Як саме радіація Хокінга зменшує масу чорних дір?

З того, що я розумію досі, коли одна з віртуальних частинок перетинає горизонт подій, а інша ні, вони не можуть знищити одна одну. Останній блукає у Всесвіт (btw, це все ще віртуально на даний момент, і що означає "віртуальний" в цей момент, якщо так?), А інший споживається чорною дірою. Я не бачу, як ця подія сприяє випаровуванню чорної діри (оскільки частинки не походять з чорної діри). Чи не повинен реально доповнювати частинку до маси чорних дір?

Найближче до мого питання: чи дійсно радіація Хокінга приносить масу у Всесвіт? , але я не вважаю відповіді задовільними.

Тобто " вирвана віртуальна частинка" підсилюється "гравітаційним полем чорної діри, перетворюючись на справжню частинку ", швидше додає до питання, а потім відповісти на нього.

EDIT: Мене принижує знання, представлене у відповідях, і я вважаю себе некомпетентним оцінювати будь-яке як найбільш підходяще. Я сподіваюся, що це нормально.

Я збираюся дати вам інтуїтивну відповідь. Майте на увазі, це не "фактична" відповідь, оскільки випромінювання Хокінга є дещо складнішим, ніж типове пояснення поп-наука з віртуальними частинками. Але деяке інтуїтивне виправдання все-таки можливо.

Я не бачу, як ця подія сприяє випаровуванню чорної діри (оскільки частинки не походять з чорної діри).

Тут вам не вистачає ключового моменту.

Коли пара була створена, це були віртуальні частинки. Після того, як одна сторона пари була поглинена чорною дірою, а інша сторона була звільнена, звільнена частина - справжня частинка. Величезна різниця там - віртуальний проти реального.

Віртуальні частинки насправді не існують так, як ми з вами. Вони, здається, існують дуже короткий час; чим енергічніші вони, тим коротший інтервал їх віртуального "існування", згідно рівняння Гейзенберга. Багато в чому це лише математичний трюк.

Подумайте про вакуум, де немає справжніх частинок. Раніше це просто вакуум. Зараз віртуальна пара коротко мерехтить, тоді її вже немає. Надалі це знову вакуум.

Яка енергія була раніше? Нуль. Яка енергія в майбутньому? Нуль. Яка енергія під час мерехтіння? Ну, це в основному нуль, в межах, дозволених рівняннями Гейзенберга. Підсумок полягає в тому, що віртуальні частинки приходять і йдуть, і вони не вносять в енергетичний баланс якийсь порожній шматок простору.

(Я ігнорую тут концепцію енергії вакууму заради інтуїтивного пояснення.)

Але скажімо, що одна з віртуальних частинок потрапляє в пастку чорної діри, тому вона не може знищитись зі своїм колегою. Інша частинка відлітає в протилежному напрямку і врятується від чорної діри. Що ще гірше, це тепер справжня частинка - ми перевищили тривалість, дозволену рівняннями Гейзенберга, тому та, яка виходить, вже не є віртуальною.

Як ця частинка стала реальною?

Це велика проблема, оскільки віртуальним частинкам не потрібен короткочасний енергетичний бюджет, а реальні частинки назавжди несуть енергію. Щось заважало віртуальній парі знищити себе і підняло один із компонентів до стану реальної частинки. Віртуальна пара має нульову енергію. Справжня частинка, яка відходить, має ненульову енергію. Ця енергія має звідкись надходити.

Походить з чорної діри. Чорна діра віддає частину своєї маси / енергії (те саме), щоб збільшити одну частинку від віртуальної до реальної. Інша частинка захоплена - але все-таки віртуальна, це насправді не має значення.

Це інтуїтивне пояснення не говорить про те, як насправді відбувається підвищення. Я не знаю, магія. Якось одна з віртуальних частинок отримує шматок енергії з чорної діри і стає реальною.

Знову ж таки, це не власне процес. Фактичний процес є більш складним . Це просто казка-поп-наука.

EDIT: Щоб потрапити ближче до дому, випромінювання Хокінга більше схоже на близьке відносно ефекту Уруха . Скажімо, інерційний спостерігач бачить порожній простір тут, у цій частині гучності. Спостерігач, що прискорюється, не побачив би порожній простір в тому ж обсязі, а натомість побачив би випромінювання чорних тіл. Це ефект Унруха.

Ну, гравітація та прискорення - це одне й те саме, за загальну відносність. Тож сильна сила тяжіння біля чорної діри еквівалентна сильному прискоренню. Щось подібне до ефекту Unruh повинно відбутися саме там. Це випромінювання Хокінга.

http://backreaction.blogspot.com/2015/12/hawking-radiation-is-not-produced-at.html

EDIT2: Інші відповіді, які зараз перебувають на цій сторінці, містять корисні альтернативні моменти, тому перевірте їх також.

Ці конспекти лекцій певною мірою вирішують питання, особливо на слайдах 33-35.

Оскільки у сильно викривленому просторі біля горизонту віртуальні частинки, отримані від коливань вакууму, виявляються негативною щільністю енергії.

Щільність енергії = енергія на одиницю об'єму.

Ці частинки справді мають позитивну масу - дивіться на ту, що втекла! - але їх маса розподіляється дуже дивно в просторі часу. (Квантово-механічно кажучи, частинки мають ненульовий об'єм; це аспект подвійності хвиль-частинок.)

Матерія з негативною щільністю енергії зазвичай називається екзотичною речовиною

і трохи пізніше:

Квантові механічні коливання вакууму в плоскому просторі - далеко не будь-яке сильне гравітаційне поле - завжди мають нульову щільність чистої енергії; вони ніколи не можуть бути екзотикою.

Однак у викривленому космічному часі коливання вакууму взагалі екзотичні: їхня щільність чистої енергії негативна, за даними далекого спостерігача, який вимірює щільність енергії, спостерігаючи відхилення світла від ансамблю коливань. Чим сильніше кривизна, тим більш негативно виглядає щільність енергії.

Це найкраще пояснення, яке я бачив досі.

Принцип Гейзенберга дозволяє тимчасово порушувати закони енергозбереження (наприклад, створювати пари частинок з нічого) до тих пір, поки ви вчасно погасите все. Чим більша пара частинка-античастинка, тим швидше вона повинна бути погашена. Перетворення віртуальної пари в справжню пару може розглядатися як генерування трохи негативної енергії "екзотичної речовини" (що б там не було) для відображення невиплаченого боргу. Його енергія за розмірами дорівнює парі з протилежним знаком. Потім це потрапляє в чорну діру разом з однією з частинок, зменшуючи масу загальної чорної діри.

Горизонт чорної діри стає на шляху рекомбінації деяких віртуальних пар, тому ці перетворення віртуальне-> реальне відбудуться.

Я знайшов цю лекцію з тією ж ідеєю (більш докладною та менш забитою): http://teacher.pas.rochester.edu/Ast102/LectureNotes/Lecture19/Lecture19.pdf

Я не знаю, чи згодяться експерти з цим описом, але ось як я це розумію:

І простір, і горизонт подій знаходяться в постійному квантовому коливанні. По суті, горизонт подій має крихітні брижі. У точках, де горизонт подій пульсує вгору (вище середнього радіуса чорної діри), він має вище середньої кількості локальної енергії. Інтенсивна гравітація швидко відтягує ту місцеву удару назад, падаючий удар відсилає цю локальну концентрацію енергії назад на решту горизонту події.

Тепер розглянемо можливі віртуальні пари частинок біля отвору. Якщо нерухома віртуальна пара частинок з’явиться трохи вище горизонту події, вона або рекомбінується, і зникне, або вся справа потрапить у нору і зникне в нулі. Нам потрібна віртуальна пара частинок, яка має очевидний рух від чорної діри, майже зі швидкістю світла. Якщо ця віртуальна пара частинок збирається досить швидко, щоб повністю вирватися, вони рекомбінують і зникають. Нульовий ефект. Нам потрібна віртуальна пара частинок, яка віддаляється від чорної діри майже зі швидкістю світла, і нам потрібна пульсація в горизонті, яка ловить лише одну віртуальну частинку. Я вважаю, що пульсація повинна перебувати в надзвичайному прискоренні вниз, щоб вона відійшла від другої віртуальної частинки, щоб уникнути обох. І ось ключова частина: Енергетичний борг між парою частинок інтенсивно тягне їх назустріч один одному. Захоплена частинка витягується вгору, ефективно тягнучи вгору на горизонті, який захопив її. Це уповільнює падіння пульсацій горизонту, зменшуючи енергію, яка падаюча пульсація повертається до решти чорної діри.

Енергія, необхідна для розтягування двох віртуальних частинок, дорівнює сумісній енергії двох невіртуальних частинок. Так падаюча пульсація втрачає енергію, рівну двом частинкам, і отвір з'їдає одну частинку. Все врівноважується з тією частиною, що втекла.

Я вважаю, що це працює так само, незалежно від того, віртуальні частинки є фотонами чи матерія-антиматеріальною парою.

Ось аналогія з квантовою механікою. Частинка в КМ може тунелювати через неможливий бар'єр, саме тому елементи, важчі за свинець, можуть частину своїх нейтронів «тунелювати» з ядра, вириваючи зв’язки Сильної сили.

Маленька Чорна Діра - це як квантовий бар'єр, через який частинка може пройти тунель, щоб уникнути. Чим менше бар'єр (Horizon Event), тим більше шансів на те, що він зможе вийти на тунель. Таким чином, мікро чорна діра масою 228 тонн і горизонтом подій 3,4 х 10 ^ -7 фемтометрів (буквально менше 1 мільйона розміру протона) не будуть триматися на ньому частинок дуже довго і зовсім. Насправді він вибухне під час вибуху радіації Хокінга рівно через 1 секунду .

Більша чорна діра Землі з радіусом у цілий сантиметр прослужить набагато довше: 8 х 10 ^ 50 років, тому що набагато менше шансів на пробиття частинки на цілий сантиметр на свободу.

Джерело: Квантове тунелювання з тривимірних чорних дір: https://arxiv.org/abs/1306.6380

Джерело: Радіація Хокінга моделюється як квантовий ефект: http://cscanada.net/index.php/ans/article/view/j.ans.1715787020120502.1817