Bueno, si entiendo correctamente (descartando la suposición falsa) cuál es su pregunta: ¿Por qué el fenómeno de la evaporación del agujero negro no conserva el número de bariones y leptones y la radiación es un espectro puramente térmico, una distribución estadística de partículas emitidas por el cuerpo negro?
Todo lo que puedo ofrecer es al menos una respuesta parcial (la respuesta completa total en un escenario no idealizado sigue siendo una tarea abierta muy difícil, una finalización exitosa de esta tarea arrojaría una teoría de la gravedad cuántica).
Comencemos con un escenario no realista extremadamente idealizado de acuerdo con la teoría de la gravedad clásica en espacios espaciales 4 dimensiones asintóticamente planos, y con un contenido particular de materia.
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Imagine el siguiente escenario: explorando las leyes de la relatividad general, estamos observando una evolución idealista de la estrella durante el colapso gravitacional. La estrella está llegando a un límite en su aumento de masa, las fuerzas gravitacionales son tan fuertes que ya no hay fuerzas internas, es decir, la fuerza nuclear puede mantener cualquier resistencia a través. fuerza repulsiva interna a ellos. Hemos alcanzado el límite de Landau – Oppenheimer – Volkoff suponiendo que el “contenido de materia particular” significa materia degenerada de neutrones. El colapso gravitacional de la estrella de neutrones en el agujero negro parece inevitable.
[Nota al margen: esta es una idealización extrema y se deriva de la mera excusa de una comprensión inadecuada e insuficiente de la teoría cuántica de las formas degeneradas extremadamente densas de la materia. De hecho, teóricamente, este límite no representa una amenaza para la prevención del colapso en el agujero negro. En cambio, podría nacer un objeto más interesante como el quark o la estrella hiperon. Ed demostró un escenario de evasión del colapso del agujero negro a mediados de los 80. Witten Witten demostró que si el plasma de quarks y gluones contiene un número suficiente de quarks s extraños junto a los quarks u y d comunes que componen los nucleones, en una situación de densidad extrema, los quarks están tan “unidos” que ocupan todos los estados cuánticos fermiónicos inferiores y hay no hay lugar para la transformación de s quarks en u quarks. Witten demostró que existe un equilibrio de quarks u , d , s en el gas fermión que es energéticamente más óptimo que la hadronización en bariones o mesones. Teóricamente, esto podría detener el proceso de hadronización y tal “extraña materia de quark” podría ser estable incluso en condiciones normales, no por fuerza gravitacional sino por una fuerte interacción.]
Nuestra exposición hasta ahora asumió un objeto muy idealizado concretamente un objeto simétrico esférico idealmente no rotativo, sin carga con contenido de materia particular, es decir, una estrella de neutrones idealizada.
En realidad, la mayoría de las estrellas están muy deformadas debido a la acumulación de materia, el bombardeo de materia / energía externa, fuerzas internas, fuerzas de bofetada y otros muchos efectos. Pero cuando incluso un objeto tan altamente deformado se acerca al colapso gravitacional, el agujero negro resultante siempre parece ser esféricamente simétrico (en nuestra visión limitada) en otras palabras, por qué la estrella deformada bajo colapso gravitacional descarta completamente su información sobre la estructura interna y se reduce a tal objeto de estructura muy trivial? En otras palabras, ¿por qué el agujero negro no contiene información sobre su estructura pasada?
En nuestra vista reducida hasta ahora explorada, podemos afirmar con seguridad que el agujero negro no tiene pelos además de la masa total M, la carga eléctrica Q y el momento angular J.
Después del colapso gravitacional exitoso (creación del horizonte de eventos, cese de la radiación gravitacional y electromagnética emitida durante el colapso). Podemos decir que el campo electromagnético y gravitatorio externo del agujero negro estacionario en el vacío ideal está completamente determinado por estos parámetros independientes del árbol M, Q, J sin preocuparse de qué material, estructura o por qué medios apareció el agujero negro.
¡La masa, la carga y el momento angular son las únicas magnitudes que se conservan! (No cambien bajo colapso gravitacional) Por lo tanto, estas son las únicas fuentes de interacción con sus campos particulares. Momento de masa y angular con campo gravitacional y carga con campo electromagnético. Estos campos tienen un efecto de largo alcance y, por lo tanto, dejan una huella o huella en los campos del agujero negro. Después de la formación del horizonte de eventos, estos campos aún conservan estas magnitudes de fuentes como existentes un poco antes de la formación del horizonte de eventos. Los campos del agujero negro llevan el legado de la existencia de estos portadores de magnitudes, incluso aunque ya no estén.
(Nota: el legado de Einsteins continúa sin importar cuánto tiempo esté muerto, más o menos lo mismo. El legado de Einsteins dejó huella de su magnitud en el campo de la física. Igual que estos portadores (de fuerzas) dejan su legado de masa / carga / momento angular ” disuelto “en el campo del agujero negro aunque ya no existan objetivamente)
Así, incluso si la carroña de particular magnitud es:
- absorbido en singularidad
- aparece en un punto de tiempo o espacio diferente dentro de nuestro universo
- aparece en el punto del espacio o el tiempo en un universo diferente
(Nota: todos estos fenómenos suceden desde el punto de vista del transportista, no del observador externo, ya que para el observador externo, todos estos resultados pronosticados están atrapados en un futuro absoluto para él inalcanzable, por lo tanto no tienen sentido ???)
¡Todavía no se pierde su información de masa, carga, momento angular!
Vamos a volver a imaginar nuestra situación ahora:
Tenemos dos puntos distantes como las partículas A y B que están en interacción gravitacional o electromagnética. ¡Después de la absorción de la partícula A por el agujero negro, la interacción con la partícula B no termina! Después de la emisión de información de magnitudes no conservadas, las magnitudes conservadas se imprimen en campos de agujero negro y aún a larga distancia interactúan con la partícula B !
Esta es una solución parcial al problema: ¿cómo puede una fuerza gravitacional desde más allá del horizonte de eventos afectar a los objetos externos si suponemos que el horizonte de eventos es la barrera impenetrable?
La respuesta en nuestra visión muy reducida es que la fuerza gravitacional no necesita sobresalir desde adentro hacia afuera del horizonte de eventos, antes de que la estrella ideal colapsó, el campo gravitacional ya estaba presente y no se destruye por el colapso gravitacional o la absorción de partículas que mantiene. valor conservado como fue un pequeño momento antes del colapso o la absorción.
Esto es muy interesante porque todavía estábamos hablando del tratamiento extremadamente ingenuo de los campos clásicos, la desmitificación adecuada de cómo una partícula “se disuelve en un agujero negro” requiere de hecho un tratamiento breve de la unificación de la teoría cuántica y la relatividad general. Y como era de esperar, la desmitificación trajo aún más cosas místicas.
En la teoría cuántica de campos las cosas no son tan simples. Según la teoría del campo cuántico, cada interacción de las fuerzas fundamentales debe tener una carrocería intermedia de las fuerzas. Así, los campos clásicos ya no son continuos y de repente son discretos con una cuantificación única.
Estos portadores de fuerzas como cuantos de un campo particular no necesariamente tienen que ser reales en el sentido de que nunca los encontrarás en el trabajo, solo su producto final.
Ejemplo:
Los fotones son cuantos del campo electromagnético. La fuerza eléctrica entre dos partículas cargadas se transfiere mediante la emisión y absorción constantes de fotones. Pero si somos muy cuidadosos y observamos de cerca no encontraremos ningún flujo de fotones entre dos cargas estacionarias. ¡No hay fotones intermedios, son meramente virtuales ! Un modelo de juguete útil. En QED, la interacción de la fuerza se modela simplemente por el espectro de superposiciones de osciladores armónicos, este espectro se cuantifica con precisión. Entonces, los campos cuánticos siempre presentes ya están llenos de partículas virtuales que aparecen y desaparecen en constantes fluctuaciones cuánticas. Entonces, estas partículas virtuales no son reales, son meras representaciones del campo subyacente o ondulación / irradiación del campo.
Volvamos al problema de cómo la gravedad sobresale del interior del horizonte de eventos al mundo externo. En nuestra nueva visión, afirmaríamos que el horizonte de sucesos no es una barrera impenetrable, francamente es incapaz de detener los gravitones (hasta ahora “quanta de campo gravitacional” inexistente, más precisamente los cuantos permitidos de ondulación / radiación gravitacional) que sobresalen en el mundo externo En otras palabras, ¡el horizonte de eventos no es inmune a los efectos de la teoría cuántica! ¡Así se aplican todas las monstruosidades torcidas (desde el punto de vista de Einsteins) de la teoría cuántica como el principio de incertidumbre de Heisenberg! Entonces, las partículas virtuales pueden, debido a las fluctuaciones en el campo gravitacional a escalas extremadamente pequeñas, hacerse realidad al costo de “robar la realidad del agujero negro”. Las fluctuaciones son una de las principales razones, si este fuera un modelo estacionario macroscópico, entonces no se emitiría nada .
Entonces, el par de partículas está siempre presente en el vacío ideal en el que existe el agujero negro idealizado. Están constantemente apareciendo y aniquilando incluso si el agujero negro no está presente. Cuando tal par virtual nace cerca del horizonte de eventos del agujero negro debido a las fluctuaciones cuánticas en el campo gravitacional, las partículas se separarán más allá de la longitud de Compton y de repente afirmarán ser partículas reales a costa de “arrojar energía negativa” en el campo gravitacional del agujero negro .
Revisemos nuestros argumentos de manera más precisa:
- Según la teoría del campo cuántico, un vacío ideal está lleno de pares fluctuantes de partículas y antipartículas que constantemente se estimulan a la existencia y se aniquilan a la no existencia. Los pares más comunes son electrón – positrón, o par de fotones (su propia antipartícula).
- Según los principios cuánticos de incertidumbre, un par de partículas virtuales con masa my energía mc ^ 2 es virtual si y solo si su tiempo de vida no supera el tiempo de Compton ~ h / mc2,
- En el campo gravitacional fuertemente no homogéneo, a partir del agujero negro en escalas pequeñas, las fuerzas gravitacionales (más bien gradientes gravitacionales o fuerzas de bofetada) pueden ser “sentidas” por cada partícula virtual del par radicalmente diferente en magnitud. Por lo tanto, la geodésica de cada partícula puede desviarse dentro del criterio del tiempo de Compton superando drásticamente la distancia de Compton ~ h / mc.
- En tal escenario, la recombinación del par podría no ser posible. Entonces, al final, llegamos debido a la interacción con el campo gravitacional del agujero negro con estas partículas virtuales en un par real de partículas y antipartículas. Energía robada del campo gravitacional de los agujeros negros.
Los efectos de los principales mecanismos de la física cuántica en el espacio-tiempo curvo alrededor del horizonte de eventos del agujero negro:
- Absorción de un miembro del par de partículas virtuales en el horizonte del agujero negro y emisión de otro miembro como partícula real.
- El efecto de túnel cuántico permite que las partículas más allá del horizonte de eventos se “tunelen” hacia el mundo externo y se conviertan en partículas reales (la probabilidad de aparición de partículas dentro del horizonte de eventos es diferente de 0)
- “Teoría cuántica de la gravitación”
Un análisis teórico cuántico detallado ofrece una predicción precisa de la intensidad total (potencia) de la radiación del agujero negro. La probabilidad de emitir una partícula de energía particular E. A partir de esto, un recuento medio de partículas emitidas con frecuencia W , momento L y carga eléctrica Q. Por lo tanto, para agujeros negros idealizados es posible obtener el espectro térmico exacto de la radiación emitida.
A partir de este espectro, se hace evidente que la mayor parte de la radiación emitida viene en forma de fotones cuya longitud de onda se relaciona con el tamaño del horizonte , los electrones y los positrones se pueden emitir solo a pequeñas escalas del horizonte de eventos en un agujero negro en miniatura.
El espectro térmico del agujero negro se relaciona directamente con el mencionado teorema del agujero negro sin cabello. La radiación cuántica proviene de un lugar donde el observador externo no tiene otra información que la masa total, la carga, el momento. (La teoría de las hipersuperficies ocultas) ¡ Por lo tanto, todas las configuraciones de partículas emitidas que tienen la misma energía, carga y momento son igualmente probables!
Desde un punto de vista limitado, el agujero negro “olvidó” la información donde se formó a partir de materia o antimateria, por lo tanto, la probabilidad de emisión de materia o antimateria es independiente de la estructura de la materia que forma el agujero negro hasta el nacimiento del horizonte de sucesos. ¡Desde este punto de vista, ni el número bariónico ni el número leptónico se conservan!
Pero esta es una visión muy muy retrasada al tratar de conciliar la teoría cuántica de campos con la relatividad general clásica. Inevitablemente termina en confusión:
De acuerdo con la mecánica cuántica, el universo tiene un operador unitario que muestra la propiedad de no perder información (no se puede crear o destruir la información simplemente transformar).
Pero la evaporación del agujero negro es una pérdida de información (en hiperesuperficies ocultas [para el observador externo] en el interior).
La radiación de Hawking es el nacimiento de nueva información.
Por lo tanto, concluimos que esta unificación limitada de la relatividad general con la teoría cuántica es INCORRECTA.
Entonces, las preguntas se convierten en ¿cómo investigamos las hipersuperficies ocultas? ¿Cómo se codifica la información entrante en estas hiperesuperficies y luego se proyecta como el nacimiento de información “nueva” en una partícula real repentina?
Bueno, teóricamente tenemos una solución a la que Hawking (Penrose todavía intenta resistirse) sucumbió en 2004.
Algunas observaciones finales:
Dondequiera que algo se llama materia o antimateria es hasta ahora un problema de física completamente sin resolver. En otras palabras, nadie en el mundo entero logró derivar esta distinción de fundamentos exclusivamente abstractos. La mayoría de las teorías que intentan derivar la distinción aún sucumben a alguna convención o consenso. En otras palabras, definimos lo que es materia y antimateria, ¡no pudimos derivar esta distinción de los fundamentos!
Todo lo que he presentado es válido solo en reducciones extremas o modelos de juguetes, idealización monstruosa y otros sin sentido. En un mundo más duro de teorías físicas, se puede demostrar que, de hecho, pueden existir agujeros negros peludos. ¡Así se conservan ciertos números cuánticos! El ejemplo del agujero negro peludo skyrmionic clásico que conserva el número bariónico.
Por último, nuestra comprensión de la antimateria en el campo gravitacional es bastante especulativa, algunos modelos afirman la existencia de una fuerza repulsiva que actúa sobre la antimateria en caída libre. Así, de hecho, la antimateria en cierto sentido cae hacia arriba en un gradiente descendente del campo gravitacional, al menos en algunos modelos 😀
Un agujero negro en realidad no crea partículas. En cierto sentido, el agujero negro simplemente “irrita drásticamente” los campos cuánticos subyacentes del vacío ideal. Es el vacío el responsable del nacimiento de partículas. El agujero negro simplemente los hace reales. Así, en cierto sentido, la emisión ocurriría en el vacío, incluso sin agujeros negros, todo lo que se necesita es molestar al vacío subyacente: por ejemplo, aceleración extrema a través de él. ¡De hecho, el efecto de la radiación de Unruh es casi idéntico a la radiación de Hawking y, según algunos, es más fundamental!
