Про излучение Хокинга

[Dmitriy40]

Windzorro
Квантовое гравитационное поле чёрной дыры массой $M$ из квантового состояния <есть только поле массой $(M)$> спонтанно переходит в квантовое состояние <поле массой $(M-2m)$ плюс частица массой $(m)$ плюс античастица массой $(m)$>. Одна из них падает под горизонт и получается квантовое состояние <поле массой $(M-m)$ и (анти)частица массой $(m)$>. Частица улетает на бесконечность, масса чёрной дыры уменьшилась на массу улетевшей частицы. Никаких отрицательных масс нет.
Вы почему-то упорно игнорируете что энергия для рождения пары частица-античастица берётся из энергии гравитационного поля. Из вакуума её нельзя взять так как частицы оказываются не виртуальными (которые обязаны вернуть взятую взаймы энергию обратно), а реальными (по крайней мере та что улетела наружу). Точнее она конечно берётся из вакуума, но он при наличии гравитационного поля другой, не пустой, вот и забирая у него энергию (массу) он меняется в состояние с меньшей энергией, т.е. гравитационное поле уменьшается, т.е. уменьшается масса чёрной дыры.
Это если совсем по рабоче-крестьянски простому.

"Поле массой M" - подразумевается поле энергией соответствующей массе M.
"Поле" - везде подразумевается поле снаружи горизонта.

[SergeyGubanov]

Windzorro, гравитационный радиус может уменьшаться со временем вообще без Хокинга, но на уровне школьной физики это не объяснить.

Dmitriy40, свет с Венеры отразился от верхних слоёв атмосферы и вызвал взрыв болотного газа.

[realeugene]

Dmitriy40 в сообщении #1735454 писал(а):

Квантовое гравитационное поле чёрной дыры массой $M$ из квантового состояния <есть только поле массой $(M)$> спонтанно переходит в квантовое состояние <поле массой $(M-2m)$ плюс частица массой $(m)$ плюс античастица массой $(m)$>.

А чёрные дыры квантуются?

[Dmitriy40]

realeugene в сообщении #1735608 писал(а):

А чёрные дыры квантуются?

Должны - иначе непонятно в какой момент и с какой стати КМ с КТП перестают работать при коллапсе. И ведь кажется доказано что снаружи горизонта (и вдали от него) поле ЧД неотличимо от поля обычной материи (которая квантуется вместе со своими полями). Что нет теории квантовой гравитации я в курсе.

[warlock66613]

Dmitriy40, гравитация может и не квантоваться: такие идеи есть. Хокинг использовал полуклассический подход: материя квантовая в искривлённом пространстве-времени, но гравитация и пространство-время классические.

[Dmitriy40]

Тогда и правда без изучения КМ и ОТО непонятно как это виртуальная пара забирает энергию у ЧД если рождается из вакуума. И я тогда зря влез с попыткой объяснить попроще.

[Windzorro]

Dmitriy40 в сообщении #1735454 писал(а):

энергия для рождения пары частица-античастица берётся из энергии гравитационного поля.

Энергию невозможно "взять" из потенциального поля таким образом. Вспомните, что вы отвечаете тем чудакам, которые изобретают вечный двигатель, стараясь "взять энергию" из постоянного магнита.
Невозможно также уменьшить электрический заряд, "взяв" энергию из электрического поля.
В трактовке ОТО - невозможно также уменьшить массу, вызывающую искривление метрики пространства, пытаясь взять энергию из этой метрики.

А если бы черные дыры вообще могли (любым способом) "испаряться", то было бы нарушено Второе Начало термодинамики: коллапсар поглощает низкопотенциальную энергию, а испускает высокопотенциальное излучение Хокинга.

[Dmitriy40]

Windzorro в сообщении #1736009 писал(а):

Энергию невозможно "взять" из потенциального поля таким образом. Вспомните, что вы отвечаете тем чудакам, которые изобретают вечный двигатель, стараясь "взять энергию" из постоянного магнита.

Как раз по этой причине - закон сохранения энергии - улетающие на бесконечность частицы энергию могут взять только у гравитационного поля, других источников нет. И по тому же закону энергия гравитационного поля уменьшается, так что вечный двигатель на этом не построить, масса (и энергия) ЧД конечна.
Чудаки обычно не применяют КМ к магнитам, вероятно ума не хватает изучить КМ, ну или магниты слабенькие.

Windzorro в сообщении #1736009 писал(а):

В трактовке ОТО - невозможно также уменьшить массу, вызывающую искривление метрики пространства, пытаясь взять энергию из этой метрики.

В ОТО невозможно, в КМ/КТП - вполне. А излучение Хокинга - это не чистая ОТО.
А если ЧД вращается, то энергию вращения можно забрать и в ОТО (процессы Пенроуза и Блэнфорда-Знаека) - с соответствующим изменением метрики.

Windzorro в сообщении #1736009 писал(а):

А если бы черные дыры вообще могли (любым способом) "испаряться", то было бы нарушено Второе Начало термодинамики: коллапсар поглощает низкопотенциальную энергию, а испускает высокопотенциальное излучение Хокинга.

Как раз наоборот: поглощают структурированную материю (в том числе, например неосторожных наблюдателей), а излучают тепловое чёрнотельное излучение - т.е. энтропия возрастает, в полном соответствием со вторым началом термодинамики. Это проблема не в термодинамике, в ней всё хорошо, а в КМ (с законом сохранении информации). Но проблема не настолько фундаментальна чтобы прямо запретить испарение ЧД любыми способами, есть возможные пути решения.

-- добавлено через 12 минут --

Windzorro в сообщении #1736009 писал(а):

Невозможно также уменьшить электрический заряд, "взяв" энергию из электрического поля.

А это уже несуразица - такое явление известно, называется эффект Швингера, и он даже уже наблюдался в эксперименте. Вот есть заметка довольно известного физика на эту тему: https://postnauka.org/video/70404 И заметьте, там речь про любые поля, не только электрическое: "Рождение пар может происходить не только в сильных электрических полях, но и в сильных гравитационных. ".

[Vranaroth]

Это эффект квантой теории поля в искривленном пространстве-времени.

В ней, грубо говоря, понятие "ваакуум" различается для разных наблюдателей - как и часы.
Для черной дыры естественным выбором является такой ваакум, который соотвует обычному понятию ваакума для свободно падающего наблюдателя. Для покоящегося наблюдателя у горизонта это уже не ваакум и там появляются частицы. Это вычисление в духе разложения по разному базису мод волн. Получается тепловое излучение наружу.

Это аналогично эффекту Урну, когда ускоренный наблюдатель в СТО тоже видит тепловое излучение. Еще можно условно сказать что черная дыра "закрывает" собой часть системы и поэтому внешний наблюдатель видит не чистое квантовое состояние, а смешанное как тепловое.

Можно вычислить соответствующий поток "энергии" внутри в сингулярность, только надо учитывать, что по обычным (Шварцшильдовским) координатам там временная и просранственная координата меняются местами - в сущности, это будет импульс. И поток может быть отрицательным, хотя для локального наблюдателя положительна и энергия квантовых частиц и ее масса.

Изменение массы черной дыры (как параметра геометрии) можно записать через бэк-реакцию - учет поправок от влияния квантвой материи через правую часть уравнений Энейштена. Получается так, что масса убывает.

Квантование самой гравитации тут не нужно. А научно-популярное изложение Хокинга по пару частица+античастица - условно.

[pppppppo_98]

Vranaroth в сообщении #1737535 писал(а):

Получается тепловое излучение наружу.

Мне вот уважаемый во всем этом рассказе Хокинга (или Унру) не нравится одно обстоятельство - которое приводит к информационному парадоксу..Излучение ведь кватовый процесс - а стало быть унитарный. А унитарный процесс не может увеличивать энтропию.Или излучение не тепловое, или корреляции сохраняются

[realeugene]

pppppppo_98 в сообщении #1737622 писал(а):

А унитарный процесс не может увеличивать энтропию.

Уравнения Эйнштейна не унитарны.

-- добавлено через 3 минуты --

Vranaroth в сообщении #1737535 писал(а):

Для покоящегося наблюдателя у горизонта это уже не ваакум и там появляются частицы.

И из ускоренного наблюдателя в плоском пространстве тоже вылетают частицы? Кто же их может наблюдать кроме самого ускоренного наблюдателя?

[Cos(x-pi/2)]

realeugene в сообщении #1737630 писал(а):

Кто же их может наблюдать кроме самого ускоренного наблюдателя?

Насколько понимаю, неподвижный наблюдатель тоже может. Возможно, здесь уместна эта статья в УФН: "Вакуум в однородном гравитационном поле и возбуждение равномерно ускоренного детектора" (1987; В.Л. Гинзбург, В.П. Фролов) https://ufn.ru/ru/articles/1987/12/d/

В ней одна из ссылок: "What happens when an accelerating observer detects a Rindler particle" (1984; W.G. Unruh, R.M. Wald), doi: 10.1103/PhysRevD.29.1047

[SergeyGubanov]

Вполне очевидно, что ни от какого хитрого переписывания операторов рождения и уничтожения из одной криволинейной системы координат в любую другую криволинейную систему координат постоянная Больцмана $k_{B}$ возникнуть никак не может. Поэтому так называемые эффекты Унру/Хокинга, строго говоря, вообще не принадлежат такому разделу науки как теоретическая физика. Они принадлежат тому разделу знаний, в котором, например, пылится Боровская модель атома.

[Vranaroth]

pppppppo_98 в сообщении #1737622 писал(а):

Мне вот уважаемый во всем этом рассказе Хокинга (или Унру) не нравится одно обстоятельство - которое приводит к информационному парадоксу..Излучение ведь кватовый процесс - а стало быть унитарный. А унитарный процесс не может увеличивать энтропию.Или излучение не тепловое, или корреляции сохраняются

С эффектом Урну проблем нет - у ускоренного наблюдателя просто есть горизонт событий, который делит систему - это как взятие следа по ненаблюдаемым, чтобы получить из состояния всей системы матрицу плотности подсистемы. Создание тепловой матрицы плотности из чистого ваккумного состояние при этом неунитарно, да. Сама квантовая динамика при этом унитарна, просто может быть переписана в криволинейных координатах.

С эффектом Хокинга - да, это и есть проблема. С материей в черной дыре что-то происходит, у черной дыры самой каким-то образом есть энтропия, в конце-концов черная дыра (скорее всего) испаряется полностью, оставляя только равномерное тепловое состояние взамен упавших в нее других состояний. Тут действительно никто ничего не знает без теории квантовой гравитации. Но умозрительные попытки обьяснить или сказать, что информационного парадокса нет - есть. Например, в теории струн супергравитационные экстремальные черные дыры ведут себя унитарно.

При этом я хотел сказать, что сам по себе эффект Хокинга выводится понятным образом в первом приближении с помощью теории, на которую можно опираться без полного квантования гравитации. С этим ученые не спорят.

[realeugene]

То есть если быстро бегать вокруг атома, он начнёт светиться. Видимо, от счастья из-за внимания к своей персоне.

Это всё настолько сложно, что я не понимаю.