Comments 48
Но истинное объяснение не очень легко представить, что и запутывает многих.
Удивительно, как много людей думает, что излучение Хокинга происходит прямо на горизонте событий. И везде и всюду в сети встречаются именно неправильные объяснения, что только вредит пониманию и приводит ко всяким "парадоксам".
Да, я неправильно выразился: не удивительно, что не-физики этого не знают, и повторяют, условно слова Хокинга. Удивительно, что и сами ученые зачастую этого не знают (как и я сам до недавнего времени) — это заблуждение встречается повсеместно в кругах физиков. Что в дальнейшем тиражируется на всяких форумах и в научно-популярных материалах.
Хм, а вы вообще пост читали? Половина его как раз про это. И по ссылке в изначальном комменте еще один большой пост, где все в подробностях объясняется.
Ваш процесс — не описанный в статье, а как раз то, что называется неправильным:
Самое распространённое объяснение, данное самим Хокингом, одновременно и самое неправильное: (...) Когда один член пары оказывается вне горизонта событий, а другой попадает внутрь, то внешний может убежать, унося энергию, а внутренний, переносящий отрицательную энергию, уменьшает массу чёрной дыры.
Я не знаю, что еще мне объяснить, перейдите по ссылке и прочитайте, там в подробностях все написано, почему это неправильно, к каким проблемам приводит, и как все происходит на самом деле.
Допустим у нас образовались частица и античастица в плоском пространстве. Обычно они имеют разный заряд и благополучно притягиваются, после чего аннигилируют. Почему бесследно — тоже непонятно (вроде как фотоны должны оставаться?), но пока не в этом вопрос.
Если нас образовались 2 фотона, то они (вроде как) должны разлетаться в противоположные стороны. Каким образом они самоуничтожаются в плоском вакууме? Почему нет «излучения вакуума»? Или им даже скорости света не хватает, чтобы успеть отойти друг от друга и только достаточная кривизна помогает? Но ведь кривизна скорость им увеличить не может?
Я думаю, тут есть несколько составляющих ответа: во-первых, виртуальные частицы — это просто наш способ описывать взаимодействия, это не настоящие частицы; как следствие, во-вторых, законы сохранения могут не выполняться для этих "частиц" (за их время существования, после аннигиляции энергия не возникает из ниоткуда). В-третьих, фотон является античастицей самому себе, поэтому в принципе ему не нужна пара — он может "возникнуть" и исчезнуть в вакууме один. В-четвертых, фотоны очень слабо взаимодействуют друг с другом (можно сказать, что не взаимодействуют вообще), так что концепция "аннигиляции" фотонов не работает и на этом уровне.
- Если возникают «массовые» частицы — то им в обще не обязательно куда-то двигаться, а вот безмассовые, вроде фотона, так не умеют. Как он тогда выбирает направление? Тем более одиночный фотоню
- Если идея появления из ничего ещё с грехом пополам впихивается в голову, то идея исчезновения одиночной частицы уже не влезает. Чем эта частица отличается от обычного фотона, что ей позволяется просто исчезнуть?
- Какое влияние на подобное поведение оказывает кривизна пространства? Если он и так один — почему в плоском он исчезает, а в искривлённом — нет? Как можно искривить одиночный фотон?
Как он тогда выбирает направление?
Случайно. Есть понятие вакуумного состояния электромагнитного поля. Такое, что в среднем фотонов нет, но есть случайные колебания. Они могут приводить к реальным физическим эффектам, таким, как эффект Казимира. Более того, этот вакуум можно "сжимать" для уменьшения неопределенности фазы или амплитуды света.
Чем эта частица отличается от обычного фотона, что ей позволяется просто исчезнуть?
Согласно соотношению неопределенности Гейзенберга, ∆E∆t ~ h, и если временной интервал ∆t очень мал, неопределенность энергии может быть достаточно велика, что значит возможность возникновения "виртуальных" частиц на этот момент ∆t. Очень важно, что это не настоящие частицы, поэтому они могут возникнуть из ниоткуда и исчезнуть никуда. По сути дела, это просто наш способ описания результатов измерения в следствие принципа неопределенности.
Какое влияние на подобное поведение оказывает кривизна пространства?
Тут дело не в кривизне, а в ускорении. Может возникать излучение Унру, когда при ускоренном движении наблюдатель видит не вакуум, а тепловой фон. По сути дела излучение Унру и Хокинга очень близки, и одно можно понимать через другое.
Если он и так один — почему в плоском он исчезает, а в искривлённом — нет?
В искривленном оказывается сложно определять, что есть вакуум вообще, и какова энергия виртуальной частицы в частности. Я снова дам ссылку, которая есть в статье, так как там довольно подробно обсуждается излучение Хокинга.
Как можно искривить одиночный фотон?
Искривить фотон нельзя вообще, искривляется пространство-время, а фотон летит по геодезической. Например, его частота (наблюдаемая издалека) может возрастать, или направление движения "искривляться".
Да, взаимодействие фотонов есть (скорее даже виртуальных), но это лишь при высоких энергиях. Например при столкновении 2 ядер свинца с энергией 5.02 ТэВ на каждый нуклон. Остается мелочь — отделить столкновение фотонов ЭМ поля от столкновения глюонов (или пар кварк-антикварк).
Интересно, какие параметры в этом плане будут у естественный ускорителей вроде тех-же ЧД.
Блин, промахнулся веткой. Это было в ответом сюда.
К сожалению моё знание английского сильно ограничено.
Хммм, я думаю, попробую сегодня перевести статью и запостить отдельно, кажется, это важный момент.
Т.е. получается, ускоритель может производить материю из вакуума, я правильно понял?
Не уверен, что можно говорить так. Потому что это только с точки зрения ускоряющегося наблюдателя он увидит температуру, неподвижный наблюдатель будет по-прежнему видеть вакуум. Так что это скорее вопрос о том, что в теории относительности вакуум можно определить только относительно какой-то системы отсчета. Равно как и понятие "частицы".
А сзади ускоряющегося тела образуется вакуум из вакуума?
Это я не очень понял.
Интересно, какие параметры в этом плане будут у естественный ускорителей вроде тех-же ЧД.
Я повторюсь, тк это важно: издалека это излучение Унру не будет видно, только в ускоренной системе отсчета. В этом разница с ЧД — они как раз излучают для удаленного наблюдателя, хотя суть эффекта примерно та же.
Хммм, я думаю, попробую сегодня перевести статью и запостить отдельно, кажется, это важный момент.Было бы очень здорово.
Потому что это только с точки зрения ускоряющегося наблюдателя он увидит температуру, неподвижный наблюдатель будет по-прежнему видеть вакуумВ вики написано про распад протона, который при равномерном движении невозможен. Как я понимаю — при ускоренном движении элементарные частицы могут взаимодействовать с виртуальными, что может сделать их реальными.
Это я не очень понял.Тут и я не очень понял. Меня немного сбивает с толку вот эта фраза из вики:
>При равноускоренном движении позади ускоряющегося тела тоже возникает горизонт событий
По логике при ускорении больше вирт. частиц будет спереди (из-за них тело и теряет энергию при ускорении), т.е сзади их будет меньше. Своего рода вакуум в вакууме.
С ЧД имелось ввиду как раз взаимодействие вирт. и реальных частиц, которое может быть вполне измеримо, как я понял. Особенно на таких мощных ускорителях, как чд.
Как я понимаю — при ускоренном движении элементарные частицы могут взаимодействовать с виртуальными, что может сделать их реальными.
Да, это верно. Но это следствие того, что понятие реальности частицы по сути дела зависит от системы отсчета. Для ускоренного протона "виртуальные" частицы становятся вполне реальным излучением Унру.
т.е сзади их будет меньше. Своего рода вакуум в вакууме.
Вакуум это уже ноль частиц, так что меньше быть не может:) И потом, совсем не обязательно позади должно быть меньше. Не думаю, что фразу из вики стоит принимать близко к сердцу, это довольно математическое описание, насколько я понимаю.
Особенно на таких мощных ускорителях, как чд.
Пожалуй, можно было бы наблюдать тот же распад протона, сложно сказать.
Вакуум это уже ноль частиц, так что меньше быть не можетОднако эффект Казимира показывает другое, как я понимаю.
Нет, эффект Казимира показывает другое. В среднем частиц в вакууме нет, есть только флуктуации поля около нуля. В принципе эти флуктуации существуют на всех частотах. Если поставить две пластинки очень близко друг около друга, некоторые длины волн не смогут "поместиться" между этими пластинками, так что распределение по частотам окажется другим. Так что случайная сила снаружи оказывается сильнее таковой внутри, и мы видим, как пластинки притягиваются. Это все о флуктуациях, среднее количество частиц остается неизменным и равным нулю.
К сожалению моё знание английского сильно ограничено.
Готово! ;)
P.S. Это я к тому, что нет никакой «энергии вакуума», из которой можно что-то получить «на хяляву», как в околонаучной фантастике.
Сомнительно, т.к. данное явление описывается не только у границ ЧД, а вообще во вселенной, но тут же схлопывается обратно. А вблизи ЧД неимоверная гравитация вносит свои коррективы в этот процесс.
ЧД излучает не частицы, а фотоны. Чуть более правильное объяснение будет такое: рождается пара виртуальных частиц: положительной и отрицательной энергии. [Они виртуальные, поэтому отрицательная энергия вполне может быть, это просто математический объект]. Когда одна из частиц "падает" в ЧД, вторая неизбежно становится реальной. Но вот в реальную частица с отрицательной энергией превратиться не может, так что она оказывается той, что падает в ЧД, уменьшая полную энергию ЧД. Т.к. частицы изначально квантово запутанны, реальной всегда становится та, что с положительной энергией.
А вообще для более точного объяснения можно заглянуть в этот пост.
1) мы говорим мол это виртуально (мат.модель) т.к. имеем отрицательную энергию на пару к положительной, но потом почему-то положительную энергию воспринимаем уже реальной (при том понимая абсурдность её пары с отрицательной энергией).
2) и даже если допустить виртуальную пару, то это никак не объясняет момента, при котором ЧД не втянет в себя половинку пары с положительной энергией, оставляя отрицательную, только потому, что мы вообразили что такое ей нельзя делать, потому что это не по «нашим понятиям» существование отрицательной энергии.
но потом почему-то положительную энергию воспринимаем уже реальной
Она перестала быть виртуальной, когда ее пара пересекла горизонт событий — т.к. когда вторая поглощается ЧД, они больше не могут обратно аннигилировать, и у частицы "нет выбора", кроме как стать реальной.
Вообще, все дело в относительности того, что мы называем "частицей". Как описано по ссылке выше, например, в случае эффекта Унру, вакуум для ускоренного наблюдателя окажется заполнен частицами — только потому что наблюдатель ускоряется.
Ровно так же в эффекте Казимира виртуальные частицы создают реальную силу.
никак не объясняет момента, при котором ЧД не втянет в себя половинку пары с положительной энергией, оставляя отрицательную, только потому, что мы вообразили что такое ей нельзя делать, потому что это не по «нашим понятиям» существование отрицательной энергии.
Я еще раз укажу, что разговор в терминах пар частиц — очень условный. Поэтому ни это мое объяснение, ни объяснение Victor_koly не является верным. Наиболее верный подход — считать излучение Унру через тензор энергии-импульса, но его сложнее представить "на пальцах".
Тем не менее, если продолжать аналогию в терминах отрицательной энергии, две частицы находятся в запутанном состоянии, т.е. обе одновременно обладают и положительной и отрицательной энергией. Когда любая частица из пары падает за горизонт, запутанность разрушается, и оставшаяся частица обязательно становится частицей с положительной энергией (чтобы соблюсти закон сохранения энергии).
PS я не хочу сказать, что объяснение Victor_koly неверно — это по сути то же объяснение, что и у меня, только несколько с другой стороны. Оба одинаково приблизительны.
PPS
не объясняет момента, при котором ЧД не втянет в себя половинку пары с положительной энергией
Такое запросто может быть, что обе частицы падают в ЧД. На самом деле, по большей части так и происходит, только очень небольшое число частиц, которые случайно обладают очень большой энергией, могут убежать.
Если наблюдатель (мы) ускоряется, самое определение частицы для него изменяется. То, что выглядит пустым вакуумом для наблюдателя при равномерном движении, оказывается наполненным частицами при ускорении.
А при ускорении протонов в них есть состав из пар кварков-антикварков и глюонов, который тоже зависит от того, из какой СО мы смотрим.
Отрицательная энергия мне не нравится, но придется ввести для объяснения испарения.
А неизбежно становится реальной та частица (глюон, кварк и т.д.), которая в СО «наблюдателя» (например — центра масс глюона и столкнувшегося с ним глюоном ) имеет матожидание полной энергии не ниже энергии покоя.
А при ускорении протонов в них есть состав из пар кварков-антикварков и глюонов, который тоже зависит от того, из какой СО мы смотрим.
Нет, не совсем так. Кварки-антикварки являются реальными частицами, с ними никаких вопросов нет. Новой частицы не добавится. Но, например, протон может распадаться, если его ускорить, как раз за счет добавки энергии вакуума, который оказывается тепловым излучением.
А неизбежно становится реальной та частица (глюон, кварк и т.д.), которая в СО «наблюдателя» (например — центра масс глюона и столкнувшегося с ним глюоном ) имеет матожидание полной энергии не ниже энергии покоя.
Да даже не матожидание, при чем тут оно? Просто энергия (частота) частицы, которую мы детектируем, не может быть меньше нуля.
Одна частица под воздействием грав. поля ЧД переходит в такое состояние, что полностью находится под горизонтом.
Кстати, все равно кажется выходит проблема с тем, что полная энергия частицы под горизонтом (относительно бесконечности) становится меньше 0. Но может это простенькая интерпретация, ещё до учета настоящего ОТО.
там может быть суперпозиция частиц, имеющих разное распределение пси-функции
Но может это простенькая интерпретация, ещё до учета настоящего ОТО.
Так откуда ж ему взяться, разному распределению? Две частицы, каждая в своем состоянии, они просто будут запутанными. Или вы имеете ввиду если много пар? Матожидание появится, если считать тензор энергии-импульса во всем пространстве вокруг ЧД и усреднять его тогда уже. Там будут разные компоненты, в т.ч. и отрицательная (поток тензора в ЧД). Можно вот тут или тут посмотреть.
А в целом да, мне кажется, посчитать нормально не получится в "простом" варианте. Это скорее для визуализации.
По идее, разное распределение может возникнут лишь потому, что частица и античастица родятся в немного разных местах и уже от этого факта начнут испытывать разное воздействие грав. поля.
Правда тут я грав. поле рассматриваю просто как силу, действие которой можно рассмотреть как потенциал, в разложении которого есть частота
nu = (E1-E2)/h.
Тогда родившаяся частица (любая из пары) переходит из состояния с энергией E1 в состояние с энергией E2 (или наоборот). Состоянию соответствует новая волновая функция.
Но я все равно не знаю, как описать факт того, что частица упала за горизонт через квант. мех. А запутанность тут мне не важна, хотя если мы например сможем подсчитать точный баланс момента импульса всех частиц (фермионы, фотоны, улетающие из ЧД гравитоны), то он должен сохраняться.
По идее, разное распределение может возникнут лишь потому, что частица и античастица родятся в немного разных местах и уже от этого факта начнут испытывать разное воздействие грав. поля.
Да не, не получится. Во-первых, частицы рождаются запутанными, значит дальнейшая эволюция действует на них в равной мере. Во-вторых, размер волновой функции частиц сравним с радиусом ЧД, то бишь само понятие рождения "ближе" и "дальше" не имеет особого смысла.
Ваше рассмотрение слишком простое, тут как минимум непрерывный спектр надо брать, и таки релятивистские поправки.
А запутанность важна для расчетов.
Во-первых, частицы запутывает лишь конкретный процесс рождения. Например — в случае с рождением из 1 фотона 2 фотонов с разной долей горизонтальной и вертикальной поляризации.
Да, есть и смешанные состояния других нейтральных частиц, например — пион и каон.
А эволюция действует по разному, так как каждая из частиц пары в случайный момент времени производит переход из состояния, названного мною в предыдущем посте 1 к состоянию 2.
Поправки на СТО брать придется, если наше место рождения частиц движется с релятивистской скоростью вокруг ЧД.
Про размер ВФ ничего сказать не могу (весь текст далее — просто предположения). Кстати, вполне возможно, что правильным рассмотрением КМ в макромире действительно будет попытка рассмотреть ВФ отдельной частицы возле центра гравитации как суперпозицию ФВ множества частиц типа атома водорода. Нужно сравнить будет момент импульса электрона и протона на расстоянии условном 10 км от ЧД массой 3 масс Солнца с постоянной Планка — по идее выйдет много больше 1.
Во-первых, частицы запутывает лишь конкретный процесс рождения. Например — в случае с рождением из 1 фотона 2 фотонов с разной долей горизонтальной и вертикальной поляризации.
Эм, либо я вас не понял, либо вы говорите о чем-то другом.
Две частицы в паре виртуальных частиц находятся в запутанном состоянии, т.е. хотя их состояние и отличается, разделить их мы не можем. Поэтому эволюцию мы не можем записать для одной частицы и для другой частицы, а только для их общей ВФ. Поэтому вот это:
А эволюция действует по разному, так как каждая из частиц пары в случайный момент времени производит переход из состояния, названного мною в предыдущем посте 1 к состоянию 2.
просто не имеет смысла. Тем более, для фотонов, о которых мы говорим тут, нет состояния 1 и 2.
Поправки на СТО брать придется, если наше место рождения частиц движется с релятивистской скоростью вокруг ЧД.
Эм, я не имел ввиду СТО, но гравитационное замедление времени и красное смещение. Тк частицы по определению рождаются недалеко от ЧД, мы обязаны учитывать кривизну пространства.
Про размер ВФ ничего сказать не могу
Ну там вот по первой ссылке как раз много про это.
правильным рассмотрением КМ в макромире действительно будет попытка рассмотреть ВФ отдельной частицы возле центра гравитации как суперпозицию ФВ множества частиц типа атома водорода.
Ничего не понял:(
Две частицы в паре виртуальных частиц находятся в запутанном состоянии, т.е. хотя их состояние и отличается, разделить их мы не можем.
Есть одна частица, например описывается волновой функцией
2^(-1/2)*|1> + 2^(-1/2)*|2>
Вторая например описывается функцией
2^(-1/2)*|1> — 2^(-1/2)*|2>
И вообще, почему мы не можем их разделить? Родились у нас электрон и позитрон, мы их в электрическое поле, потом добавили магнитное (с компонентой, перпендикулярной эл-му) — вот они и разлетелись в разные стороны. Я же тут не про фотоны писал, если в случае с ЧД.
Ну там вот по первой ссылке
Вижу про излучение Хокинга, что оно идет из сферы радиусом около радиуса Шварцшильда (указывают на компоненты т-ра э-и, соответствующие потоку энергии).
Ничего не понял
Это я пытался представить, как делать переход от квантовой задачи 2 тел к классической (где длина орбиты частицы много больше длины волны де Бройля, правда на точке поворота все равно должен работать принцип неопределенности по координате вдоль большой оси).
И вообще, почему мы не можем их разделить?
Потому что они запутанны, их ВФ не сепарируема. Можете почитать, как это выводится в КТП в любом учебнике.
Родились у нас электрон и позитрон, мы их в электрическое поле, потом добавили магнитное (с компонентой, перпендикулярной эл-му) — вот они и разлетелись в разные стороны.
При чем тут разлет в разные стороны? Я говорю о том, что их общая ВФ не сепарируема на две — они находятся в состоянии запутанности.
Вижу про излучение Хокинга
Ну там же в тексте есть, поиском wavefunction. Можно подробнее тут.
Это я пытался представить, как делать переход от квантовой задачи 2 тел к классической
Да в квантах достаточно спросить и про одно тело: если масса находится в состоянии пространственной суперпозиции, будут ли части этой суперпозиции притягивать друг друга? И дальше можно долго веселиться с решением:)
их общая ВФ не сепарируема на две
Пока не проведем «наблюдение», например — столкнем с чем-то нашу частицу. Может это будет частица любого типа — тоже суперпозиция 2..13 состояний.
дальше можно долго веселиться с решением:)
Мы не будем искать простых путей и рассмотрим попарное взаимодействие для всех протонов, нейтронов и электронов (то есть с позитронами родившимися). Правда в ОТО мы такое сделать не сможем, так как ОТО все же теория поля.
Пока не проведем «наблюдение», например — столкнем с чем-то нашу частицу.
Ну так речь идет именно об этом "до". Я же и говорил: в момент поглощения ЧД запутанность разрушается, тк ЧД "измеряет" частицу.
Мы не будем искать простых путей и рассмотрим попарное взаимодействие для всех протонов, нейтронов и электронов (то есть с позитронами родившимися)
Хех, любопытно посмотреть, как это может работать с макроскопическим (например, мг) массами :)
P.S. Если вспомните про потерю энергии ЧД на испускание грав. волн (величина в несколько энергий покоя Солнца), то у таких больших ЧД (29+36 масс Солнца) конечно при столкновении было достаточно кинетической энергии для этого.
Спросите Итана: как излучение Хокинга и релятивистские струи убегают от притяжения чёрной дыры?