हॉकिंग विकिरण वास्तव में ब्लैक होल के द्रव्यमान को कैसे कम करता है?


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अब तक जो मैं समझता हूं, जब एक आभासी कण घटना क्षितिज को पार करता है और दूसरा नहीं करता है, तो वे एक-दूसरे का सत्यानाश नहीं कर सकते हैं। बाद वाला ब्रह्मांड में घूमता है (btw, क्या यह अभी भी इस बिंदु पर आभासी है, और इस बिंदु पर 'आभासी' का क्या अर्थ है, यदि ऐसा है?), जबकि दूसरा ब्लैक होल द्वारा भस्म हो जाता है। मैं यह नहीं देखता कि यह घटना ब्लैक होल के वाष्पीकरण में कैसे योगदान करती है (क्योंकि कण ब्लैक होल से उत्पन्न नहीं होते हैं)। क्या भस्म कण वास्तव में ब्लैक होल द्रव्यमान में नहीं जोड़ा जाना चाहिए?

मेरा सबसे करीबी सवाल क्या हॉकिंग विकिरण वास्तव में ब्रह्मांड में द्रव्यमान लाता है? , लेकिन मुझे उत्तर संतोषजनक नहीं लगे।

यानी " ब्लैक सर्किट के गुरुत्वाकर्षण क्षेत्र द्वारा एक वास्तविक कण बनने में बच गए आभासी कण 'को बढ़ावा दिया जाता है ", बल्कि इस सवाल का जवाब देता है।

संपादित करें: मैं उत्तर में प्रस्तुत ज्ञान से दीन हूं और किसी भी उपयुक्त को चिह्नित करने में अक्षम महसूस करता हूं। मुझे उम्मीद है कि यह ठीक है।


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आभासी कण जोड़े के बारे में भूल जाओ, यह एक रूपक की तरह अधिक है। बात यह है कि ब्लैक होल विकिरण का उत्सर्जन करते हैं, भले ही वे ऐसा कैसे करें। विकिरण ऊर्जा ले जाता है, जो कहीं से आना चाहिए, यहां कोई मुफ्त भोजन नहीं है। लेकिन ऊर्जा द्रव्यमान के बराबर होती है। यह सब बड़े पैमाने पर ब्लैक होल के "बैंक खाते" से निकलता है, क्योंकि यह केवल पास की चीज है।
फ्लोरिन आंद्रेई

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@ Marko36 यह नहीं है कि आभासी कण सामान्य रूप में एक रूपक होते हैं (हालांकि एक मायने में वे सभी कण, आभासी या अन्यथा अंतर्निहित क्षेत्रों के कुछ पहलुओं को देखने का एक तरीका है), लेकिन वे वास्तव में बहुत अच्छी व्याख्या नहीं हैं हॉकिंग विकिरण। हालाँकि, यह आपके प्रश्न का उत्तर नहीं देता है। मैं जवाब देखने के लिए उत्सुक हूं।
स्टीव लिंटन

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आप की जाँच करने के लिए पसंद कर सकते हैं math.ucr.edu/home/baez/physics/Quantum/virtual_particles.html और physics.stackexchange.com/questions/185110/... आभासी कणों के बारे में भौतिकी पर और अन्य संबंधित प्रश्नों।
PM 2Ring

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भौतिकी पर यह प्रश्न (और इसका स्वीकृत उत्तर सबसे करीब आता है जो मैंने अभी तक इस प्रश्न को संबोधित करने के लिए पाया है) लेकिन वे अभी भी इसका पूरी तरह से उत्तर नहीं देते हैं। Phys.stackexchange.com/questions/251385/…
स्टीव लिंटन

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@ Marko36 "आभासी कण" फेनमैन आरेख में आंतरिक रेखाएं हैं और इससे अधिक का पुन: उपयोग नहीं किया जाना चाहिए। QFT कभी भी एक "आभासी कण" के लिए एक राज्य प्रदान नहीं करता है । वे पूरी तरह से रूपक हैं। अर्नोल्ड Neumaier (द्वारा जवाब देखें physics.stackexchange.com/a/252183 ) और उनके लिंक।
रोबिन एकमैन

जवाबों:


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मैं आपको एक सहज जवाब देने जा रहा हूं। ध्यान रखें, यह "वास्तविक" उत्तर नहीं है, क्योंकि हॉकिंग विकिरण आभासी कणों के साथ विशिष्ट पॉप-विज्ञान स्पष्टीकरण की तुलना में काफी अधिक जटिल है। लेकिन फिर भी कुछ सहज औचित्य संभव है।

मैं यह नहीं देखता कि यह घटना ब्लैक होल के वाष्पीकरण में कैसे योगदान करती है (क्योंकि, कण ब्लैक होल से उत्पन्न नहीं होते हैं)।

आपको यहां एक महत्वपूर्ण बिंदु याद आ रहा है।

जब जोड़ी उत्पन्न हुई थी, तो वे आभासी कण थे। जोड़ी के एक तरफ के बाद ब्लैक होल द्वारा अवशोषित किया गया था, और दूसरी तरफ जारी किया गया था, जारी किया गया हिस्सा एक वास्तविक कण है। वहां बहुत बड़ा अंतर है - आभासी बनाम वास्तविक।

आभासी कण वास्तव में उसी तरह से मौजूद नहीं हैं जैसे आप और मैं मौजूद हैं। वे बहुत कम समय के लिए अस्तित्व में प्रतीत होते हैं; और अधिक ऊर्जावान, हाइजेनबर्ग समीकरण के अनुसार, उनके आभासी "अस्तित्व" का अंतराल। कई मायनों में वे सिर्फ एक गणितीय चाल है।

वैक्यूम के बारे में सोचो, जहां कोई वास्तविक कण मौजूद नहीं है। इससे पहले, यह सिर्फ वैक्यूम है। अभी, एक आभासी जोड़ी संक्षेप में फ़्लिकर करती है, फिर चली गई है। भविष्य में, यह फिर से वैक्यूम है।

पहले क्या ऊर्जा थी? शून्य। भविष्य में ऊर्जा क्या है? शून्य। झिलमिलाहट के दौरान ऊर्जा क्या है? खैर, यह मूल रूप से शून्य है, हाइजेनबर्ग के समीकरणों द्वारा अनुमत सीमा के भीतर। निचला रेखा है, आभासी कण आते हैं और चले जाते हैं, और वे अंतरिक्ष के कुछ खाली हिस्से के ऊर्जा संतुलन में योगदान नहीं करते हैं।

(मैं यहाँ एक सहज व्याख्या के लिए निर्वात ऊर्जा की अवधारणा की उपेक्षा कर रहा हूँ।)

लेकिन मान लें कि वर्चुअल कणों में से एक ब्लैक होल द्वारा फंस गया है, इसलिए यह अपने समकक्ष के साथ सत्यानाश नहीं कर सकता है। दूसरा कण विपरीत दिशा में उड़ता है और ब्लैक होल से बच जाता है। क्या बुरा है, यह अब एक वास्तविक कण है - हमने हाइजेनबर्ग समीकरणों द्वारा अनुमत अवधि को पार कर लिया है, इसलिए जो बच जाता है वह अब आभासी नहीं है।

वह कण वास्तविक कैसे बने?

यह एक बड़ा मुद्दा है, क्योंकि आभासी कणों को संक्षिप्त रूप से अस्तित्व में रखने के लिए ऊर्जा बजट की आवश्यकता नहीं होती है, जबकि असली कण ऊर्जा को हमेशा के लिए ले जाते हैं। कुछ ने आभासी जोड़ी को खुद को नष्ट करने से रोका, और एक घटक को वास्तविक कण की स्थिति में बढ़ाया। आभासी जोड़ी में शून्य ऊर्जा होती है। असली कण जो दूर हो जाता है, उसमें गैर-शून्य ऊर्जा होती है। उस ऊर्जा को कहीं से आना है।

यह ब्लैक होल से आता है। ब्लैक होल अपनी एक कण / ऊर्जा (एक ही चीज) को एक कण को ​​आभासी से वास्तविक तक बढ़ाने के लिए छोड़ देता है। अन्य कण पर कब्जा कर लिया है - लेकिन वैसे भी आभासी होने के नाते, यह वास्तव में कोई फर्क नहीं पड़ता।

यह सहज व्याख्या यह नहीं कहती है कि वास्तव में बढ़ावा कैसे होता है। मैं दुन्नो, जादू। किसी तरह एक आभासी कण ब्लैक होल से ऊर्जा का एक हिस्सा प्राप्त करता है और वास्तविक हो जाता है।

फिर, यह वास्तविक प्रक्रिया नहीं है। वास्तविक प्रक्रिया अधिक जटिल है । यह केवल एक पॉप-विज्ञान परी कथा है।


EDIT: घर के करीब हिट करने के लिए, हॉकिंग विकिरण Unruh प्रभाव के एक करीबी रिश्तेदार की तरह है । एक जड़ता पर्यवेक्षक का कहना है कि मात्रा के इस भाग में यहाँ खाली स्थान दिखता है। एक त्वरित पर्यवेक्षक को एक ही वॉल्यूम में खाली स्थान नहीं दिखाई देगा, लेकिन इसके बजाय ब्लैकबॉडी विकिरण को देखेंगे। यही अनरुभ प्रभाव है।

वैसे, गुरुत्वाकर्षण और त्वरण एक ही चीज है, सामान्य सापेक्षता के अनुसार। तो ब्लैक होल के पास मजबूत गुरुत्वाकर्षण मजबूत त्वरण के बराबर है। उरुह प्रभाव के समान कुछ वहाँ होना चाहिए। यही हॉकिंग विकिरण है।

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

EDIT2: वर्तमान में इस पृष्ठ पर मौजूद अन्य उत्तर उपयोगी वैकल्पिक बिंदु प्रदान करते हैं, इसलिए उन्हें भी देखें।


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यह "पॉप-साइज़ फेयरीटेल", जैसा कि आपने इसे स्वयं कहा है, यह काफी सुखद रीड है, मुझे हंसी भी आई। धन्यवाद। लेकिन यह "मैं दुन्नो जादू" हूं, मैं इसके बाद हूं: आभासी कण को ​​वास्तविक स्थिति कैसे मिलती है (जादू के अलावा) और यह बीएच वाष्पीकरण में कैसे योगदान देता है, जिससे कुछ भी ब्लैक होल से बच नहीं सकता है ...
Marko36


क्या आपको समान अनुपात में कण और एंटी-कण मिलते हैं?
स्टीवन गुबकिन

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मैं अंतर्ज्ञान के एक हिस्से से संघर्ष कर रहा हूं - वह कण क्यों बच जाता है जो "वास्तविक" में परिवर्तित हो जाता है, जबकि जो कैप्चर किया जाता है (और इस प्रकार भागने वाले की तुलना में किसी भी अधिक का विनाश नहीं करता है) "आभासी" रहता है? मुझे लगता है कि उत्तर को वास्तविक बनाम आभासी के माध्यम से संबोधित करने की आवश्यकता है। मेरा अंतर्ज्ञान मुझे बताता है कि भागने वाला कण और कैप्चर किए गए कण एक दूसरे के समान वास्तविक हैं, और इस प्रकार ब्लैक होल ने द्रव्यमान / ऊर्जा खो दी हो सकती है, जिससे वह बच सकता है, लेकिन इसने कैप्चर किए गए द्रव्यमान / ऊर्जा को प्राप्त कर लिया है, जिसके परिणामस्वरूप शून्य के समग्र नुकसान में।
जेबेंटली

@JBentley यह वैसे भी सिर्फ एक कहानी है।
फ्लोरिन आंद्रेई

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ये व्याख्यान नोट्स कुछ हद तक मुद्दों को संबोधित करते हैं, विशेषकर स्लाइड 33-35 पर।

क्योंकि क्षितिज के पास दृढ़ता से फैला हुआ स्पेसटाइम, वैक्यूम में उतार-चढ़ाव से बने आभासी कणों में नकारात्मक ऊर्जा घनत्व होता है।

ऊर्जा घनत्व = प्रति इकाई आयतन ऊर्जा।

इन कणों में वास्तव में सकारात्मक द्रव्यमान होता है - जो बच गया उसे देखो! - लेकिन उनके जीवनकाल को बहुत ही अजीब तरीके से वितरित किया जाता है। (क्वांटम-यंत्रवत् रूप से बोलते हुए, कणों में गैर-अक्ष मात्रा होती है; यह तरंग-कण द्वंद्व का एक पहलू है।)

नकारात्मक ऊर्जा घनत्व वाले पदार्थ को आमतौर पर विदेशी पदार्थ कहा जाता है

और, थोड़ा बाद में:

फ्लैट स्पेसटाइम में क्वांटम मैकेनिकल वैक्यूम उतार-चढ़ाव - किसी भी मजबूत गुरुत्वाकर्षण क्षेत्र से दूर - हमेशा शून्य शुद्ध ऊर्जा घनत्व होता है; वे कभी विदेशी नहीं हो सकते।

हालांकि, विकृत स्पेसटाइम में, वैक्यूम में उतार-चढ़ाव सामान्य विदेशी में होता है: उतार-चढ़ाव के कलाकारों की टुकड़ी द्वारा प्रकाश के विक्षेपण के अवलोकन से ऊर्जा घनत्व को मापने वाले एक दूर के पर्यवेक्षक के अनुसार, उनका शुद्ध ऊर्जा घनत्व नकारात्मक है। वक्रता जितनी मजबूत होती है, ऊर्जा घनत्व उतना ही नकारात्मक होता है।

यह अब तक का सबसे अच्छा स्पष्टीकरण है।


यह भी खूब रही !
फ्लोरिन आंद्रेई

मुझे इस व्याख्यान में स्पष्टीकरण पसंद है। यही कारण है कि मैंने इसे अपने उत्तर में घंटों पहले जोड़ा था ...

@jakub_d। अरे! माफ़ करना। क्या आप मुझे हटाना चाहेंगे?
स्टीव लिंटन

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यह एक जटिल घटना है। मुझे लगता है कि सवाल जवाब की विविधता होने से लाभ होगा।
फ्लोरिन आंद्रेई

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मुझे कोई आपत्ति नहीं है, लेकिन अगर लोग व्याख्यान के अलग-अलग बिट्स को कॉपी-पेस्ट करते रहते हैं, तो जल्द ही हमारे पास पूरी बात यहां होगी। :) मैं इच्छुक लोगों को व्याख्यान नोट्स पढ़ने के लिए प्रोत्साहित करूंगा, वे वास्तव में दिलचस्प हैं।

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हेइज़ेनबर्ग का सिद्धांत आपको ऊर्जा संरक्षण कानूनों का अस्थायी रूप से उल्लंघन करने की अनुमति देता है (उदाहरण के लिए कुछ भी नहीं के कणों का निर्माण) जब तक आप समय में सब कुछ चुकाते हैं। पार्टिकल-एंटीपार्टिकल पेयर जितना बड़ा होगा, उतनी ही जल्दी उसे चुकाना होगा। एक आभासी जोड़ी को एक वास्तविक जोड़ी में परिवर्तित करने के लिए अवैतनिक ऋण का प्रतिनिधित्व करने के लिए नकारात्मक-ऊर्जा "विदेशी मामला" (जो भी हो) का एक सा पैदा करने के रूप में देखा जा सकता है। इसकी ऊर्जा विपरीत चिन्ह के साथ जोड़ी के आकार के बराबर है। यह तब एक कण के साथ ब्लैक होल में गिर जाता है, जिससे ब्लैक होल का द्रव्यमान कम हो जाता है।

ब्लैक होल का क्षितिज कुछ आभासी जोड़े के पुनर्संयोजन के रास्ते में हो जाता है, इसलिए ये रूपांतरण आभासी-> वास्तविक होंगे।

मुझे यह व्याख्यान समान विचार (अधिक विस्तृत और कम कटा हुआ) के साथ मिला: http://teacher.pas.rochester.edu/Ast102/LectureNotes/Lecture19/Lecture19.pdf


यहाँ पर पॉप-साइज़ का सिद्धांत है, लेकिन क्या इस समीकरण को संतुलित करने के लिए "विदेशी मामला" वास्तव में आवश्यक है? यदि कोई वर्चुअल मैटर-एंटीमैटर पेयर सेल्फ-इंस्टेंटिअस और एंटी-मैटर कण ब्लैक-होल में गिर जाता है, जबकि एक रेगुलर-मैटर-पार्टिकल बच जाता है, तो क्या उसे "पार्टिकल" नहीं होना चाहिए (हां, मुझे पता है कि ब्लैक होल अजीब हैं) ब्लैक होल कण वास्तव में एक चीज नहीं है, इसीलिए यह ब्लैक होल से मूल्य के लायक है), या ब्लैक होल अनिवार्य रूप से भूल गया है कि यह घटक द्रव्यमान से बना है?
सिडनी

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@Sidney एंटीमैटर में अभी भी सकारात्मक द्रव्यमान है, जब एक पॉज़िट्रॉन एक इलेक्ट्रॉन से मिलता है, तो हम इसे विलोपन कहते हैं, लेकिन परिणाम शून्य नहीं है, यह समतुल्य सापेक्ष द्रव्यमान के दो गामा फोटॉन हैं।

इस जवाब से मुझे लगा कि मैं मदद नहीं कर सकता लेकिन साझा कर सकता हूं। अलक्यूबियर वॉर ड्राइव की अवधारणा के लिए 'एक्सक्लूसिव मैटर' की आवश्यकता होती है, तो क्या सैद्धांतिक रूप से संभव है कि इसका फायदा उठाकर एक जम्प ड्राइव शुरू किया जा सके? या यह एक ही प्रकार की विदेशी वस्तु / ऊर्जा नहीं है?
केली एस। फ्रेंच

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@ KellyS.French यदि आप कुछ नकारात्मक ऊर्जा घनत्व वाले सामान की कटाई करना चाहते हैं, तो आप उड़ने वाले दर्पण और प्रवाहकीय प्लेटों के साथ खेलना बेहतर होगा (कासिमेर प्रभाव देखें)। यह या तो काम नहीं करेगा, लेकिन कम से कम आपको इसके लिए एक ब्लैक होल की आवश्यकता नहीं है। :)

ऐसा क्यों होना चाहिए कि जो कुछ भी नकारात्मक है वह अंदर गिर जाए? इस चित्र से एक औसत अशक्त प्रभाव की उम्मीद होगी।
अल्चिमिस्ता

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मुझे नहीं पता कि विशेषज्ञ इस विवरण से सहमत होंगे, लेकिन यहां बताया गया है कि मैं इसे कैसे समझता हूं:

अंतरिक्ष और घटना क्षितिज दोनों निरंतर मात्रात्मक उतार-चढ़ाव में हैं। अनिवार्य रूप से, घटना क्षितिज में छोटे तरंग होते हैं। उन बिंदुओं पर जहां घटना क्षितिज ऊपर (ब्लैक होल के औसत त्रिज्या के ऊपर) तरंगित होती है, इसमें स्थानीय ऊर्जा की औसत मात्रा होती है। तीव्र गुरुत्व तेजी से उस स्थानीय टक्कर को पीछे खींचता है, गिरने वाला टक्कर उस स्थानीय ऊर्जा एकाग्रता को शेष क्षितिज के पार भेजता है।

अब छेद के पास संभव आभासी कण-जोड़े पर विचार करें। यदि एक स्थिर आभासी कण-युग्म घटना क्षितिज के ठीक ऊपर दिखाई देता है, तो यह या तो पुनर्संयोजित हो जाएगा और गायब हो जाएगा या पूरी चीज छेद में खिंच जाती है और शून्य में लुप्त हो जाती है। हमें एक आभासी कण-युग्म की आवश्यकता है जो कि प्रकाश की गति पर, ब्लैक होल से दूर एक स्पष्ट गति है। यदि वह आभासी कण-जोड़ी पूरी तरह से भागने के लिए पर्याप्त तेजी से जा रही है, तो वे पुन: संयोजित होकर गायब हो जाते हैं। शून्य शुद्ध प्रभाव। हमें एक आभासी कण-युग्म की आवश्यकता होती है जो प्रकाश की गति पर ब्लैक होल से दूर जा रहा है, और हमें क्षितिज में एक तरंग की आवश्यकता है जो केवल एक आभासी कण को ​​पकड़ता है। मेरा मानना ​​है कि दोनों को पकड़ने से बचने के लिए, दूसरे आभासी कण से दूर जाने के लिए लहर को अत्यधिक नीचे की ओर त्वरण के नीचे होना चाहिए। और यहाँ महत्वपूर्ण हिस्सा है: कण जोड़ी के बीच ऊर्जा-ऋण उन्हें एक-दूसरे की ओर खींचता है। फंसे कण को ​​ऊपर की ओर खींचा जा रहा है, प्रभावी रूप से क्षितिज पर ऊपर की ओर खींच रहा है जिसने इसे फँसाया है। यह क्षितिज-तरंग के पतन को धीमा कर देता है, ऊर्जा को कम कर देता है कि गिरने वाला लहर बाकी ब्लैक होल में वापस आ जाता है।

दो आभासी कणों को खींचने के लिए आवश्यक ऊर्जा दो गैर-आभासी कणों की संयुक्त ऊर्जा के बराबर होती है। तो गिरता हुआ तरंग दो कणों के बराबर ऊर्जा खो देता है, और छेद एक कण को ​​खा जाता है। सब कुछ बच गए एक कण के साथ।

मेरा मानना ​​है कि यह उसी तरह से काम करता है, भले ही आभासी कण फोटॉन हों या पदार्थ-प्रतिकारक जोड़ी।


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यहां क्वांटम मैकेनिक्स की उपमा दी गई है। क्यूएम में एक कण एक असंभव बाधा के माध्यम से सुरंग कर सकता है, जो कि नेतृत्व की तुलना में भारी तत्वों में उनके न्यूट्रॉन में से कुछ "सुरंग" हो सकते हैं जो कि मजबूत बल के बंधनों से बचने वाले नाभिक से बाहर निकलते हैं।

यहाँ छवि विवरण दर्ज करें

एक छोटा ब्लैक होल एक क्वांटम बैरियर की तरह होता है जो कि एक कण से बचने के लिए सुरंग के माध्यम से हो सकता है। बैरियर जितना छोटा (ईवेंट होरिजन), उतनी ही अधिक संभावना है कि यह सुरंग से बाहर निकल सके। 228 टन द्रव्यमान वाला एक माइक्रो ब्लैक होल और 3.4 x 10 ^ -7 फेमटोमीटर का एक इवेंट हॉरिजन (शाब्दिक रूप से 1 मिलियन से कम प्रोटॉन का आकार) यह बहुत लंबे समय तक और बिल्कुल भी कणों पर नहीं टिकेगा । वास्तव में यह ठीक 1 सेकंड के बाद हॉकिंग विकिरण के एक विस्फोट में फट जाएगा ।

पूरे सेंटीमीटर की त्रिज्या के साथ एक बड़ा अर्थ मास ब्लैक होल , अधिक समय तक चलेगा: 8 x 10 ^ 50 वर्ष क्योंकि यह एक कण के लिए पूरी सेंटीमीटर के माध्यम से आजादी पाने के लिए बहुत कम संभावना है।


स्रोत: तीन आयामी ब्लैक होल से क्वांटम टनलिंग: https://arxiv.org/abs/1306.6380

स्रोत: हॉकिंग विकिरण ने क्वांटम प्रभाव के रूप में मॉडलिंग की: http://cscanada.net/index.php/ans/article/view/j.ans.1715787020120502.1817

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