الفلك

كيف يعمل إشعاع الصقور بدون جسيمات افتراضية؟

كيف يعمل إشعاع الصقور بدون جسيمات افتراضية؟



We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

كيف يعمل إشعاع الصقور بدون وجود جسيمات افتراضية؟ قرأت أن بعض الحقول الكمومية تتشوه عندما يتشكل ثقب أسود فوقها. ولكن ما هي المجالات على وجه التحديد؟ إذا كان إشعاع الصقور عبارة عن إشعاع حراري ، فيجب أن يكون مجال الفوتون هو المشوه ، أليس كذلك؟


إذا لم تكن الجسيمات الافتراضية موجودة ، فكيف تنبض بالحياة في أفق الحدث؟

يعرف معظمكم (وليس أنا) أن الجسيمات الافتراضية ليست سوى لقب لبعض مصطلحات الاضطراب. لذا فإن سؤالي هو كيف تصبح هذه الاضطرابات جسيمات على حافة أفق الحدث لتكوين إشعاع هوكينغ. هل هناك آلية ما نعرفها من النظريات الحالية (بخلاف "يجب أن تأتي الطاقة بطريقة ما من حقل الجاذبية") أم علينا انتظار فهم كامل للجاذبية الكمومية؟ ما الذي يجب تغييره على وجه التحديد في هذا الاضطراب لتغيير حالته من افتراضي إلى حقيقي؟ كيف يحصلون على الطاقة؟


أسهل طريقة لرؤية هذا هو القانون الثالث للديناميكا الحرارية: كل جسم في الكون يجب أن تكون درجة حرارته أكبر من صفر كلفن ، بما في ذلك الثقوب السوداء. الأجسام التي لها درجة حرارة تشع. لذلك إذا كانت درجة حرارة إشعاع الخلفية الكونية الميكروويف أقل من درجة حرارة الثقب الأسود ، فيجب على الثقب الأسود أن يشع في الكون طاقة أكبر مما يتلقاه منه (بافتراض أنه لا توجد كتلة تسقط فيه) ، مما يعني أنه يفقد صافي الطاقة. تأتي هذه الطاقة (عن طريق تكافؤ الكتلة والطاقة) من الكتلة الهائلة للثقب الأسود. هناك العديد من الطرق الأكثر تعقيدًا لصياغة وصقل هذا ، ولكن في الجوهر هناك شيئان أساسيان وراء العملية: الديناميكا الحرارية وتكافؤ الكتلة والطاقة.

يعطي سمير ماثور حسابًا يسهل الوصول إليه (إرشادي؟) لإشعاع هوكينغ ولماذا يؤدي إلى فقدان الثقب الأسود للكتلة. يمكنك الوصول إلى الصفحة هنا. إنه عمل مستمر ويتم تحديثه مرة كل شهرين تقريبًا.

للتلخيص ، تم تحديد عمر الجسيمات بواسطة $ Delta E Delta t & lt frac < hbar> <2>. $ هذا يعني عادةً أنه كلما زادت كتلة الجسيم الظاهري والجسيم المضاد ، كلما كان ذلك أقصر. على الرغم من قربه من أفق الثقب الأسود ، فإن طاقة الجاذبية الكامنة سالبة للغاية بحيث تكون الطاقة الكلية للزوج (طاقة الراحة بالإضافة إلى طاقة الجاذبية الكامنة) صفرًا أساسًا. لذلك يمكن أن يصبح الزوج طويل العمر. من بين الزوجين ، يهرب أحدهما إلى ما لا نهاية ، والآخر يسقط في الأفق. فالذي يقع فيه سيكون له إجمالي طاقة سالبة ، لأن طاقة وضع الجاذبية السلبية تفوق أي طاقة كتلة سكون موجبة أو طاقة حركية. نتيجة لذلك ، تذهب الطاقة السالبة إلى الثقب الأسود وتخرج الطاقة الإيجابية. من بعيد ، نراه على أنه ثقب أسود يفقد كتلته. لاحظ أنه لا يهم ما إذا كان الجسيم أو الجسيم المضاد هو الذي يفلت - فالطاقة السالبة تحدث بسبب طاقة وضع الجاذبية السلبية للغاية ، بغض النظر عما إذا كان الجسيم أو الجسيم المضاد يسقط فيهما. بعد كل شيء ، كلاهما الجسيمات والجسيمات المضادة لها طاقة كتلة راحة إيجابية.

إذن هذا تفسير تقريبي (مموج يدويًا) لكيفية تأثير إشعاع هوكينغ على ثقب أسود يفقد الكتلة.


الجسيمات الافتراضية وإشعاع هوكينغ

كنت أجري محادثة مع عالم فيزياء على Facebook (مؤلف كتاب استمتعت به - & quotUsers guide to the univers & quot) ، وترك المحادثة تنتهي دون إجابة كاملة على سؤالي. ربما يمكن لشخص ما هنا المساعدة في شرح هذا لي.

سوف ألصق المحادثة بالكامل ، لكن الملخص التنفيذي هو:

ينتج إشعاع هوكينغ عن وجود جسيمات افتراضية بالقرب من أفق الحدث للثقب الأسود. تأتي الجسيمات الافتراضية في أزواج من المادة / المادة المضادة ، وتؤدي بطريقة ما إلى التبخر النهائي للثقب الأسود. كان لدي انطباع بأن هذا قد تحقق لأن جسيم المادة المضادة سيكون له انجذاب أقوى للثقب الأسود ، وسوف يقضي ، بينما يُطرد جسيم المادة. سيؤدي هذا إلى خسارة صافية للكتلة في الثقب الأسود.

المشكلة هي ، لا أستطيع تذكر سبب انجذاب جسيم المادة المضادة ، وإذا كانت فرصة عشوائية مع فرصة متساوية تسقط فيها ، فإن الثقب الأسود سيكتسب كتلة بقدر ما يفقد كتلته ولن يتبخر في الواقع. .

سؤالي هو ، ما هي الآلية التي يتسبب بها إشعاع هوكينغ في تقليل كتلة الثقب الأسود بمرور الوقت

نص (قراءة اختيارية):
#
ريتشارد هنريتا
أنت تربكني يا سيدي.

اقتبس
[ولكن لحسن الحظ ، يسقط الإلكترون تحت أفق الحدث للثقب الأسود ويختفي إلى الأبد. البوزيترون ، (مثل أي عطل في الهولودك على الإطلاق) ، ينتقل من كونه افتراضيًا إلى حقيقي ، ويطير في الكون.]

اعتقدت أن الجسيم ينبعث ، ويسقط الجسيم المضاد في الثقب الأسود ويفني ، مما يؤدي إلى التبخر النهائي للثقب الأسود؟ إذا سقط الإلكترون وانبعث البوزيترون ، ألن تزداد كتلة الثقب الأسود بمرور الوقت؟

#
دليل المستخدم للكون
يمكن لأي شخص أن يقع فيهما. الكون لا يميز بين الاثنين ، لذا فإن الحظ العشوائي هو الذي يؤكل. عمليًا (في المثال الذي قدمته) ، سيضرب البوزيترون إلكترونًا في النهاية ويفني ، وينتج فوتونات. بشكل أكثر شيوعًا ، سيكون & quotpair & quot بالفوتونين (نظرًا لأن الفوتونات هي جزيئاتها المضادة) ، أحدهما سوف يسقط ، ويهرب أحدهما.

#
ريتشارد هنريتا
لا يمكن أن يحدث تبخر الثقب الأسود إذا كان حظًا عشوائيًا.

إذا سقط الجسيم المضاد وهرب الجسيم: ستنخفض كتلة الثقب الأسود

إذا سقط الجسيم وهرب الجسيم المضاد: ستزداد كتلة الثقب الأسود

على أي حال مع الفوتونات ، لا يحدث أي تغيير في الكتلة (ما زلت لا أفهمه لأن الفوتونات لها طاقة وطاقة تعادل كتلة)

إذا كنا نتحدث عن فرصة عشوائية ، فستحدث الحالتان الأوليان بنفس عدد المرات تقريبًا ، مما يؤدي إلى عدم حدوث تغيير في الكتلة.

أتذكر أنني قرأت في مكان ما شرحًا عن سبب جاذبية جسيم المادة المضادة أكثر من جسيم المادة ، لكن بالنسبة لحياتي ، لا يمكنني تذكر ما كان عليه. في الواقع ، بناءً على فهمي البدائي للفيزياء ، لا أرى أي سبب يجعل هذا هو الحال على أي حال. إذن ، ألا تتبخر الثقوب السوداء بمرور الوقت؟

#
دليل المستخدم للكون
لا لا. جماهير كلاهما إيجابية. انسَ الجسيم الذي يسقط. الجسيم الذي يهرب يحمل الطاقة بعيدًا ، وبما أنه في النهاية يجب إعادة الطاقة المستعارة من الفراغ ، فإن هذه الطاقة تأتي من كتلة طاقة الثقب الأسود ، مما يؤدي إلى تبخرها.

#
ريتشارد هنريتا
ولكن بعد ذلك بأي آلية يتم سدادها؟ إذا كانت طاقة كلا الجسيمين موجبة ، وسقط جسيم واحد في الثقب الأسود ، فكيف يقلل ذلك من كتلة الثقب الأسود؟


كيف يعمل إشعاع هوكينغ؟

هل تساءلت يومًا أن الثقوب السوداء تبعث الضوء على الرغم من أن الضوء لا يستطيع الهروب منها؟ هذا & # 8217s بسبب إشعاع هوكينج. إذن ، كيف يعمل إشعاع هوكينغ؟

فيزياء الكم المتضمنة

لذا ، لفهم هذه الظاهرة المذهلة ، علينا أولاً أن نفهم القليل من فيزياء الكم. وفقًا لفيديو PBS Space Time 1 ، فإن ما يسمى الفراغ مملوء بالحقول الكمية. بينما تمثل الترددات الموجبة الجسيمات العادية ، فإن الترددات السالبة تمثل المادة المضادة. بهذه الطريقة ، إذا كان هذان الشخصان في حالة توازن ، فهذا فراغ حقيقي. لذلك ، تظهر الجسيمات الافتراضية دائمًا ، وهي مجرد أدوات لحساب التقلبات الكمومية. ومع ذلك ، إذا ظهرت اختلالات وتجاوزت بعض الترددات التردد المقابل ، يتشكل جسيم حقيقي. نتيجة لذلك ، عندما تلتقي جسيمات المادة والمادة المضادة ، فإنها تبيد بعضها البعض وتختفي. وهذا ما يفعله هوكينغ للإشعاع.

كيف يعمل إشعاع هوكينغ؟

في الظروف المثالية ، تفنى الجسيمات كالعادة. ومع ذلك ، فإن آلية الكم المعقدة تبدأ عندما يزعج الثقب الأسود العناصر بفعل جاذبيته الهائلة. الفيزياء المعنية معقدة بشكل غير مفهوم لأنها تحتوي على الكثير من الصيغ الرياضية وتحتاج إلى الكثير من الخيال. للحصول على النسخة النهائية ، يرجى إلقاء نظرة على الفيديو في المرجع 1 ، والذي تم تضمينه أعلاه.

ببساطة ، تحدث التفاعلات في أوقات وأماكن عشوائية. ولكن هناك فرصة & # 8217s أن يتشكل الزوج بالقرب من أفق الحدث. إذا حدث ذلك ، فإن الجسيم يحاول إشباع الشهية الهائلة للثقب الأسود ، لكن الصواريخ الأخرى عبر الفضاء. ثم يحدث شيء غريب. يسرق الجسيم بعض الطاقة من الجسم الغريب ، مما يتسبب في فقدان الثقب الأسود للطاقة ، وبالتالي الكتلة.

بسبب بعض النظريات الرياضية والكمية المعقدة ، فإن إشعاع هوكينغ يتسارع عندما يصبح الثقب الأسود أصغر ويصدر حرارة بشكل أسرع. في اللحظات الأخيرة من حياة الثقب الأسود # 8217 ، ينفجر بعنف مع درجة حرارة هائلة. وبالتالي ، إذا سمعت & # 8217 قد سمعت عن LHC ينتج وحوش الجاذبية التي يمكن أن تأكل الكوكب بأكمله ، فلا تصدق ذلك. إنه ببساطة خادع بسبب وجود Hawking Radiation & # 8217s.


2 إجابات 2

هذه هي الصورة المأخوذة من الكتاب

Frolov ، V.V.P ، & amp Novikov ، I. D. (1998). فيزياء الثقب الأسود: المفاهيم الأساسية والتطورات الجديدة (المجلد 96). سبرينغر. كتب جوجل

نرى أنه بالنسبة للثقوب السوداء ذات الكتلة الكبيرة بما يكفي ، فإن الإشعاع سيتألف بالكامل من جسيمات عديمة الكتلة. بالنسبة للكتل الأصغر ، ستظهر الإلكترونات والبوزيترونات ، حتى بالنسبة للنوكلونات الأصغر.

لاحظ أنه حتى بالنسبة للثقوب السوداء الكبيرة ، مع درجات حرارة أصغر من كتلة النيوترينو (وهذا يشمل جميع الثقوب السوداء ذات الأصول الفيزيائية الفلكية) ، فإن النيوترينو ومضادات النوترينو سيختفيان من الطيف. كتلة النيوترينو غير معروفة حاليًا ولكن إذا كانت كذلك

1eV ستكون كتلة BH المقابلة $ sim 10 ^ <22> ، text$.

لاحظ أيضًا أن كل نطاقات الكتلة في الشكل صغيرة جدًا وفقًا لمعايير الفيزياء الفلكية ، لذا فإن الثقب الأسود بهذه الكتل سيكون ثقوبًا سوداء بدائية

الإجابة المختصرة هي أنه استنادًا إلى فهمنا الحالي لفيزياء الجسيمات والجاذبية شبه الكلاسيكية ، فإن الثقوب السوداء (باستثناء الثقوب الميكروسكوبية) ستنتج طيفًا من إشعاع هوكينغ يتكون من مزيج من الفوتونات والجرافيتون. بالنسبة للثقب الأسود ذي الزخم الزاوي المنخفض بالنسبة إلى كتلته ، تبلغ نسبة انبعاث الطاقة حوالي 90-10 لصالح الفوتونات. بالنسبة للثقب الأسود الدوار ، يمكن تفضيل الجرافيتونات على الفوتونات.

في المحاولة الأولى لحساب طيف إشعاع هوكينغ (صفحة 1976) ، كانت النتيجة توقعًا للطاقة المنبعثة ، "81٪ في النيوترينوات ، 17٪ في الفوتونات ، و 2٪ في الجرافيتون." كان هذا في عام 1976 ، عندما كان يُعتقد أن النيوترينوات عديمة الكتلة. لن يصدر الثقب الأسود قدرًا كبيرًا من الإشعاع بأي شكل من الأشكال بحيث تكون درجة الحرارة المميزة للثقب (بالوحدات التي تكون فيها $ k = 1 $) صغيرة مقارنةً بكتلة الجسيم (بالوحدات التي تكون $ c = 1 $). (انظر Traschen 2000، p. 21.) بما أننا نعلم الآن أن النيوترينوات ضخمة ، فإنها لا تعمل باستثناء أصغر الثقوب السوداء المجهرية.

بالنسبة لثقب Schwarzschild الأسود الذي ينبعث منه جسيمات عديمة الكتلة ، فإن القوة $ P $ تتناسب مع $ Gamma gamma M ^ 2 $ ، حيث

$ Gamma $ = تصحيح الجسم الرمادي = الانبعاث ، تشغيل من 0 إلى 1

$ gamma $ = عدد درجات حرية الدوران.

عند الترددات المنخفضة (أطوال موجية كبيرة مقارنة بنصف قطر شوارزشيلد) ، يمكن أن يعتمد $ Gamma $ على التردد ، لذا فإن الطيف ليس طيف الجسم الأسود. نظرًا لشكل التناسب أعلاه لـ $ P $ ، يمكنك تحديد $ g = Gamma gamma $ لكل نوع من أنواع الجسيمات ، وجمع قيم $ g $ لإيجاد إجمالي $ g $. لا تزال قيم $ g $ لمختلف الدورات (الدوران ، g) مقيدًا لثقب Schwarzschild الأسود ، كما يلي (Anantua 2008).

لكن هذه فقط لثقب أسود من طراز Schwarzschild. قد يكون الوضع مختلفًا تمامًا بالنسبة للثقوب السوداء الدوارة (Dong 2015).

بمجرد أن يستمر التبخر بدرجة كافية ، وتكون درجة حرارة الثقب الأسود قابلة للمقارنة مع كتل الجسيمات الأساسية ، يمكنك تبخير جميع أنواع الجسيمات.

لاحظ أنه بناءً على الأبحاث الحديثة ، هناك بعض الشكوك حول ما إذا كان الانهيار الثقالي للنجوم يؤدي بالفعل إلى ثقوب سوداء ، أو بدلاً من ذلك إلى فرادات عارية. أي أن الرقابة الكونية بدأت تبدو مشكوكًا فيها ، حتى إلى حد احتمال انتهاكها في الانهيار الفيزيائي الفلكي (جوشي 2013). إذا كان الأمر كذلك ، فكل ما ورد أعلاه خاطئ بالنسبة للأجسام الفيزيائية الفلكية.


هل إشعاع هوكينغ خطير

تشير رياضيات إشعاع هوكينغ & # 8217 إلى أن الطول الموجي يجب أن يكون بترتيب مشابه لنصف قطر شوارزشيلد للثقب الأسود ، وبالتالي ، يجب أن يكون فوتونًا منخفض الطاقة أو جسيمًا عديم الكتلة آخر. بعبارة أخرى ، لكي تكون إشعاعات Hawking & # 8217s مؤينة (خطيرة) ، يجب أن تكون ذات طاقة عالية جدًا (أي التردد العالي / الطول الموجي المنخفض) ، والذي لا يمكن أن يكون ممكنًا إلا إذا كان مصدر الإشعاع من ثقب أسود صغير للغاية.


إشعاع هوكينغ

كنت أفكر أنك تعرف إشعاع الصقر حيث يمكن لجسيم افتراضي الهروب ، هل هو محدد بالنسبة للجسيم الذي يمكن أن يهرب كما هو الحال في الجسيم أم أنه مضاد للجسيم؟ هل هذا يجعل الثقب الأسود مثل آلة "إنتاج" الجسيمات ، هل يمكن أن تكون هذه الجسيمات المتسربة جزءًا مهمًا من المادة المفقودة / المظلمة ، أعتقد أن ذلك يعتمد على عدد الثقوب السوداء وكمية المادة ، (كيف هي الافتراضية يتم التعامل مع الجسيمات عندما يتعلق الأمر بحساب المادة المظلمة ، هل هناك مثل قيمة الكتلة على مدى فترة زمنية تساهم فيها هذه الجسيمات الافتراضية؟ أم يتم أخذها ككتلة صفرية صافية ، لأنها تنتهي بإلغاء بعضها البعض؟) ما هو المعدل الذي تهرب به هذه الجسيمات؟ هل هو معروف هل يختلف باختلاف أحجام الثقوب السوداء؟ أعتقد أن الثقب الأسود أكبر كلما زاد عدد الجسيمات التي يمكنها الهروب. لأن هناك مساحة أكبر من الثقب الأسود حيث يمكن دخول أحد الجسيمات الافتراضية وهروب واحد.

آسف للعديد من الأسئلة ، إنه أحد تلك الأيام.
قرأت الكون باختصار لستيفن هوكينج ، لم أفهمه حقًا ، أذهلت الصور لول
شكرا.

o بالإضافة إلى أنني كنت أتساءل هل تمتلك موجات الجاذبية جسيمًا مطابقًا ، هل هو الجرافيتون أم أنه شيء آخر؟
ماذا عن موجة هذه الموجات المعروفة. هل أطوالها الموجية أطول من الموجات الراديوية ، سمعت أن هذه الموجات ضعيفة. لأنها لا تملك الكثير من الطاقة لذا فإن أطوالها الموجية ستكون أطول. ولكن إذا كانت المواصفات em مستمرة ، ألا يجعل ذلك موجات الجاذبية شكلاً متطرفًا من الموجات الراديوية؟

شيء اخر. ما هذه المربعات الوردية الخمسة أعلى مربع النص هذا بجوار "تحذير (0٪)" ؟؟
س erm هل يمكنني تغيير اسم المستخدم الخاص بي بطريقة ما؟ لم يعد يعجبني ، إنه ممل.


الإجابات والردود

أجد هذا غريب جدا بنفسي. المعيار & quot التفسير & quot الذي سمعته عدة مرات في هذا المنتدى هو أنه لا يهم الجسيم الذي يسقط فيه ، فهو يحتوي تلقائيًا على طاقة سالبة وبالتالي يقلل من كتلة الثقب الأسود.

الأهم من ذلك ، أن قضية & quotvirtual- الجسيمات & quot كآلية لإشعاع هوكينغ كلها وهمية. قال هوكينج إن هذا الشيء & quot؛ زوج الجسيمات & quot؛ هو مجرد تشبيه كان أقرب ما يمكن أن يصل إليه لوصف باللغة الإنجليزية شيئًا لا يمكن وصفه حقًا إلا في الرياضيات.

بالنسبة إلى جزء آخر من رسالتك ، فإن أي شيء يحدث داخل أفق الحدث لا علاقة له ببقية الكون ولا يتسبب في فقدان الثقب الأسود للكتلة.


إشعاع هوكينغ: ينتهك قوانين الحفظ؟

ويكيبيديا
غالبًا ما توصف الجسيمات الافتراضية بشكل شائع بأنها تأتي في أزواج ، جسيم وجسيم مضاد ، ويمكن أن يكونا من أي نوع. توجد هذه الأزواج لفترة قصيرة للغاية ، ويتم القضاء عليها بشكل متبادل في وقت قصير. ومع ذلك ، في بعض الحالات ، من الممكن فصل الزوجين عن بعضهما البعض باستخدام الطاقة الخارجية حتى يتجنبوا الفناء ويصبحوا جزيئات حقيقية. هذه طريقة واحدة لوصف عملية تتبخر الثقوب السوداء.
يعتبر التقييد على أزواج الجسيمات المضادة للجسيمات ضروريًا في الواقع فقط إذا كانت الجسيمات المعنية تحمل كمية محفوظة ، مثل الشحنة الكهربائية ، والتي لا توجد في الحالة الأولية أو النهائية. خلاف ذلك ، يمكن أن تنشأ حالات أخرى. على سبيل المثال ، يمكن أن يحدث اضمحلال بيتا للنيوترون من خلال انبعاث جسيم W واحد افتراضي ، سالب الشحنة ، والذي يتحلل على الفور تقريبًا إلى إلكترون حقيقي و antineutrino يتحول النيوترون إلى بروتون عندما ينبعث منه جسيم W. تبخر الثقب الأسود هو عملية تهيمن عليها الفوتونات ، وهي جزيئاتها المضادة وغير مشحونة.

افترض علماء مشهورون ، مثل ستيفن هوكينج ، أن الإشعاع المنبعث من الثقوب السوداء هو النتيجة المحتملة لأزواج الجسيمات حيث سقط أحدهم في أفق الحدث للثقب الأسود. الآخر ، بدون زوج ليقضي عليه ، يسافر بعيدًا في شكل إشعاع ينبعث منه.

يتم الحفاظ على الطاقة لأن الثقب الأسود يفقد كتلة مساوية للجسيم الذي هرب. الجسيم المضاد الذي يتم سحبه إلى الثقب الأسود يقضي على الجسيم المقابل داخل الثقب الأسود مما يقلل الكتلة هناك.


شاهد الفيديو: كيف يعمل إشعاع شيرينكوف (أغسطس 2022).