Si la radiación de Hawking ocurre fuera del horizonte de eventos de un agujero negro, entonces, ¿qué causa que un agujero negro se disipe? ¿A qué se evapora?

No contaré toda la historia, pero aquí hay algunos momentos que he tenido al leer el documento original de Hawking y algunos libros de texto y documentos independientes:

• La radiación de Hawking se “produce” fuera del agujero negro, principalmente en una región de tamaño comparable con el radio del agujero negro, pero es difícil determinar su lugar exacto de nacimiento. Leer aquí.
• A medida que el agujero negro pierde masa, se calienta, no se enfría. La radiación de Hawking se vuelve más intensa a medida que disminuye la masa.
• El cuento de hadas sobre pares de partículas virtuales cerca del horizonte es una simplificación excesiva para periodistas y niños, no debe tomarse literal o seriamente, como dice explícitamente Hawking en su artículo original.
• Además, la historia de los pares de partículas en el documento original es diferente de la que se cuenta a menudo. No se trata de los que nacieron afuera, en realidad menciona el túnel desde adentro hacia afuera. Pero mira el punto anterior.
• Por qué el agujero negro pierde su masa no se comprende del todo, o al menos rara vez se describe claramente (o tal vez soy demasiado estúpido para obtenerlo). Una “explicación” obvia implica la conservación de la energía: si se producen algunas partículas energéticas, algo debe perder energía, pero la mecánica exacta no se describe. En otras fuentes, muestran un flujo de energía positivo al exterior mediante la construcción de un tensor de momento de energía apropiado, y de alguna manera está relacionado con las normas de los vectores de muerte en el horizonte y en el infinito. Si no sabe cómo se relaciona la norma del vector Killing con el desplazamiento al rojo, entonces su GR-fu no es lo suficientemente fuerte como para obtener la historia completa de la radiación de Hawking …
• Toda la historia, al menos como lo fue en los años 70, se basa en el uso de la teoría del campo cuántico en un espacio-tiempo curvo de relatividad general, donde la parte del espacio curvo se toma de manera clásica, no cuantificada, por lo que esta es una teoría a medias. (semiclásico), no espere que tenga una descripción mecánica cuántica de cómo exactamente el agujero negro pierde masa.

La radiación de Hawking se describe intuitivamente como la creación de pares de partículas-antipartículas en la vecindad del horizonte de eventos.

Normalmente, tales pares de partículas-antipartículas pueden existir solo durante el momento más fugaz en el tiempo antes de aniquilarse. Esto se debe a que uno de los pares necesariamente tiene energía negativa, un estado que está prohibido por las reglas de la física cuántica.

Pero cuando ocurre cerca del horizonte de eventos, hay que considerar la dilatación del tiempo extremo. Cuando la partícula de energía positiva escapa al infinito, la partícula de energía negativa cae hacia el horizonte. Incluso cuando un observador distante mide millones, miles de millones, trillones de años, un reloj que se movería conjuntamente con la partícula que cae mediría solo la fracción más pequeña de un segundo … y durante un período de tiempo tan breve, la partícula de energía negativa es Todavía se permite que exista.

Aún así, desde la perspectiva de un observador distante, acabamos de agregar una partícula de energía negativa a la energía de masa total del agujero negro. El resultado es que el total disminuye. Por supuesto, el observador distante realmente no ve la partícula de energía negativa que nunca pudo haber estado más allá de una distancia microscópica del horizonte. Por otro lado, la partícula de energía positiva, que se escapa al infinito, puede verse como la radiación emitida por el agujero negro (a pesar de que proviene de la vecindad del horizonte, no exactamente del horizonte). Entonces, para todos los intentos prácticos y propósitos, parece que el agujero negro se está evaporando al irradiar partículas de energía positiva al espacio.

Esto se puede responder mejor describiendo qué es la radiación de Hawking.

Un vacío no es sinónimo de nada. Dentro del vacío existe energía. Otra forma de decir esto es que el vacío tiene una temperatura que no es cero. Lo que se conoce como pares de partículas virtuales, uno cargado negativamente y el otro cargado positivamente, se crean constantemente de manera espontánea a partir de esta energía. Debido a su proximidad entre ellos, aniquilan la energía en muy, muy poco tiempo.

Ahora, existe la probabilidad de que se formen estos pares de partículas virtuales, uno fuera del horizonte de eventos de un agujero negro y el otro dentro de ese horizonte de eventos. Cuando eso sucede, las dos partículas virtuales con carga opuesta se desconectan causalmente y no se aniquilan entre sí. La partícula virtual fuera del horizonte de eventos puede escapar al caer de nuevo a través del horizonte y convertirse en una partícula real presente en nuestro universo. Este proceso ha robado al agujero negro de un poquito de masa. Dado un tiempo suficiente … trillones de años para un agujero negro de masa estelar … el agujero negro se evaporará a un umbral mínimo para los agujeros negros y explotará en un estallido de radiación.

No es fácil responder esto sin la mecánica cuántica y las ecuaciones (y tampoco quiero decir que entiendo completamente).

La mecánica cuántica es algo extraño, sin embargo, sus fundamentos científicos son bastante sólidos. Ha hecho exactamente lo que se supone que debe hacer una teoría científica: ha hecho predicciones no obvias (extrañas) que no podríamos haber predicho sin QM, que luego han sido confirmadas por experimentos (por ejemplo, enredos). Así que nos guste o no (muchos no lo hacen) QM parece ser legítimo.

Entonces: QM dice que a una escala increíblemente pequeña, los pares de partículas y antipartículas aparecen de forma rutinaria, chocan entre sí y se aniquilan entre sí (se llaman partículas virtuales porque son efectivamente imposibles de detectar). Creo (que alguien me corrija si me equivoco), la idea es que las antipartículas NO son partículas antimateria , sino “partículas” virtuales de energía negativa. Si fueran antimateria , habría una liberación de energía cuando se aniquilaran, y no hay (¿hay?)

Stephen Hawking observó que, dado que esto también sucedería cerca del horizonte de eventos de un agujero negro, a veces UNA partícula caería mientras que la otra escaparía, dejándolas incapaces de aniquilar. La que escapa es la radiación de Hawking, y la que cae en realidad aniquila un poquito de la masa de BH, haciéndola más ligera.

Ahora, aquí está la pregunta que siempre tengo en este punto: si es una posibilidad aleatoria si es la partícula o la ANTI-partícula que cae, ¿no debería ser neutra neta? Es decir, ¿las partículas y antipartículas son aproximadamente iguales?

Aparentemente no; Lo más parecido a una respuesta sobre esto es que las ecuaciones QM nos dicen que, desde la perspectiva del Agujero Negro, las partículas que caen siempre restarán masa.

No importa si es la partícula o la antipartícula que se emite, en ambos casos el agujero negro se evaporará.

Partículas y antipartículas tienen masa positiva. Entonces, si un agujero negro pierde a cualquiera de ellos, perderá masa.

Por supuesto, la antipartícula probablemente encontrará rápidamente su partícula correspondiente y se aniquilará, liberando fotones. Pero eso no es ni aquí ni allá para el agujero negro; Ya ha perdido la masa.

Usando la teoría de la RELATIVIDAD GENERAL de Einstein (ya que solo esta puede usarse), nada puede escapar de los agujeros negros. Ni siquiera la luz (que es el límite de velocidad final). Por esta razón (en teoría) los agujeros negros no pueden disiparse. Los agujeros negros son simplemente estrellas colapsadas cuya velocidad superficial ha excedido la velocidad de la luz.

La radiación de Hawking es un cuerpo negro (un objeto opaco que absorbe toda la luz y no refleja ninguna) radiación que (se predice) que será liberada por los agujeros negros cerca del horizonte de eventos (un límite en el espacio en el que los eventos que suceden más allá pueden ” te afecta) La radiación de Hawking no puede causar el colapso del agujero negro ya que (en teoría) esto es solo (creación y) emisión de partículas.

Éstas son dos cosas completamente diferentes.

En una reciente video conferencia, Ted Jacobson hace un buen trabajo al explicar cómo ocurre la energía negativa en la radiación de Hawking.

Según tengo entendido, cuando los pares de electrones / positrones aparecen cerca del horizonte de eventos, como aparentemente lo hacen todo el tiempo, en todas partes, hay un ligero sesgo en cuanto a qué cae en el agujero negro. Es más probable que el electrón escape, mientras que el positrón cae.