성 될 때 왜곡된다는 것을 읽었습니다. 그러나 구체적으로 어떤 분야? 호킹 복사가 열 복사라면 왜곡되는 것은 광자 필드여야 합니다. 그렇죠?


가상 입자가 존재하지 않는다면 이벤트 지평선에서 어떻게 생기나요?

내가 아닌 대부분의 사람들은 가상 입자가 일부 섭동 용어의 별명 일 뿐이라는 것을 알고 있습니다. 그래서 제 질문은 이러한 섭동이 어떻게 사건 지평선의 가장자리에서 입자가 되어 호킹의 복사를 생성하는지입니다. 현재 이론에서 우리가 알고있는 메커니즘이 있습니까 ( "에너지는 어떻게 든 중력장에서 나온다"는 것 제외) 아니면 양자 중력에 대한 완전한 이해를 기다려야할까요? 가상에서 실제 상태로 상태를 변경하려면 그 섭동에서 구체적으로 무엇이 변경되어야합니까? 그들은 어떻게 에너지를 얻습니까?


이것을 확인하는 가장 쉬운 방법은 열역학 제 3 법칙입니다. 우주의 모든 물체는 블랙홀을 포함하여> 0K의 온도를 가져야합니다. 온도가 있는 물체는 복사합니다. 따라서 우주 마이크로파 배경 복사의 온도가 블랙홀의 온도보다 낮 으면 블랙홀은 우주에서받는 것보다 더 많은 에너지를 우주로 방출해야합니다 (그 안에 떨어질 질량이 없다고 가정). , 이는 순 에너지를 잃는다는 것을 의미합니다. 그 에너지는 (질량과 에너지의 동등성에 의해) 거대한 블랙홀 질량에서 나옵니다. 이것을 공식화하고 정제하는 훨씬 더 복잡한 방법이 있지만 본질적으로 이 과정 뒤에는 두 가지 근본적인 것이 있습니다. 열역학과 질량과 에너지의 등가입니다.

Samir Mathur는 호킹 방사선에 대해 매우 접근하기 쉬운 (휴리스틱?) 설명을 제공하고 왜 블랙홀이 질량을 잃게하는지 설명합니다. 여기에서 페이지에 액세스 할 수 있습니다. 진행중인 작업이며 두 달에 한 번씩 업데이트됩니다.

요약하자면, 입자의 수명은 $Delta E Delta t < frac<2>에 의해 결정됩니다. 일반적으로 이것은 가상 입자-반입자 쌍의 질량이 클수록 수명이 짧다는 것을 의미합니다. 블랙홀의 지평선에 가깝지만 중력 위치 에너지는 너무 음수이므로 쌍의 총 에너지(휴식 에너지 ​​+ 중력 위치 에너지)는 본질적으로 0입니다. 따라서 쌍은 오래 살 수 있습니다. 쌍 중 하나는 무한대로 탈출하고 다른 하나는 수평선 너머로 떨어집니다. 떨어지는 것은 음의 총 에너지를 가질 것입니다. 왜냐하면 음의 중력 위치 에너지가 양의 정지 질량 에너지 또는 운동 에너지보다 크기 때문입니다. 결과적으로 부정적인 에너지가 블랙홀로 들어가고 긍정적 인 에너지가 나옵니다. 멀리서 보면 블랙홀이 질량을 잃는 것처럼 보입니다. 탈출하는 것이 입자인지 반입자인지는 중요하지 않습니다. 음의 에너지는 떨어지는 입자 또는 반입자 여부에 관계없이 매우 음의 중력 위치 에너지 때문에 발생합니다. 결국 둘 다 입자와 반 입자는 양의 정지 질량 에너지를 갖습니다.

이것은 Hawking 방사선이 어떻게 블랙홀이 질량을 잃게하는지에 대한 대략적인 (손으로 물결 치는) 설명입니다.


가상 입자 및 호킹 복사

나는 페이스 북에서 물리학 자와 대화를 나누고 있었는데 (내가 좋아했던 책의 저자 인 & quot 사용자 가이드-우주에 대한 안내 "), 그는 내 질문에 대한 답을 전혀받지 못한 채 대화를 끝내게했습니다. 아마도 여기 누군가가 나에게 이것을 설명하는 것을 도울 수있을 것입니다.

전체 대화를 붙여넣겠지만 요약은 다음과 같습니다.

호킹 복사는 블랙홀의 이벤트 지평선 근처에서 존재하는 가상 입자에 의해 발생합니다. 가상 입자는 물질 / 반물질 쌍으로 나오며 어떤 방식 으로든 결국 블랙홀이 증발합니다. 나는 반물질 입자가 블랙홀에 더 강한 인력을 갖고 소멸하는 반면 물질 입자는 분출되기 때문에 이것이 성취되었다는 인상을 받았습니다. 이것은 블랙홀에서 질량의 순 손실을 초래할 것입니다.

문제는 반물질 입자가 끌리는 이유를 기억할 수 없다는 것입니다. 그리고 그것이 기회가 균등한 무작위적인 기회라면 블랙홀은 질량을 잃고 결코 실제로 증발하지 않는 만큼 자주 질량을 얻게 될 것입니다. .

내 질문은 어떤 메커니즘에 의해 호킹 복사가 시간이 지남에 따라 블랙홀의 질량이 감소하는지입니다.

성적 증명서(선택적 읽기):
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리처드 헨레타
당신은 나를 혼란스럽게 합니다.

인용문
[그러나 운이 좋으면 전자는 블랙홀의 사건 지평선 아래로 떨어지고 영원히 사라집니다. (홀로덱의 모든 오작동과 마찬가지로) 양전자는 가상에서 현실로 바뀌고 우주로 날아갑니다.]

나는 입자가 방출되고 반 입자가 블랙홀에 떨어지면서 소멸하여 결국 블랙홀이 증발한다고 생각했습니다. 전자가 떨어지고 양전자가 방출되면 시간이 지남에 따라 블랙홀의 질량이 증가하지 않을까요?

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우주에 대한 사용자 안내서
둘 중 하나가 떨어질 수 있습니다. 우주는 둘을 구분하지 않습니다. 그래서 하나가 먹히는 것은 무작위 행운입니다. 실제로(내 예에서) 양전자는 결국 전자에 부딪혀 소멸되어 광자를 생성합니다. 더 일반적으로 "쌍"은 두 개의 광자가 될 것이며(광자는 자체 반입자이기 때문에) 그 중 하나는 떨어지고 하나는 탈출합니다.

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리처드 헨레타
블랙홀 증발은 우연이라면 일어날 수 없습니다.

반입자가 들어가고 입자가 탈출하면 블랙홀의 질량이 감소합니다.

입자가 떨어지고 반입자가 빠져 나가면 블랙홀의 질량이 증가합니다.

광자가 어떤 경우에도 질량 변화는 발생하지 않습니다 (광자는 에너지를 가지고 있고 에너지는 질량과 동일하기 때문에 여전히 이해하지 못합니다)

무작위 확률을 말하는 경우 상위 두 가지 경우는 거의 동일한 횟수로 발생하므로 질량에 변화가 없습니다.

나는 어딘가에서 반물질 입자가 물질 입자보다 더 많은 매력을 가진 이유에 대한 설명을 읽었던 것을 기억하지만, 나는 그것이 무엇인지 기억할 수 없습니다. 사실, 물리학에 대한 나의 기초적인 이해를 바탕으로, 나는 그것이 어쨌든 그렇게 될 이유를 찾지 못합니다. 그렇다면 블랙홀은 시간이 지나도 증발하지 않습니까?

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우주에 대한 사용자 안내서
아니 아니. 둘 다의 대중은 긍정적입니다. 떨어지는 입자는 잊어 버리세요. 빠져 나가는 입자는 에너지를 운반하고 궁극적으로 진공에서 빌린 에너지를 되돌려 야하므로 그 에너지는 블랙홀의 질량 에너지에서 발생하여 증발하게됩니다.

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리처드 헨레타
그렇다면 어떤 메커니즘으로 상환됩니까? 두 입자의 에너지가 양수이고 한 입자가 블랙홀에 떨어지면 블랙홀의 질량이 어떻게 감소합니까?


호킹 방사선은 어떻게 작동합니까?

블랙홀은 빛이 탈출할 수 없는데도 빛을 발산한다는 사실에 대해 생각해 본 적이 있습니까? 그것은 호킹 방사선 때문입니다. 그렇다면 호킹 방사선은 어떻게 작동합니까?

포함 된 양자 물리학

따라서이 놀라운 현상을 이해하려면 먼저 양자 물리학을 약간 이해해야합니다. PBS 시공간 비디오 1에 따르면, 소위 진공은 양자장으로 채워져 있습니다. 양의 주파수는 정상 입자를 나타내고 음의 주파수는 반물질을 샘플링합니다. 이런 식으로이 두 가지가 균형을 이루면 진정한 진공 상태입니다. 따라서 가상 입자는 항상 튀어 나오며 양자 변동을 계산하기 위한 도구일 뿐입니다. 그러나 불균형이 나타나고 일부 주파수가 반대 주파수를 초과하면 실제 입자가 형성됩니다. 그 결과 물질과 반물질 입자가 만나면 서로 소멸되어 사라진다. 그리고 그것이 Hawking Radiation이하는 일입니다.

호킹 방사선은 어떻게 작동합니까?

이상적인 조건에서 입자는 평소와 같이 소멸됩니다. 그러나 복잡한 양자 메커니즘은 블랙홀이 거대한 중력에 의해 항목을 방해 할 때 시작됩니다. 관련된 물리학은 수학적 공식이 많고 많은 상상력이 필요하기 때문에 이해할 수 없을 정도로 복잡합니다. 최종 버전은 위에 삽입 된 참조 1의 비디오를 참조하십시오.

간단히 말해, 상호 작용은 임의의 시간과 위치에서 발생합니다. 그러나 이벤트 호라이즌 근처에서 쌍이 형성될 가능성이 있습니다. 그럴 경우 입자는 블랙홀의 엄청난 식욕을 충족 시키려고하지만 다른 로켓은 우주를 통과합니다. 그러자 이상한 일이 일어납니다. 입자는 기괴한 물체에서 일부 에너지를 훔쳐 블랙홀이 에너지를 잃고 질량을 잃게 만듭니다.

복잡한 수학 및 양자 정리로 인해 블랙홀이 작아지고 열을 더 빨리 방출함에 따라 Hawking Radiation이 가속화됩니다. 블랙홀 생명의 마지막 순간에 엄청난 온도와 함께 격렬하게 폭발합니다. 따라서 LHC가 행성 전체를 집어삼킬 수 있는 중력 괴물을 생성한다는 이야기를 들어본 적이 있다면 믿지 마십시오. 그것은 단순히 호킹 방사선의 존재 때문에 잘못된 것입니다.


2 답변 2

다음은 책에서 가져온 사진입니다

Frolov, V. V. P., & amp Novikov, I. D. (1998). 블랙홀 물리학: 기본 개념과 새로운 개발(Vol. 96). 뛰는 사람. Google 도서

우리는 질량이 충분히 큰 블랙홀의 경우 복사가 완전히 질량이 없는 입자로 구성된다는 것을 알 수 있습니다. 더 작은 질량의 경우 전자와 양전자가 나타납니다. 더 작은 핵자의 경우에도 나타납니다.

중성미자 질량 (천체 물리학 적 기원의 모든 블랙홀 포함)보다 온도가 작은 더 큰 블랙홀의 경우 중성미자와 반 중성미자가 스펙트럼에서 사라집니다. 중성미자의 질량은 현재 알려지지 않았지만

1eV 해당 BH 질량은 $sim 10^<22>, ext$.

또한 그림의 모든 질량 범위는 천체 물리학 표준에 의해 작으므로 그러한 질량의 블랙홀은 원시 블랙홀이 될 것입니다.

짧은 대답은 입자 물리학과 준 고전적 중력에 대한 우리의 현재 이해를 바탕으로 블랙홀 (가장 미세한 것을 제외하고)은 광자와 중력의 조합으로 구성된 호킹 복사 스펙트럼을 생성한다는 것입니다. 질량에 비해 각운동량이 낮은 블랙홀의 경우 에너지 방출 비율은 약 90-10이며 광자에 유리합니다. 회전하는 블랙홀의 경우 중력자가 광자보다 유리할 수 있습니다.

호킹 방사선의 스펙트럼을 계산하기위한 초기 시도 (1976 페이지)에서, 결과는 방출 된 에너지에 대한 예측이었습니다. "81 %는 중성미자에, 17 %는 광자에, 2 %는 중력자에 있습니다." 이것은 중성미자가 질량이 없다고 믿었던 1976 년이었습니다. 블랙홀은 구멍의 특성 온도 ($ k = 1 $ 단위)가 입자의 질량 ($ c = 1 $ 단위)에 비해 작도록 어떤 형태로든 상당한 양의 복사를 방출하지 않습니다. (Traschen 2000, p. 21 참조) 우리는 중성미자가 거대하다는 것을 알기 때문에 아주 작은 미세한 블랙홀을 제외하고는 작동하지 않습니다.

질량이 없는 입자를 방출하는 슈바르츠실트 블랙홀의 경우 전력 $P$는 $Gamma gamma M^2$에 비례합니다. 여기서

$Gamma$ = 회색 몸체 보정 = 방사율, 0에서 1까지 실행

$ gamma $ = 회전 자유도 수.

낮은 주파수(Schwarzschild 반경에 비해 큰 파장)에서 $Gamma$는 주파수에 따라 달라질 수 있으므로 스펙트럼은 흑체의 스펙트럼이 아닙니다. $P$에 대한 위의 비례 형식 때문에 각 입자 종에 대해 $g=Gamma gamma$를 정의하고 모든 $g$ 값을 합산하여 총 $g$를 찾을 수 있습니다. 여전히 Schwarzschild 블랙홀에 국한되어 다양한 스핀(spin,g)에 대한 $g$의 값은 다음과 같습니다(Anantua 2008).

그러나 이것은 슈바르츠실트 블랙홀에만 해당됩니다. 회전하는 블랙홀의 경우 상황이 완전히 다를 수 있습니다(Dong 2015).

증발이 충분히 진행되고 블랙홀의 온도가 기본 입자의 질량과 비슷하면 모든 종류의 입자가 증발 할 수 있습니다.

최근 연구에 따르면 별의 중력 붕괴가 실제로 블랙홀로 이어지는지, 아니면 알몸의 특이점으로 이어지는지에 대한 약간의 의심이 있기 시작했습니다. 즉, 천체물리학적 붕괴에서 침해될 수 있는 정도까지 우주검열이 의심스러워 보이기 시작한다(Joshi 2013). 그렇다면 위의 모든 것은 천체 물리학 물체에 대해 거짓입니다.


호킹 방사선은 위험합니까?

Hawking’s 복사의 수학은 파장이 블랙홀의 슈바르츠실트 반지름과 비슷한 차수여야 하며 따라서 저에너지 광자 또는 다른 질량이 없는 입자여야 한다고 제안합니다. 즉, Hawking의 방사선이 이온화 (위험)하려면 매우 높은 에너지 (즉, 고주파 / 저 파장) 여야하며, 이는 방사선이 극히 작은 블랙홀에서 발생하는 경우에만 가능합니다.


호킹 방사선

나는 당신이 가상 입자가 탈출할 수 있는 호킹 방사선을 알고 있다고 생각했습니다. 그것은 입자에서처럼 탈출할 수 있는 입자 또는 반 입자에 대해 구체적입니까? 그것이 블랙홀을 입자 '생성' 기계처럼 만드는가, 이 탈출된 입자가 누락/암흑 물질의 상당 부분을 차지할 수 있습니까? 블랙홀의 수와 물질이 빠져나가는 양에 달려 있다고 생각합니다. 암흑 물질을 설명할 때 처리되는 입자, 이러한 가상 입자가 기여하는 기간 동안 질량 값과 같은 것이 있습니까? 아니면 결국 서로 상쇄되기 때문에 순 질량 0으로 간주됩니까?) 무엇입니까? 이 입자들이 빠져 나가는 속도? 그것은 알려진 것입니까, 다른 크기의 블랙홀에 따라 다릅니 까? 블랙홀이 클수록 더 많은 입자가 탈출할 수 있다고 생각합니다. 가상 입자 입자 중 하나가 들어가고 하나는 탈출 할 수있는 블랙홀 영역이 더 많기 때문입니다.

질문이 너무 많아서 죄송합니다. 그 중 하나입니다.
나는 스티븐 호킹의 한마디로 우주를 읽었고, 그것을 정말로 이해하지 못했고, 사진에 눈이 멀었다 lol
감사.

o 게다가 중력파에 상응하는 입자가 있는지 궁금합니다. 중력입니까 아니면 다른 것입니까?
이 파도의 파장은 어떻습니까? 전파보다 파장이 긴데, 이 파장이 약하다고 들었습니다. 그들은 에너지가 많지 않기 때문에 파장이 더 길 것입니다. 그러나 em spec이 연속적이라면 중력파를 극한 형태의 전파로 만들지 않습니까?

하나 더. 이 텍스트 상자 상단에있는 5 개의 분홍색 상자는 '경고 (0 %)'옆에 무엇입니까 ??
o 사용자 이름을 어떻게 든 변경할 수 있습니까? 더 이상 싫어, 지루해.


답변 및 답변

나는 이것이 매우 이상하다고 생각합니다. 이 포럼에서 내가 여러 번 들었던 표준 "설명"은 어떤 입자가 떨어지는지는 중요하지 않으며 자동으로 음의 에너지를 가지므로 블랙홀의 질량을 감소 시킨다는 것입니다.

더 중요한 것은 Hawking Radiation의 메커니즘 인 "가상 입자"의 전체 문제는 가짜입니다. Hawking은이 "입자 쌍"이 실제로 수학에서만 설명 할 수있는 것을 영어로 설명 할 수있는 가장 가까운 비유 일 뿐이라고 말했습니다.

게시물의 다른 부분과 관련하여 이벤트 지평선 내부에서 일어나는 모든 일은 우주의 나머지 부분과 관련이 없으며 블랙홀의 질량 손실을 일으키지 않습니다.


호킹 방사선 : 보존법 위반?

위키피디아
가상 입자는 일반적으로 어떤 종류의 입자와 반입자의 쌍으로 오는 것으로 널리 설명됩니다. 이 쌍은 매우 짧은 시간 동안 존재하며 짧은 시간 내에 상호 소멸됩니다. 그러나 어떤 경우에는 외부 에너지를 사용하여 쌍을 분리하여 소멸을 피하고 실제 입자가 되도록 할 수 있습니다. 이것은 블랙홀이 증발하는 과정을 설명하는 한 가지 방법입니다.
입자-반입자 쌍에 대한 제한은 문제의 입자가 초기 또는 최종 상태에 존재하지 않는 보존된 양(예: 전하)을 운반하는 경우에만 실제로 필요합니다. 그렇지 않으면 다른 상황이 발생할 수 있습니다. 예를 들어, 중성자의 베타 붕괴는 거의 즉시 실제 전자로 붕괴되는 단일 가상 음전하 W 입자의 방출을 통해 발생할 수 있으며, 중성자는 W 입자를 방출 할 때 중성자가 양성자로 변합니다. 블랙홀의 증발은 자체 반입자이며 전하가없는 광자에 의해 지배되는 과정입니다.

스티븐 호킹과 같은 저명한 과학자들은 블랙홀에서 방출되는 복사가 블랙홀의 이벤트 지평선에 떨어진 입자 쌍의 결과 일 가능성이 있다고 가정했습니다. 다른 하나는 그것을 소멸시킬 쌍이 없이 방사선을 방출하는 형태로 멀리 여행합니다.

블랙홀은 탈출한 입자와 동일한 질량을 잃기 때문에 에너지가 보존됩니다. 블랙홀 안으로 들어가는 반입자는 블랙홀 내부의 반대 입자를 몰살시켜 질량을 감소시킵니다.



코멘트:

  1. Mokasa

    이 선물은 그를 지나치지 않습니다.

  2. Vosida

    재미있는 질문

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  5. Nagor

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