¿Por qué se evaporan los agujeros negros?

Answer 1

Según cabe suponer.

El profesor Hawking tiene una teoría en la que la radiación se emite desde un agujero negro durante un período de tiempo muy largo para que pierda su masa. Pero insisto, esto es una teoría. Todavía no hay evidencia experimental para ello. Y la tasa de pérdida de masa es tan baja. ¿Qué tan bajo?

Para ponerlo en perspectiva, estuve en una conferencia el jueves por la noche dada por Cole Miller, un renombrado físico estadounidense por su trabajo en los agujeros negros y las ondas gravitacionales. La forma en que lo describió fue esta:

En primer lugar, despeja el universo de todo para que esté completamente vacío. Luego tomas un agujero negro de la masa del Sol y lo colocas en este universo vacío.

El agujero negro se apoderará de [math] 10 ^ {67} [/ math] años para evaporarse completamente, mucho, mucho más que la edad del universo.

Si ahora toma este agujero negro y lo coloca en el extremo opuesto del universo como el sol, una vez que la luz comienza a alcanzar el agujero negro, comenzará a ganar masa debido a la energía de los fotones que aterrizan en él.

Esto no parece importante, pero si hubiera pruebas de ello, Hawking obtendría un premio Nobel.

¡Es revolucionario, ya que muestra cómo algo puede escapar de un agujero negro que antes creíamos imposible!

Answer 2

Cada punto en el espacio tiene que seguir el principio de incertidumbre de Heisenberg. Una forma del principio de incertidumbre de Heisenberg es que no se puede medir la energía y el tiempo simultáneamente con una precisión del 100%. Es la extensión natural del principio de incertidumbre en la forma de momento y posición. Si tomas el vacío, está vacío. Pero para satisfacer el principio de incertidumbre, podemos asumir que el vacío está hecho de partículas y antipartículas. Se aniquilan entre sí y eso resulta en una desviación de la medición de energía. Estas se llaman fluctuaciones de vacío. Estas fluctuaciones sin embargo conservan la energía total.

Las fluctuaciones de vacío están en todas partes en el espacio, incluso en el horizonte de eventos del agujero negro. Sin embargo, se puede probar matemáticamente que una de las antipartículas cerca del horizonte incluso tiene una probabilidad de caer en un agujero negro antes de aniquilarse entre sí. La ley de conservación de la energía se aplica también a los agujeros negros. Pero ahora, una partícula no tiene antipartículas para aniquilar, por lo que se escapa al espacio. Mientras que la antipartícula que ha caído en el agujero negro debe tener energía negativa para equilibrar la energía positiva de la partícula escapada. Por lo tanto, tenemos energía negativa entrando al agujero negro y positiva saliendo de él. Esta energía -ve reduce la masa del agujero negro exactamente por la cantidad de su masa equivalente.

Esto es, en definitiva, mecanismo de evaporación del agujero negro.

Answer 3

Los agujeros negros seguramente se evaporan , pero a diferencia de cómo visualizamos convencionalmente los fenómenos. Ocurre a través de un fenómeno físico complejo llamado radiación de Hawking, que es claramente engañoso si se explica a través de analogías. Sin embargo, proyecta la esencia de la idea hacia adelante.

La versión un tanto engañosa y comprensible:

Los agujeros negros son una singularidad espacio-temporal, con una región circundante de no retorno llamada horizonte de eventos. Ahora, debido a las restricciones impuestas al universo por el límite de incertidumbre (h-barra / 2), existe una incertidumbre de tiempo de energía (junto con la incertidumbre de posición-momento). Esto significa que los dos parámetros son variables conjugadas, y debe haber una incertidumbre asociada adjunta. Ahora, debido a este principio, puede haber fluctuaciones de energía aleatorias en el espacio-tiempo que conducen a la creación y aniquilación de partículas aleatorias, todo esto ocurre en un instante y en el aire. Ahora, esta partícula-antipartícula cuando se produce en el borde del horizonte de eventos, a veces conduce a la separación de un par de partículas, una escapa al infinito y la otra queda atrapada bajo el inmenso poder de los agujeros negros. La partícula que escapa, ahora se convierte en una partícula real con una masa positiva que se agrega a la masa del universo. Sin embargo, esto no se puede permitir ya que sería una violación del principio de energía conservada en un sistema (el universo). Por lo tanto, la partícula que cae en el agujero negro, debe disminuir de alguna manera su masa. La partícula posee una masa negativa, que termina encogiendo el agujero negro, eV por eV. Para un observador externo, esto da la impresión de que el agujero negro está emitiendo, irradiando energía. Este mecanismo es compatible con otro modelo, que involucra la tunelización cuántica como un medio para que una partícula escape. En ambos procesos, el resultado final es la evaporación completa de un agujero negro. Aunque normalmente las tasas de evaporación superan la vida útil estimada del universo, algunos de los agujeros negros son prácticamente inmortales.

La versión precisa :

La radiación de un agujero negro estacionario no giratorio, no cargado (Schwarzchild) es radiación de cuerpo negro a la temperatura dada según la siguiente ecuación.

Donde ħ es la constante de Planck reducida, c es la velocidad de la luz, G es la constante gravitacional y M es la masa del agujero negro. kb (se supone que b es un subíndice) es la constante de Boltzmann y puede expresarse en LHS o RHS.

Por lo general, es muy difícil visualizar los fenómenos físicos reales, donde están involucrados los efectos cuánticos y, por lo tanto, una ecuación matemática es la mejor representación en tal circunstancia. Hermosa, elegante y sin malas interpretaciones.

Answer 4

No hay ninguna razón por la cual la partícula o antipartícula deba emitirse preferentemente. Un agujero negro que emite radiación de Hawking debería emitir una cantidad igual de ambos.

El punto importante es que cualquiera que sea la polaridad de la materia / energía emitida, representa una pérdida de masa hacia el agujero negro. Por lo tanto, el agujero negro y su horizonte de eventos se vuelven imperceptiblemente más pequeños.

Pero si se hace más pequeño, su radio disminuye y la curvatura del horizonte de eventos aumenta. Y la tasa de radiación de Hawking es proporcional a la curvatura. Entonces, a medida que la masa cae, la curvatura aumenta y la tasa de pérdida de masa aumenta. Hasta que, finalmente, la contracción acelerada termina en una explosión cuando los últimos gigatoms se destruyen.

Answer 5

Los agujeros negros tienen reserva de información oculta. Como resultado, tienen algo de entropía, lo que significa que tienen algo de temperatura. Cualquier objeto con temperatura irradiaría energía debido a la segunda ley de la termodinámica.

El problema con los agujeros negros era que, según la teoría clásica de la relatividad general, nada podía escapar de un agujero negro. Por lo tanto, inicialmente (antes del descubrimiento de Hawking), parecía violar la segunda ley. Pero Hawking demostró a partir de un tratamiento semiclásico de los agujeros negros, que la segunda ley era de hecho totalmente segura y los agujeros negros se irradian térmicamente de acuerdo absoluto con la segunda ley de la termodinámica, una vez que se tienen en cuenta los efectos cuánticos.

Answer 6

Hace un momento (¡un poco tarde, lo siento!) Publiqué una respuesta a ¿Por qué la radiación de Hawking hace que los agujeros negros se evaporen? ¡Por favor vea esa respuesta, ya que se aplica igualmente bien a esta pregunta!

Answer 7

La radiación de Hawking es una radiación térmica y, como tal, está compuesta de partículas y antipartículas. A veces, la antipartícula cae en el agujero negro y la partícula se escapa y, a veces, la partícula cae en el agujero negro y la partícula se escapa.