2014 dxdy logo

Научный форум dxdy

Математика, Физика, Computer Science, Machine Learning, LaTeX, Механика и Техника, Химия,
Биология и Медицина, Экономика и Финансовая Математика, Гуманитарные науки




Начать новую тему Ответить на тему
 
 Испарение черной дыры
Сообщение14.09.2014, 10:47 
Заморожен


31/08/14
107
Вещество, состоящее из протонов, нейтронов и электронов образует черную дыру. Со временем черная дыра испаряется. В виде каких частиц происходит испарение, и куда деваются эти самые протоны, нейтроны и электроны после испарения?

 Профиль  
                  
 
 Re: Испарение черной дыры
Сообщение14.09.2014, 11:22 
Заслуженный участник
Аватара пользователя


30/01/06
72407
Испарение происходит в виде всех элементарных частиц.
1. Вместе с каждым типом частицы, излучается и соответствующая античастица. (Некоторые частицы, напоминаю, совпадают со своими античастицами, например, фотон.)
2. Вероятность излучения обратно зависит от массы частицы. С учётом текущей температуры чёрной дыры, вероятность имеет порядок фактора $e^{-mc^2/kT}.$

Так что, большую часть времени своей жизни, чёрная дыра излучает только фотоны (и безмассовые нейтрино). На последних стадиях испарения, температура чёрной дыры повышается, и она начинает излучать электроны и позитроны, мюоны и антимюоны, различные мезоны, постепенно доходит до протонов, и до более массивных частиц. Испарение заканчивается со взрывом, когда излучаются частицы сколь угодно большой массы.

Изначально упавшие в чёрную дыру частицы исчезают бесследно в сингулярности. После окончания испарения, и сама сингулярность исчезает. Впрочем, это взгляд классической теории, а недавние идеи (в том числе, Хокинга) о квантовой запутанности падающих частиц и испаряющихся частиц - допускают возможность, что одни частицы с другими всё-таки связаны, и возможно, в том числе по составу. Но теории на эту тему ещё не разработано, а напротив, появляются новые гипотезы и споры, в том числе, отвергающие идею Хокинга.

 Профиль  
                  
 
 Re: Испарение черной дыры
Сообщение14.09.2014, 13:09 
Заморожен


31/08/14
107
Munin в сообщении #907575 писал(а):
Изначально упавшие в чёрную дыру частицы исчезают бесследно в сингулярности.


Можно сказать, что неизвестно, что с ними случается?

Munin в сообщении #907575 писал(а):
На последних стадиях испарения, температура чёрной дыры повышается, и она начинает излучать электроны и позитроны, мюоны и антимюоны, различные мезоны, постепенно доходит до протонов, и до более массивных частиц.


То есть, в некотором смысле вещество возвращается?

 Профиль  
                  
 
 Re: Испарение черной дыры
Сообщение14.09.2014, 13:19 


07/06/11
1890
karina_z в сообщении #907567 писал(а):
Вещество, состоящее из протонов, нейтронов и электронов образует черную дыру.

Ну, вещество состоит не только из них и строго говоря не образует черную дыру. Черная дыра это область пространства-времени.

karina_z в сообщении #907609 писал(а):
Можно сказать, что неизвестно, что с ними случается?

С некоторыми оговорками -- да. Оговорки следующие.
Как только частица пересекла горизонт ЧД, мы уже ничего о ней не знаем, поэтому и само падение в сингулярность мы видеть не можем. С другой стороны, у Париха и Велчека есть метод описания испарения, как туннелирования частиц из черной дыры, поэтому может статься, что вся материя просто убегает из ЧД, просто в виде других частиц. Но из-за некоторых особенностей квантовой механики, как уже написал Munin, до сих есть много вопросов.

А, ну и ни черные дыры, ни излучение Хокинга напрямую никем не наблюдались. Подчеркиваю, напрямую. Косвенных свидетельств существования ЧД очень много. Косвенные свидетельства правоты Хокинга также имеются, но их меньше.

 Профиль  
                  
 
 Re: Испарение черной дыры
Сообщение14.09.2014, 16:24 
Заслуженный участник
Аватара пользователя


30/01/06
72407
EvilPhysicist в сообщении #907614 писал(а):
Как только частица пересекла горизонт ЧД, мы уже ничего о ней не знаем, поэтому и само падение в сингулярность мы видеть не можем.

Точнее, мы не можем её наблюдать, а можем только рассчитать, что с ней происходит. По какой-то теории.

EvilPhysicist в сообщении #907614 писал(а):
Косвенные свидетельства правоты Хокинга также имеются

Крутая новость. Это о чём?

 Профиль  
                  
 
 Re: Испарение черной дыры
Сообщение14.09.2014, 23:35 


07/06/11
1890
Munin в сообщении #907691 писал(а):
Крутая новость. Это о чём?

Хокинг рассчитывал эффекты испарения с помощью Боголюбовских преобразований и континуальных интегралов. Оба этих метода рабочие и применяемые. По крайней мере для меня, это свидетельства правоты.

 Профиль  
                  
 
 Re: Испарение черной дыры
Сообщение15.09.2014, 14:01 
Заслуженный участник
Аватара пользователя


30/01/06
72407
Это теоретические успехи. А под свидетельствами я понимал что-то экспериментальное или наблюдательное. Как вы использовали это слово в предыдущей фразе.

 Профиль  
                  
 
 Re: Испарение черной дыры
Сообщение03.06.2016, 12:33 


26/04/14
115
Munin в сообщении #907575 писал(а):
2. Вероятность излучения обратно зависит от массы частицы. С учётом текущей температуры чёрной дыры, вероятность имеет порядок фактора $e^{-mc^2/kT}.$

Мне непонятен один момент: в литературе говорится просто о вероятности рождения частицы $ w = e^{-mc^2/kT}$, без указания какого-либо промежутка времени, то есть это не вероятность в единицу времени. Каким образом тогда можно рассчитать, например, вероятность рождения $n$ частиц определённого сорта за время $t$?

По аналогии с ядерной физикой: там есть постоянная распада $\lambda$, равная вероятности распада в секунду, с её помощью легко найти вероятность наблюдения $n$ распадов за время $t$.

 Профиль  
                  
 
 Re: Испарение черной дыры
Сообщение03.06.2016, 13:40 
Заслуженный участник
Аватара пользователя


30/01/06
72407
Mathew Rogan в сообщении #1128523 писал(а):
Мне непонятен один момент: в литературе говорится просто о вероятности рождения частицы $ w = e^{-mc^2/kT}$, без указания какого-либо промежутка времени, то есть это не вероятность в единицу времени.

Странно. Вы ставите знак равенства. У меня его не стоит. То есть, я подразумеваю, что имеет место какое-то выражение вида $w=\ldots e^{-mc^2/kT}.$ Я указал только множитель, зависящий от температуры. А в остальном коэффициенте запрятано всё остальное, в том числе и зависимость от времени. В единицу времени будет какая-то константа, а если взять интегральную вероятность, то она будет пропорциональна времени: $t\cdot\ldots$

Полное выражение можно найти в учебниках, но оно меня не интересовало, для моих рассуждений оно было не нужно. Вас оно тоже вряд ли интересует :-) Достаточно знать, что частиц (кроме фотонов) излучается очень мало.

 Профиль  
                  
 
 Re: Испарение черной дыры
Сообщение03.06.2016, 14:06 


26/04/14
115
Спасибо за разъяснение. Но точное выражение меня всё-таки интересует :-) Не подскажите, у кого его можно найти?

У Новикова и Фролова есть хорошая иллюстрация с процентными долями различных частиц, излучаемых ЧД разных масс.
Изображение
Однако, каким образом эти процентные доли оцениваются, у них не сказано. Отсылают к книге Чандрасекара (1983), но у него рассматривается метрика Керра — Ньюмена. Меня же интересует квантовый распад невращающихся чёрных дыр. Ищу литературу по этому вопросу.

 Профиль  
                  
 
 Re: Испарение черной дыры
Сообщение03.06.2016, 16:45 
Заслуженный участник
Аватара пользователя


15/10/08
11536
Mathew Rogan в сообщении #1128568 писал(а):
у него рассматривается метрика Керра — Ньюмена. Меня же интересует квантовый распад невращающихся чёрных дыр.

Ну и подставьте $a=0$...

 Профиль  
                  
 
 Re: Испарение черной дыры
Сообщение03.06.2016, 17:12 
Заслуженный участник
Аватара пользователя


30/01/06
72407
Если высасывать из пальца, то я бы поступил таким образом:
Мы знаем законы Планка и Стефана-Больцмана. Они указывают, сколько фотонов излучает абсолютно чёрное тело, с точным коэффициентом и раскладом по частотам. Именно это и надо принимать за чистую монету для чёрной дыры.

Для массивных частиц, берём ровно тот же закон, как плотность излучения по энергии, но обрезаем его снизу по величине $mc^2.$ Ещё может пригодиться замена статистики Бозе на Ферми. Впрочем, в хвостах разница небольшая. И надо учесть поляризации, но их и у фотонов, и у фермионов по две.

 Профиль  
                  
Показать сообщения за:  Поле сортировки  
Начать новую тему Ответить на тему  [ Сообщений: 12 ] 

Модераторы: photon, whiterussian, Jnrty, Aer, Парджеттер, Супермодераторы



Кто сейчас на конференции

Сейчас этот форум просматривают: нет зарегистрированных пользователей


Вы не можете начинать темы
Вы не можете отвечать на сообщения
Вы не можете редактировать свои сообщения
Вы не можете удалять свои сообщения
Вы не можете добавлять вложения

Найти:
Powered by phpBB © 2000, 2002, 2005, 2007 phpBB Group