¿Se me puede explicar la Radiación Hawking en términos simples?

Stephen Hawking demostró que los agujeros negros deberían emitir radiación electromagnética con un espectro de cuerpo negro; Este proceso también se llama evaporación de agujeros negros .

En resumen, este proceso teórico funciona así: los pares partícula-antipartícula se producen constantemente y desaparecen rápidamente (a través de la aniquilación); estos pares son pares virtuales, y su existencia es una cierta consecuencia del Principio de incertidumbre. Normalmente, nunca vemos la partícula o antipartícula de estos pares, y solo sabemos de su existencia a través de efectos como el efecto Casimir.

Sin embargo, si uno de estos pares virtuales aparece cerca del horizonte de eventos de un agujero negro, uno puede cruzarlo mientras el otro escapa; y el agujero negro pierde masa. Muy lejos del horizonte de eventos, esto se parece a la radiación del cuerpo negro. Resulta que cuanto más pequeña es la masa que tiene un agujero negro, más rápido perderá masa debido a la radiación de Hawking; justo al final, el agujero negro desaparece en una intensa explosión de radiación gamma (porque la temperatura del agujero negro aumenta a medida que se hace más pequeña).

Notas al pie : Echa un vistazo a mi blog sobre agujeros negros …

https://messinwithblackholes.quora.com?share=396067ef&srid=1QOF

Entonces, explicación simplificada ¿eh?

Bueno, hay dos cosas que debes saber para comprender lo que está sucediendo:

1. Un agujero negro tiene algo llamado “horizonte de sucesos”, todo lo que se mete dentro de esta distancia desde el centro del agujero negro es absorbido por él, para nunca volver. Si está fuera del horizonte de eventos, aún puede (tal vez) escapar.
2. Incluso en el vacío más profundo del espacio, a veces una partícula diminuta y su antipartícula surgirá de la nada y sin ninguna razón … y luego se aniquilarán mutuamente, desapareciendo por completo, sin dejar nada. Es como si la energía se “tomara prestada” del vacío y luego volviera a la aniquilación. Esto es extraño, pero evidentemente es bastante cierto.

Entonces, armado con estos dos datos, imagina que estás en un lugar que está justo fuera del horizonte de eventos de un agujero negro. De repente, una partícula y su anti-partícula estallan en existencia … * poof *! Pero, justo antes de que puedan aniquilar, uno de ellos es absorbido por el horizonte de eventos del agujero negro, para nunca volver, y el otro simplemente logra no dejarse atrapar, ¡y escapa! Bueno, en ese punto, la energía que fue “prestada” del espacio no se devuelve. Lo que sucede es que esta pérdida de energía se paga agotando la masa / energía del agujero negro en una cantidad exactamente igual a la de la partícula de la suerte que escapó de él, por lo que todo en el universo se mantiene en perfecto equilibrio.

La consecuencia de esto es que a cualquier distancia razonable del agujero negro, vemos una corriente continua y débil de partículas “afortunadas” que escapan del agujero negro, y la masa del agujero en sí está disminuyendo muy, muy gradualmente.

Las partículas que escapan se llaman “Radiación de Hawking” (después de Stephen Hawking, quien descubrió todo esto), y la pérdida gradual de masa del agujero negro se llama “evaporación”.

Para los agujeros negros grandes (del tamaño de una estrella), encontrarán mucho para ‘comer’ para mantenerse creciendo a un ritmo más rápido de lo que se evaporan, pero para los más pequeños, la evaporación puede ser lo suficientemente rápida como para hacer que desaparezcan por completo. y en un espacio de tiempo bastante corto.

Lo intentaré, pero ten en cuenta que no soy físico. Eso y la simplificación pueden introducir algunas inexactitudes.

El vacío del espacio parece vacío pero no lo es. Las fluctuaciones cuánticas producen pares de partículas que se aniquilan entre sí en una fracción de segundo. Dado que se cancelan tan rápido en las escalas de tiempo más largas, los humanos pueden verlo como si no estuvieran allí. A veces se les llama partículas virtuales.

El radio de Schwarzschild de un agujero negro es la distancia desde el agujero negro donde la velocidad de escape es igual a la velocidad de la luz. Si un par de partículas virtuales se forma exactamente en el
Radio de Schwarzschild en la orientación derecha perpendicular al agujero negro, entonces uno de los pares estaría justo dentro del radio, uno justo afuera. Entonces, es posible que uno de los dos escape mientras el que está adentro es absorbido. El que escapa es la radiación de halcón
.

Gracias por la respuesta y el tema.
Es muy difícil poner un concepto ultra complejo en términos simples, pero haría todo lo posible.
Primero definamos los términos simples para que mi respuesta no se colapse:
Poner algo en términos simples es describir un problema complejo o técnico usando palabras y términos que el individuo promedio (alguien sin capacitación profesional en el área temática) puede entender, para que puedan comprender el problema en algún grado.
Así que explicaré esto como se lo explicaría a mi hijo de 8 años:
Hay objetos en el universo llamados agujeros negros, y los agujeros negros son objetos densos increíbles con una gravedad tan fuerte que nada, ni siquiera la luz puede escapar de su fuerza.
Entonces, uno de los científicos más geniales, Stephen Hawkins trabajó con otro científico genial llamado Roger Penrose para comprender mejor qué era un agujero negro.
Descubrieron muchas cosas interesantes, como que el centro del agujero negro está lleno de las mismas cosas que iniciaron el universo antes del big bang llamado “Singularidad”.
También descubren que el vacío no está vacío, está lleno de partículas que aparecen de la nada en parejas y luego desaparecen en el siguiente instante, estas partículas no están solas y hay antipartículas que hacen lo mismo.
A medida que nos acercamos a un agujero negro y llegamos al punto de no retorno para escapar llamado Event’s Horizon, una de las partículas emparejadas cae, dejando que la otra escape, esas partículas que huyen del agujero negro se conocen como Hawking Radiación.

En resumen, la radiación de Hawking es un tipo de energía térmica emitida por el agujero negro. En el horizonte de sucesos, los pares de partículas y antipartículas se crean a partir de la energía potencial gravitacional extrema del agujero negro. Aunque generalmente ambas partículas caen o se aniquilan en energía. A veces, se imparte suficiente energía en una de las partículas que escapa mientras la otra cae, y debido a [matemáticas] E = Mc2 [/ matemáticas], esto agota la energía y finalmente la masa del agujero negro.

A medida que el agujero negro se contrae, este proceso se vuelve más rápido a una velocidad inversamente proporcional a la masa del agujero negro. Entonces, al principio es muy lento y el agujero negro está muy frío, pero durante eones, a medida que se vuelve más y más pequeño, se calienta más y más y se encoge más y más rápido hasta que explota convirtiendo el resto de su masa en energía.

Intentemos. El vacío en la teoría cuántica de campos es simplemente el estado con la energía más baja (olvídate de las partículas, lo básico son los campos, es la teoría de los campos). Si las circunstancias cambian, en particular, si cambia el campo gravitacional, entonces la energía cambia. Y entonces puede suceder que el estado con la energía más baja también cambie. Por lo tanto, el estado anterior de energía más baja ya no es el estado de vacío. Pero si el estado ya no está en el estado de vacío, significa que ha aparecido algo de radiación.

Los agujeros negros se crean por un colapso. Durante un colapso, el campo gravitacional cambia, no afuera, sino dentro del cuerpo colapsando. Por lo tanto, en esta región de colapso, el vacío se convierte en un estado de no vacío, y el resultado es algo de radiación.

Ahora, ¿qué ves si miras un agujero negro? Ves la superficie del cuerpo colapsando, muy desplazada hacia el rojo. Desde este punto de vista, el colapso aún no ha terminado. Por lo tanto, los agujeros negros colapsan todavía y, por lo tanto, irradian todavía. Si el colapso se detuviera, ya no habría ningún cambio, por lo que no habría radiación de Hawking.

(Un problema de la radiación de Hawking es que la fuente, el cuerpo colapsando, es, después de unos segundos, muy desplazada hacia el rojo que cualquier radiación saliente con la temperatura de Hawking tendría que tener una energía, en la superficie, que es mucho más alta que la energía de Planck Para obtener información razonable al respecto, se necesitaría la gravedad cuántica. Pero la derivación no es la gravedad cuántica, es solo una aproximación semiclásica. Por lo tanto, se usa una aproximación completamente inverosímil para derivarla. Este es el “problema trans-planckiano”. “. Vea mi texto sobre la radiación de Hawking. Entonces, de hecho, no está completamente claro si hay radiación de Hawking en absoluto).

Seguro. Y puede encontrar uno excelente en el libro “Una breve historia del tiempo”.

Stephen Hawking comienza a decirnos cuál es la fluctuación del vacío y cómo se destruyen los pares de partículas de materia y antimateria en el siguiente instante. Luego coloca el laboratorio muy cerca del Evento Horizont, y muestra cómo la presencia del EH genera un flujo continuo de materia y energía desde el Agujero Negro.

Le sugiero que compre el libro (Una breve historia del tiempo).

En el espacio, los fotones a menudo se dividen en un par de partículas, una materia y una antimateria. ambos normalmente se aniquilarán rápidamente. Sin embargo, cerca de un agujero negro, uno caerá en el agujero y el otro escapará. Las partículas que escapan son la radiación de halcones.

La conservación de la masa y la energía puede ser violada si la violación es muy breve. Una partícula puede aparecer brevemente con su antipartícula. Se atraen rápidamente, chocan y se aniquilan entre sí. Supuestamente sucede todo el tiempo.

Si esto sucede con partículas sin masa justo fuera del horizonte de eventos de un agujero negro, una partícula podría ser arrastrada hacia adentro mientras escapa su antipartícula, lo que no les da la posibilidad de recombinarse y aniquilarse. La partícula que escapa es la radiación de Hawking.

Todo el par de partículas / antipartículas es un poco de arenque rojo, en mi opinión. Incluso en el artículo original de Hawking, reconoció que era una ficción. (Desafortunadamente, no tengo la cita o la cita completa a mano. Si alguien lo tiene, no dude en comentar).

Aquí hay quizás una explicación más simple de la radiación de Hawking estrictamente en términos de termodinámica.

Primero, olvida los agujeros negros por un momento. Hablemos de cosas ordinarias. Un trozo de metal, digamos. Pega el metal en una habitación y apaga las luces. Si el metal está realmente muy caliente, aún podrás ver el metal a simple vista: brillará. Incluso si el metal no está realmente muy caliente, todavía brillará un poco. Claro, a medida que la temperatura se enfría, brilla menos. Tal vez llegue al punto en que necesite una cámara muy sensible para captar el brillo. Pero está ahí.

Resulta que es lo mismo con los agujeros negros. Sin duda, no es del todo obvio por qué debería ser lo mismo para los agujeros negros, así que no tome mi afirmación práctica como evidente. Pero, he aquí, es lo mismo.

Si los agujeros negros tienen temperatura, también emiten esta radiación térmica. Y … presto … lo hacen.

El efecto de los electrones de fotones es la radiación de Hawking del agujero negro cuántico de protones, la luz que contiene el positrón y el protón de ataque de electrones, el positrón de absorción de protones, de vuelta al agujero negro en la escala de Planck, el escape de electrones a la escala del átomo, luego absorbido por el agujero negro, libera un fotón , el agujero negro vuelve a la escala de protones, conserva la energía E = h * f, puede repetir el mismo proceso tiempo infinito desde un ángulo diferente, forma una onda de probabilidad cuántica, al convertir la fuerza de fuerza en masa, el agujero negro cuántico es una forma de describir un principio incierto a la certeza del campo cuántico de energía de vacío cap.

La radiación de Hawking es la radiación del cuerpo negro que es emitida por los agujeros negros, debido a los efectos cuánticos cerca del horizonte de eventos. … La radiación de Hawking reduce la masa y la energía del agujero negro y, por lo tanto, también se conoce como evaporación del agujero negro.