호킹 방사선은 정확히 블랙홀의 질량을 어떻게 줄입니까?

내가 지금까지 이해 한 바에 따르면, 가상 입자 중 하나가 이벤트 지평을 가로 지르고 다른 하나는 그렇지 않으면 서로를 전멸시킬 수 없습니다. 후자는 우주로 떠돌아 다닌다 (btw,이 시점에서 여전히 가상적인가? 그리고이 시점에서 '가상'은 무엇을 의미 하는가?), 다른 하나는 블랙홀에 의해 소비된다. 입자가 블랙홀에서 생성되지 않기 때문에이 이벤트가 블랙홀의 증발에 어떻게 기여하는지 알 수 없습니다. 소비 된 입자가 실제로 블랙홀 질량에 추가되지 않아야합니까?

가장 가까운 질문은 호킹 방사선이 실제로 우주로 질량을 가져 옵니까? 하지만 답변이 만족스럽지 않습니다.

즉, " 탈출 된 가상 입자는 블랙홀의 중력장에 의해 실제 입자가되는 것으로 '증가'된다 ."

편집 : 나는 답변에 제시 된 지식에 겸손하고 무능하다고 느끼는 것을 가장 적합한 것으로 표시합니다. 나는 이것이 괜찮기를 바랍니다.

직관적 인 답변을 드리겠습니다. Hawking 방사선은 가상 파티클의 일반적인 팝-시크 설명보다 약간 더 복잡하기 때문에 "실제"답변은 아닙니다. 그럼에도 불구하고 일부 직관적 인 정당화가 가능합니다.

입자가 블랙홀에서 생성되지 않기 때문에이 이벤트가 블랙홀의 증발에 어떻게 기여하는지 알 수 없습니다.

여기에 요점이 없습니다.

쌍이 생성되었을 때, 이들은 가상 입자였습니다. 쌍의 한쪽면이 블랙홀에 흡수되고 다른 쪽면이 풀린 후 방출 된 부분은 실제 입자입니다. 가상과 실제의 큰 차이.

가상 입자는 실제로 당신과 나 같은 방식으로 존재하지 않습니다. 그것들은 아주 짧은 시간 동안 존재하는 것 같습니다. 힘이 많을수록 Heisenberg 방정식에 따라 가상의 "존재"간격이 짧아집니다. 여러면에서 그것들은 단지 수학적 트릭입니다.

실제 입자가없는 진공을 생각해보십시오. 전에는 단지 진공 상태입니다. 지금은 가상 페어가 잠깐 깜빡 인 다음 사라졌습니다. 앞으로는 다시 진공 상태입니다.

전에 에너지는 무엇입니까? 제로. 미래의 에너지는 무엇입니까? 제로. 깜박임 동안의 에너지는 무엇입니까? 글쎄, 그것은 기본적으로 Heisenberg의 방정식에 의해 허용되는 한계 내에서 0입니다. 결론은 가상 입자가왔다 갔다한다는 ​​것입니다. 그들은 빈 공간 덩어리의 에너지 균형에 기여하지 않습니다.

(나는 여기서 직관적 인 설명을 위해 진공 에너지의 개념을 무시하고있다.)

그러나 가상 입자 중 하나가 블랙홀에 갇혀서 상대와 함께 소멸시킬 수 없다고 가정 해 봅시다. 다른 입자는 반대 방향으로 날아가 블랙홀에서 빠져 나옵니다. 더 나쁜 것은, 이것은 이제 실제 입자입니다. 우리는 Heisenberg 방정식에 의해 허용되는 지속 시간을 초과하여 탈출하는 것이 더 이상 가상적이지 않습니다.

그 입자는 어떻게 현실이 되었습니까?

실제 입자는 에너지를 영원히 운반하는 반면 가상 입자는 잠시 동안 에너지 예산이 필요하지 않기 때문에 큰 문제입니다. 무엇인가 가상 쌍 자체가 소멸되는 것을 막고 구성 요소 중 하나를 실제 입자 상태로 끌어 올렸습니다. 가상 쌍에는 에너지가 없습니다. 도망 치는 실제 입자는 0이 아닌 에너지를가집니다. 그 에너지는 어딘가에서 와야합니다.

블랙홀에서 나옵니다. 블랙홀은 하나의 입자를 가상에서 실제로 끌어 올리기 위해 질량 / 에너지 (같은 것)를 일부 포기합니다. 다른 입자는 포착되지만 어쨌든 가상이기 때문에 실제로 중요하지 않습니다.

이 직관적 인 설명이 말하지 않은 것은 실제로 부스트가 어떻게 발생하는지입니다. 난 몰라, 마법 어떻게 든 가상 입자 중 하나가 블랙홀에서 에너지 덩어리를 얻어 실제가됩니다.

다시 말하지만 이것은 실제 프로세스가 아닙니다. 실제 프로세스 는 더 복잡 합니다. 이것은 단지 팝 과학 동화입니다.

편집 : 집에 더 가까이 다가 가기 위해 호킹 방사선은 Unruh 효과에 비해 더 가깝습니다 . 관성 관찰자가이 볼륨에서 빈 공간을 본다고 가정 해 봅시다. 가속 관찰자는 같은 부피의 빈 공간을 보지 않고 흑체 방사선을 보게됩니다. 이것이 Unruh 효과입니다.

글쎄, 중력과 가속도는 일반 상대성 이론에 따라 동일합니다. 따라서 블랙홀 근처의 강한 중력은 강한 가속과 같습니다. Unruh 효과와 비슷한 것이 발생해야합니다. 그것이 호킹 방사선입니다.

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

EDIT2 : 현재이 페이지에있는 다른 답변은 유용한 대안을 제공하므로 확인하십시오.

이 강의 노트 는 특히 슬라이드 33-35에서 문제를 어느 정도 다루고 있습니다.

수평선 근처에서 강하게 뒤틀린 시공간에서 진공 변동으로 만들어진 가상 입자는 음의 에너지 밀도를 갖는 것으로 판명되었습니다.

에너지 밀도 = 단위 부피당 에너지.

이 입자들은 실제로 양의 질량을가집니다. 탈출 한 입자를보십시오! -그러나 그들의 질량은 시공간에 매우 이상하게 분포되어 있습니다. 양자 역학적으로 말하면, 입자의 부피는 0이 아닙니다. 이는 파동 입자 이중성의 한 측면입니다.

음의 에너지 밀도를 갖는 물질은 일반적으로 이물질이라고 합니다

그리고 조금 후에 :

강한 중력장에서 멀리 떨어져있는 평평한 시공간에서의 양자 기계적 진공 변동은 항상 제로 순 에너지 밀도를 갖습니다. 그들은 결코 이국적이 될 수 없습니다.

그러나 뒤틀린 시공간에서, 진공 변동은 일반적으로 이국적이다 : 변동의 앙상블에 의한 빛의 편향을 관찰함으로써 에너지 밀도를 측정하는 먼 관찰자에 따르면, 순 에너지 밀도는 음의 값이다. 곡률이 강할수록 에너지 밀도는 더 부정적입니다.

이것이 내가 지금까지 본 최고의 설명입니다.

Heisenberg의 원칙에 따라 모든 것을 제 시간에 상환하는 한 에너지 보존법을 일시적으로 위반할 수 있습니다 (예 : 아무것도없는 입자 쌍 생성). 입자-반입자 쌍이 클수록 더 빨리 상환해야합니다. 가상 쌍을 실제 쌍으로 변환하는 것은 미지급 부채를 나타내는 약간의 부정적인 에너지 "이국적인 물질"(무엇이든)을 생성하는 것으로 볼 수 있습니다. 그것의 에너지는 반대 부호를 가진 쌍과 크기가 같습니다. 이것은 입자 중 하나와 함께 블랙홀로 떨어지며 블랙홀의 질량을 전반적으로 감소시킵니다.

블랙홀의 지평은 일부 가상 쌍을 재결합하는 방식을 방해하므로 가상-> 실제 변환이 발생합니다.

나는이 강의를 같은 아이디어 (더 자세하고 덜 정육점)로 발견했다 : http://teacher.pas.rochester.edu/Ast102/LectureNotes/Lecture19/Lecture19.pdf

전문가가이 설명에 동의할지 모르겠지만 이해하는 방법은 다음과 같습니다.

공간과 사건의 지평은 모두 일정한 양자 변동에 있습니다. 본질적으로 이벤트 지평에는 작은 파문이 있습니다. 이벤트 지평이 파문이 발생하는 지점 (블랙홀의 평균 반경 이상)에서 지역 에너지의 평균 양을 초과합니다. 강렬한 중력은 그 지역 범프를 빠르게 끌어 내리고, 떨어지는 범프는 나머지 이벤트 지평에 걸쳐 그 지역 에너지 집중을 되돌려 보냅니다.

이제 구멍 근처에서 가능한 가상 입자 쌍을 고려해 봅시다. 정지 된 가상 파티클 페어가 이벤트 수평선 바로 위에 나타나면 다시 결합되어 사라지거나 전체가 구멍으로 당겨져 0으로 사라집니다. 거의 빛의 속도로 블랙홀에서 멀어지게 보이는 가상 입자 쌍이 필요합니다. 가상 파티클 쌍이 완전히 빠져 나갈 정도로 빠르면 재결합하고 사라집니다. 순 효과가 없습니다. 거의 빛의 속도로 블랙홀에서 멀어지고있는 가상 파티클 페어가 필요하며, 가상 파티클 하나만 잡는 수평선의 잔물결이 필요합니다. 나는 리플이 두 번째 가상 파티클에서 멀어 지도록하기 위해 극단적으로 아래쪽으로 가속되어야한다고 생각합니다. 그리고 여기 핵심 부분이 있습니다 : 입자 쌍 사이의 에너지 분출은 서로를 향해 강하게 끌어 당깁니다. 갇힌 입자는 위쪽으로 당겨지고, 갇힌 수평선에서 효과적으로 위쪽으로 당겨집니다. 이것은 수평선 리플의 추락을 늦추고, 떨어지는 리플이 블랙홀의 나머지 부분으로 되돌아 오는 에너지를 감소시킵니다.

2 개의 가상 입자를 분리하는데 필요한 에너지는 2 개의 비가 상 입자의 결합 된 에너지와 동일하다. 따라서 떨어지는 리플은 두 입자와 동등한 에너지를 잃고 구멍은 하나의 입자를 먹는다. 탈출 된 하나의 입자와 모든 것이 균형을 이룹니다.

가상 입자가 광자인지 물질 반물질 쌍인지에 관계없이 동일하게 작동한다고 생각합니다.

Quantum Mechanics와 유사합니다. QM의 입자는 불가능한 장벽을 통해 터널링 할 수 있는데, 이는 납보다 무거운 원소가 강한 힘의 결합을 벗어나는 핵에서 중성자 중 일부를 "터널"로 만드는 방법입니다.

작은 블랙홀은 입자가 터널을 통과하여 빠져 나갈 수있는 양자 장벽과 같습니다. 장벽 (이벤트 호라이즌)이 작을수록 터널을 뚫을 가능성이 높습니다. 따라서 질량이 228 톤 이고 이벤트 호라이즌이 3.4 x 10 ^ -7 펨토 미터 (양자 크기의 백만 분의 1보다 작음) 인 마이크로 블랙홀 은 아주 오랫동안 입자에 걸리지 않습니다. 실제로 정확히 1 초 후에 호킹 방사선이 터지면서 폭발 할 것 입니다.

전체 센티미터 반경의 더 큰 지구 질량 블랙홀 은 훨씬 더 오래 지속됩니다. 입자가 전체 센티미터를 통해 터널을 통과 할 가능성이 훨씬 적기 때문에 8 x 10 ^ 50 년 입니다.

출처 : 입체 블랙홀에서 나온 양자 터널링 : https://arxiv.org/abs/1306.6380

출처 : 양자 효과로 모델링 된 호킹 방사선 : http://cscanada.net/index.php/ans/article/view/j.ans.1715787020120502.1817