¿La singularidad de un agujero negro viola el principio de incertidumbre de Heisenberg?

A pesar de un poco de confusión sobre cómo formular su pregunta, parece entender perfectamente uno de los temas clave.

El principio de incertidumbre de Heisenberg nos dice:

[matemáticas] \ Delta {x} \ Delta {p} \ geq \ frac {\ hslash} {2} [/ matemáticas]

Debido a la increíble masa de la singularidad, podemos conocer el impulso con extrema precisión. Eso significa que podemos tener muy poca certeza sobre la singularidad. Esto puede llevarlo a la pregunta: ¿podría [matemática] \ Delta {x} [/ matemática] ser tan grande que una singularidad podría hacer un túnel cuántico fuera del horizonte de eventos y dejarnos una singularidad desnuda y un agujero negro sin singularidad?

Resulta que TODAS nuestras leyes de física se rompen en una singularidad, incluida la mecánica cuántica. La mayoría de los problemas tienen diferentes formas de calcular la respuesta. Sin embargo, siempre que abordes esto con un horizonte de eventos, cuando sigas todas las reglas rigurosamente, verás que estás dividiendo por 0 o sumando una serie no convergente. La verdad es que simplemente no lo sabemos.

De ahí la necesidad de la gravedad cuántica. Hasta ahora, los modelos más prometedores para la gravedad cuántica predicen que la gravedad se vuelve repulsiva a una distancia extremadamente cercana, y los agujeros negros en realidad no tienen una singularidad …

Las respuestas a continuación ya han abordado su pregunta, pero me gustaría agregar una perspectiva.

Si analiza la vecindad de un electrón, tiene una fuerza eléctrica de ley de culombio con energía potencial 1 / r que es una singularidad a una distancia r = 0. Ni siquiera hemos tocado la gravedad o los agujeros negros y ya hemos encontrado una singularidad. Cuando se analizó el campo cuántico basado en este potencial eléctrico, ya había problemas con la convergencia de la serie que describe las partículas virtuales en el vacío cerca del electrón. Los físicos lograron resolver este problema para las distancias más cortas que se pueden alcanzar con los aceleradores de partículas actuales, por lo tanto, tenemos una teoría funcional del electrón incorporada en el Modelo Estándar. Si ahora se intenta resolver la misma serie para la gravedad creada por la masa del electrón, no hay una solución convergente. La pequeña fuerza de gravedad se hace notable e incluso excede la fuerza eléctrica a una distancia conocida como Longitud de Planck, que es de aproximadamente 1,6 x 10E-35 m. A esta distancia, ni la electricidad ni la gravedad son solubles. Incluso si se encuentran teorías, y existen algunas teorías competidoras, no tenemos forma de examinarlas experimentalmente ya que esperamos la necesidad de una gran energía.

El problema anterior no dependía de la singularidad del agujero negro. Los físicos teóricos sostienen que la dificultad matemática con la singularidad no es necesariamente el problema principal y quizás las matemáticas “explotan” para protegernos de hacer predicciones falsas. La cuestión clave es nuestra falta de conocimiento sobre qué teoría podría funcionar a esa escala. Históricamente, los objetos como los quarks se descubrieron a partir de pistas experimentales en los años 60 sobre la “libertad asintótica” y solo entonces se formuló la teoría, conocida como QCD.

El agujero negro confirma el principio de incertidumbre de Heisenberg. Hay algunas cosas que deben abordarse con la validez de su pregunta. Tendrás que tener paciencia conmigo ya que esto se vuelve exponencialmente más difícil a medida que avanzamos:

a) GR establece que todos los atributos de espacio-tiempo son infinitos, por lo que no puede haber camino, o punto A al punto B. Conozco a otros (físicos … y no soy uno), han insistido en que el Agujero Negro es infinitamente objeto denso, que no puede ser correcto.

b) Todo en este lado del Horizonte de Eventos Actual, está en un múltiple compacto 4-D llamado Espacio-Tiempo. Es erróneo pensar en la masa más allá del horizonte cuando no siempre está en el estado de “energía conservada”, mientras que en 4-D.

c) Debido a esto, hay una serie de leyes inevitables que entran en vigencia cuando se alcanzan ciertos umbrales. Entonces, buscamos más a fondo los factores que contribuyen a los fenómenos.

e) Einstein encontró una pieza importante del rompecabezas al describir la relación masa / energía.

f) De esto entonces preguntamos “bueno, ¿qué es la materia?”. Y miramos, y encontramos el estado de Superposición … nació la Mecánica Cuántica.

g) De QM surgieron varias cosas: el colapso de la función Wave-Form y la singularidad de “The Observer”, por mencionar una pareja.

h) La predicción de Peter Higgs fue crucial para nuestro “mapa a la realidad”, o probablemente tendríamos que renovar toda la imagen del Modelo Estándar.

i) Las dimensiones espaciales para el campo de Higgs son @ 10 ^ ¯17cm y se ajusta bastante bien, ya que coincide con el rango del campo electromagnético y las manifestaciones físicas de partículas de fuerza fuerte como Quarks.

j) Hay otras áreas que no se comprenden bien como descubrió Heisenberg, y Entanglement y otras.

k) El Agujero Negro tiene dos Horizontes de Eventos: el punto de no retorno Real (@ 10 ^ ¯34cm, longitud de Planck) y el Horizonte Aparente (Prof. Hawking), donde las partículas se mueven entre los estados de “energía conservada” y virtual o estados de superposición.

l) Esto significa que el estado que tiene una partícula, un lugar específico en un momento específico, se rompe antes del horizonte de eventos real. Y dado que no tiene un lugar específico, entonces no tiene superficie, ni vector, ni momento.

m) La definición del Agujero Negro prohíbe que tenga las cualidades y características que atribuimos a la masa y al Espacio-Tiempo, que atribuimos instintivamente en nuestros conceptos normales de la visión del mundo de la realidad. Ninguna de las herramientas que utilizamos para entender “aquí afuera” puede describir lo que sucede cuando cruzamos el Horizonte de eventos reales.

n) Entonces, el Agujero Negro hace que las partículas vuelvan a un estado de incertidumbre incluso antes del EH real, y no puede ser de ninguna naturaleza física. ¿El próximo gran problema? … ¿Cómo y por qué la “energía conservada” distorsiona la superficie del espacio-tiempo?

Espero no complicarte y confundirte en otra área, ya que necesitamos pensadores para superar algunos de estos obstáculos. Y para que lo sepas … El gran logro de Einstein no vino de las ecuaciones de equilibrio, aunque esa era la prueba, sino de los experimentos “mentales” que realizó en su cabeza. Hay una cosa que todas las personas brillantes hacen cuando obtienen ese momento “Eureka”: VISUALIZAN LA IDEA. Buena suerte.

Has señalado el problema exacto. Bien hecho.

Por lo tanto, no hay singularidad.

La respuesta de Edward Cherlin a ¿Puede un agujero negro realmente tener cero volumen?

La materia solo puede limitarse a una región de un tamaño comparable a su longitud de onda. Más precisamente, su posición y su momento están limitados juntos, junto con ciertos otros pares de variables. El par tiempo-energía da lugar a pares de partículas virtuales, normalmente con vidas limitadas, y por lo tanto a la radiación de Hawking, donde se escapa una partícula, y el agujero negro recibe un déficit de energía de regreso.

Sí significa eso, lo que seguramente señala por qué esas teorías no son compatibles a la escala de la singularidad. Pero utilizando la comprensión mecánica cuántica, puede reemplazar una singularidad con fluctuaciones cuánticas en una región densa, y cuando se observan escalas más grandes, estas fluctuaciones se suavizan. Pero incluso después de hacer esto con matemáticas rigurosas, no obtendrá una respuesta significativa en otro argumento, digamos en el horizonte de eventos de un agujero negro.

La incompatibilidad (no obviamente relacionada con los agujeros negros) puede resumirse como no renormalizabilidad de la relatividad general. No puedes deshacerte de las divergencias con infinitos pasos / términos. Esto se debe a la teoría de la relatividad general, contiene muchas cosas como la energía, el impulso, el espacio-tiempo, etc. que fluctúan locamente en esas escalas similares de una singularidad, simplemente ya no tiene sentido nada.

La cuestión de si algo viola el principio de incertidumbre solo tiene sentido si ese algo se describe dentro del formalismo de la mecánica cuántica. Por ejemplo, una partícula puntual clásica tiene una posición y un momento exactos y eso está perfectamente bien ya que no es una partícula cuántica.

Por lo tanto, la pregunta “¿una singularidad viola el principio de incertidumbre” ni siquiera se puede responder ya que se pregunta si una cosa no cuántica viola algo que solo se aplica a las cosas cuánticas en primer lugar?

Si está buscando razones para que la mecánica cuántica y la relatividad general sean inconsistentes, vea mi respuesta a ¿Por qué la relatividad general y la mecánica cuántica no son compatibles?

La incertidumbre en el momento y la posición se aplica a todas las entidades independientemente de la masa. Para entidades a gran escala, la incertidumbre está enmascarada. En el nivel cuántico dados los pequeños tamaños, se revela la incertidumbre inherente.

Una vez que el tamaño de una estrella que está experimentando un colapso gravitacional se acerca a cero, las incertidumbres en su impulso y posición dominarán. Estas fluctuaciones cuánticas aleatorias deberían interrumpir la formación de una singularidad puntual y podrían dar lugar a la formación de algún tipo de material exótico con masa negativa. (Ver: masa negativa)

La masa negativa produciría una fuerza repulsiva opuesta a la presión gravitacional interna. A medida que esta fuerza aumenta, puede dar lugar a la formación de nuevos universos. Esta masa negativa podría ser responsable del campo de inflaton que, según la teoría, permitió que el Universo temprano se expandiera sin problemas. (Ver: Inflaton)

Todas las leyes de la física se rompen en la singularidad, incluso la Relatividad General. Quizás la naturaleza aborrece la singularidad. En lugar de colapsar a un punto con cero dimensiones espaciales y volumen infinito, tal vez un agujero negro contenga un trozo de materia realmente muy denso que tenga un tamaño finito; su colapso total evitado por algún fenómeno gravitacional cuántico aún no descubierto.
Lea este artículo: el dúo de astrofísicos propone la estrella de Planck como núcleo de agujeros negros

La idea de que la ubicación y el momento son inversamente proporcionales solo es relevante a nivel de electrones. En el nivel macroscópico, nunca podrá saber exactamente cuánto es su masa (por lo tanto, su impulso) y con el mejor instrumento, no podría determinar su ubicación exacta, incluso si el principio de incertidumbre se aplicara en el agujero negro nivel.

No tenemos idea! En primer lugar, la invención del término “singularidad” es solo una forma de decir “no tenemos idea”. Una singularidad es imposible. No hay singularidades. Usamos la palabra singularidad, sabiendo que no hay singularidades, como andamiaje temporal para llevarnos a la respuesta real. No tomes todo lo que lees como una especie de verdad absoluta. Los agujeros negros que tienen singularidades son una metáfora que representa nuestra falta de comprensión. El principio de incertidumbre de Heisenberg puede o no ser relevante. No tenemos idea de lo que sucede dentro de un agujero negro en la actualidad.

El Principio de incertidumbre de Heisenberg se aplica a partículas elementales individuales, no a grandes masas.

Se podría argumentar que es la reducción más básica del principio de Heisenberg. Dado que la singularidad está oculta detrás del EH, no se puede saber absolutamente nada al respecto.