Помогите разобраться с излучением Хокинга

[Munin]

(parton aka)

parton aka в сообщении #935480 писал(а):

Взаимодействие пары по-любому закончится основным состоянием связанной системы (пара, орто и определено только временем). Вероятность "распада" в большее кол-во фотонов (и прочая), связано с кратностью вырождения этого состояния. ИМХО, ес-но.

Ну неправильно. Дело в том, что распад тоже можно представлять себе как состояние, в которое система "сваливается" - просто гораздо ниже уровнем. И на него можно свалиться не через промежуточную остановку в основном состоянии позитрония, а напрямую. Хотя доля истины в этом есть: в распад свалиться можно только многофотонным переходом, а в основное состояние - однофотонным или цепочкой однофотонных. Это гораздо легче. Но это играет роль только при очень низких энергиях электрона и позитрона. Стоит им разогнаться, и они будут не успевать сформировать позитроний, а во что аннигилируют - вопрос случая. Не справятся - просто пролетят мимо друг друга без аннигиляции (упругое рассеяние, или рассеяние с дополнительным излучением).

-- 25.11.2014 01:26:48 --

мат-ламер в сообщении #935613 писал(а):

Безотносительно к излучению Хокинга, многократно встречал утверждение, что в сильных полях виртуальные частицы могут стать реальными.

У этого утверждения другой смысл, чем тот, который вы подумали.

мат-ламер в сообщении #935616 писал(а):

В тех книгах, которые есть в моём компьютере я не нашёл в оглавлениях вообще таких слов, как виртуальные частицы и физический вакуум. Думаю, что авторы просто эти вещи называют другими словами.

Пока вы читаете - всё ещё ничего. Но каждый раз, когда вы начинаете пытаться думать - у вас получаются ужасные результаты. Вам пока просто рано это делать.

Авторы не называют эти вещи другими словами, потому что если перепутать слова - получится ерунда полная, как вам уже неоднократно показывали.

А что у вас на компьютере нет хороших книг - это проблема, не имеющая отношения к физике.

Рекомендую:
popular level:
Квант 66 - Фейнман. КЭД: странная теория света и вещества.
Квант 45 - Окунь. $\alpha\beta\gamma\ldots Z.$ Элементарное введение в физику элементарных частиц.
Квант 75 - Мигдал. Квантовая физика для больших и маленьких.
Аxиезер, Степановский. От квантов света до цветныx кварков.
slightly higher:
Квант 11 - Копылов. Всего лишь кинематика.
Окунь. Физика элементарных частиц.
more higher:
Хелзен, Мартин. Кварки и лептоны. Введение в физику частиц.

мат-ламер в сообщении #935616 писал(а):

Виртуальные частицы вообще могут переносить какие-то взаимодействия. Рождаются и умирают в взаимодействующих телах.

Это правда, но не вся.

мат-ламер в сообщении #935616 писал(а):

В этой ветке речь идёт о виртуальных парах, рождённых в вакууме.

Не годится. Извольте всё называть правильно.

мат-ламер в сообщении #935616 писал(а):

Я бы хотел в первую очередь осмыслить ответы на свои вопросы (извините за шкурный интерес).

Такой подход не работает. Обрывки знаний не являются знаниями, это просто мишура. Чтобы что-то узнать и понять, надо его изучать систематически. Только так, и никак иначе.

Red_Herring в сообщении #935619 писал(а):

Munin и Pphantom
Поправьте, если я не прав

Насчёт тройки фотонов я сомневаюсь. В КЭД нет трёхфотонной вершины. Так что, придётся фотонам рождаться чётными количествами, хоть они и бозоны. Вот глюоны - могут тройкой родиться запросто, у них трёхглюонная вершина есть, потому что их калибровочное поле - неабелево и с самодействием.

мат-ламер в сообщении #935623 писал(а):

Тут я вообще ничего не понял. Я себе обычную частицу с отрицательной энергией представить не могу.

Это очень плохо. Значит, с этого и надо начинать. При этом, интересные вещи откладываются на будущее, но ничего не поделаешь.

Читайте книги по механике и теормеханике.

мат-ламер в сообщении #935634 писал(а):

Я понимал, что излучение Хокинга вещь сложная.

Проблема в том, что вы не понимаете, насколько сложная. Они отделены от обычных бытовых понятий не одним слоем сложностей, и даже не двумя. Шестью-семью или пятнадцатью - так будет точнее. И поэтому, ваши мечты о том, чтобы "осмыслить их", - совершенно безнадёжны.

Научитесь осознавать это положение дел, и относиться более уважительно к серьёзным вещам, до которых вы не дотягиваетесь.

мат-ламер в сообщении #935659 писал(а):

Длина волны фотона сравнима с радиусом (по горизонту) чёрной дыры?

Да.

мат-ламер в сообщении #935664 писал(а):

А в местной системе координат время течёт медленнее и длины волн там меньше.

Нет.

vlapay в сообщении #935672 писал(а):

В ОТО вообще нет чёрных дыр.

Ну это уже бред какой-то пошёл.

[мат-ламер]

Munin в сообщении #935764 писал(а):

Рекомендую:
popular level:
Квант 66 - Фейнман. КЭД: странная теория света и вещества.
Квант 45 - Окунь. $\alpha\beta\gamma\ldots Z.$ Элементарное введение в физику элементарных частиц.
Квант 75 - Мигдал. Квантовая физика для больших и маленьких.
Аxиезер, Степановский. От квантов света до цветныx кварков.
slightly higher:
Квант 11 - Копылов. Всего лишь кинематика.
Окунь. Физика элементарных частиц.
more higher:
Хелзен, Мартин. Кварки и лептоны. Введение в физику частиц.

Ничего насчёт физического вакуума и виртуальных частиц в этих книгах не нашёл. В детских книгах ещё можно встретить пару предложений (но не более). У Окуня (ФЭЧ) встретился такой термин "виртуальные частицы" (они экранируют заряд), но без всякого предварительного пояснения. Наверное, предполагается, что читатель уже знаком с этой темой. Предлагаю использовать те понятия о виртуальных частиц, о которых обычно пишут в популярных статьях в сети. Будем считать, что виртуальная частица эта та же частица но 1) Обычная частица (не виртуальная) должна иметь возможность найти своего наблюдателя (быть зарегистрированным каким-то детектором), а виртуальная нет. 2) Для обычной частицы выполняется некоторое соотношение между энергией, импульсом и массой. Для виртуальных нет. 3) При квантовых флуктуациях вакуума виртуальные частицы рождаются парами с дополнительными параметрами (чтобы выполнялись законы сохранения). Об этом уже упоминалось.

-- Вт ноя 25, 2014 21:58:02 --

Что мне принципиально пока непонятно в теории излучении Хоккинга, так это принципиальная асимметрия между внутренностью чёрной дыры и наружным внешним миром. Чем наблюдатель, сидящий внутри чёрной дыры, хуже наружного наблюдателя, который находится далеко от дыры? Почему частица, падающая на внутреннего наблюдателя может нести ему отрицательную энергию, а наружный удалённый наблюдатель может фиксировать только частицы с положительной энергией? Асимметрия между наблюдателями состоит прежде всего в направлении поля тяготения. Так что, тяготение заворачивает один вид частиц и пропускает другой? Этого я тоже не понимаю. Я себе представляю, что все частицы (допустим безмассовые, движущиеся со скоростью света) движутся в поле тяготения совершенно одинаково и независимо от своей энергии. Аргументацию Muninа я тоже не понял. Ну, допустим частица с отрицательной энергией полетит в сторону от дыры, и будет при этом ещё понижать свою энергию. Ну и что? Почему в дыре ей можно делать своё дело, а снаружи нельзя?

[Munin]

мат-ламер в сообщении #936088 писал(а):

Ничего насчёт физического вакуума и виртуальных частиц в этих книгах не нашёл.

Простите, я не верю, что вы за день их все прочитали.

Это как раз ваша яркая проблема: слишком поспешные выводы.

мат-ламер в сообщении #936088 писал(а):

Предлагаю использовать те понятия о виртуальных частиц, о которых обычно пишут в популярных статьях в сети.

Разумеется, ни в коем случае.

Вы решили нарушить все свои торжественные обещания, и снова ступить на путь воинствующего невежества. Боюсь, с вами можно взаимодействовать только через модераторов.

мат-ламер в сообщении #936088 писал(а):

Что мне принципиально пока непонятно в теории излучении Хоккинга, так это принципиальная асимметрия между внутренностью чёрной дыры и наружным внешним миром. Чем наблюдатель, сидящий внутри чёрной дыры, хуже наружного наблюдателя, который находится далеко от дыры?

Вам это непонятно, потому что вы предпочитаете ничего не читать и ничего не знать.

мат-ламер в сообщении #936088 писал(а):

Асимметрия между наблюдателями состоит прежде всего в направлении поля тяготения.

Нет. Это враньё. Прекратите враньё в тематическом разделе. Здесь люди ходят, читают, видят ваш (к сожалению, уже ничего не стоящий) значок "заслуженного участника", и верят вам на слово.

мат-ламер в сообщении #936088 писал(а):

Ну, допустим частица с отрицательной энергией полетит в сторону от дыры, и будет при этом ещё понижать свою энергию.

Нет, конечно, ни про какие "ещё понижать" я не говорил.

[Toucan]

Тема перемещена из форума «Физика» в форум «Помогите решить / разобраться (Ф)»

[мат-ламер]

мат-ламер в сообщении #936088 писал(а):

Предлагаю использовать те понятия о виртуальных частиц, о которых обычно пишут в популярных статьях в сети. Будем считать, что виртуальная частица эта та же частица но 1) Обычная частица (не виртуальная) должна иметь возможность найти своего наблюдателя (быть зарегистрированным каким-то детектором), а виртуальная нет. 2) Для обычной частицы выполняется некоторое соотношение между энергией, импульсом и массой. Для виртуальных нет. 3) При квантовых флуктуациях вакуума виртуальные частицы рождаются парами с дополнительными параметрами (чтобы выполнялись законы сохранения). Об этом уже упоминалось.

Munin в сообщении #936255 писал(а):

Разумеется, ни в коем случае.

Вы решили нарушить все свои торжественные обещания, и снова ступить на путь воинствующего невежества. Боюсь, с вами можно взаимодействовать только через модераторов.

Я ничего не понял. Munin. Вы делаете достаточно громкие заявления. В любом случае буду благодарен вам за критику. Имеется единственная проблема. Я в упор не могу понять что вы имеете в виду. Если бы вы как-нибудь по-подробнее прокомментировали свою мысль, то буду благодарен.

-- Ср ноя 26, 2014 18:14:59 --

Munin в сообщении #936255 писал(а):

мат-ламер в сообщении #936088

писал(а):
Что мне принципиально пока непонятно в теории излучении Хоккинга, так это принципиальная асимметрия между внутренностью чёрной дыры и наружным внешним миром. Чем наблюдатель, сидящий внутри чёрной дыры, хуже наружного наблюдателя, который находится далеко от дыры?


Вам это непонятно, потому что вы предпочитаете ничего не читать и ничего не знать.

Munin. Вы как-то всё продолжаете выражаться загадками. Если бы вы конкретно что-то по теме сказали, то, думаю, это было бы полезнее.

-- Ср ноя 26, 2014 18:19:28 --

Munin в сообщении #936255 писал(а):

мат-ламер в сообщении #936088

писал(а):
Асимметрия между наблюдателями состоит прежде всего в направлении поля тяготения.
Нет. Это враньё. Прекратите враньё в тематическом разделе. Здесь люди ходят, читают, видят ваш (к сожалению, уже ничего не стоящий) значок "заслуженного участника", и верят вам на слово.

Откуда такие громкие слова - "враньё". Я задаю вопросы. Ответов нет. Пытаюсь сам, как могу, сочинить в ответ, надеясь на конструктивную критику. Почему мне кто-то должен здесь верить? Пока всё ещё надеюсь на конструктивную критику, а не эмоциальные выражения типа "это враньё".

-- Ср ноя 26, 2014 18:44:50 --

До сих пор я видел два принципиально разных ответа на природу излучения Хокинга. Первый - в асимметрии между бесконечно удалённым наблюдателем и наблюдателем, находящимся в чёрной дыре. Большинство доступных (для меня) источников объясняют излучение Хокинга через это. Удалённый наблюдатель должен видеть фотон с положительной энергией. Наблюдатель в чёрной дыре - с отрицательной. Это объяснение меня не удовлетворяет, поскольку не понял, чем наблюдатель в чёрной дыре настолько хуже удалённого. Подождём ответов Munina. Может он прояснит ситуацию.
Второй ответ предложил сам Munin. По его мнению фотон с отрицательной энергией больше притягивается чёрной дырой, чем фотон с положительной. В этом я глубоко сомневаюсь. И такого объяснения я нигде не видел. Поэтому такой ответ меня тоже не удовлетворяет. И тут я сообразил, что возможно и третье объяснение, которое не опирается ни на асимметрию между наблюдателями, ни на асимметрию между фотонами из виртуальной пары. Это объяснение опирается на аналогию с электрическим полем. Известно, что в сильных электрических полях виртуальные электроны и позитроны превращаются в реальные, причём энергию они берут из энергии электрического поля. Тут точно так же. Пара виртуальных фотонов под действием гравитационного поля превращаются в реальные с положительной энергией. Превращению способствует то, что встретиться им мешает горизонт чёрной дыры. Энергия для этого превращения берётся из энергии грвитационного поля. Т.е. из энергии виртуальных гравитонов. Ввиду этого и уменьшается масса чёрной дыры. На это объяснение меня натолкнуло чтение поста vlapay, которому выражаю особую благодарность. Пока считаю, что это третье объяснение и наиболее понятное и ближе к истине. Хотя истина в этом сложном вопросе скрыта для меня за туманом и насчёт её претендовать не берусь. Так что хорошо хоть, что понятно.

[parton aka]

(Оффтоп)

Munin в сообщении #935764 писал(а):

Но это играет роль только при очень низких энергиях электрона и позитрона. Стоит им разогнаться, и они будут не успевать сформировать позитроний, а во что аннигилируют - вопрос случая. Не справятся - просто пролетят мимо друг друга без аннигиляции (упругое рассеяние, или рассеяние с дополнительным излучением).

Дык и я о том. Чисто субъективное "представление" :) - аннигиляция лептонов связана прежде всего "с потерей" лептонных чисел (многофотонная, к примеру) и "должна" пройти через не вырожденное состояние системы с бонусом - пара-тройка фотонов аннигиляции может оказаться запутанной. Все остальные столкновительные взаимодействия "имеют полное право" на сохранение чисел (в том, или ином виде) и аннигиляцией по сути не должны представляться.

[Munin]

Меня в ЛС попросили немножко внести ясность. Я думаю, что это не самая первая задача. Самая первая - остановить словопоток из уст мат-ламер-а. Но раз попросили, отреагирую.

Дело всё в том, что в одном разговоре упоминаются понятия из трёх-четырёх-пяти разных моделей. Специалист понимает, что это разные модели. И это не мешает ему "перескакивать" из одной в другую: формировать изоморфные утверждения на разных языках. А вот начитавшись популярщины, можно только заработать в голове устойчивую кашу.

Какие это модели? Вкратце.

ОТО.

В ОТО есть чёрная дыра - пространство-время Шварцшильда. В ОТО есть полное пространство-время испаряющейся чёрной дыры. Но в ОТО нет потенциальной энергии, кинетическая - относительна, и вообще любые частицы и поля можно рассматривать только локально.

ОТО в фиксированной системе координат.

Довольно часто для Шварцшильда берут Шварцшильдовские координаты (они стационарные), это позволяет говорить о конкретной скорости и т. п. Правда, в координатах Шварцшильда горизонт чёрной дыры - непреодолимая граница.
Чтобы рассматривать горизонт, берут координаты, в которых он "выправляется", например, Эддингтона-Финкельштейна (тоже стационарные) или Крускала-Секереша (нестационарные).
В этой модели можно рассмотреть волновую оптику чёрной дыры и получить результаты о хокинговском излучении "на волновом уровне" (см. Новиков, Фролов).

Упрощённая моделька в рамках ОТО - лагранжева или гамильтонова механика частицы в фиксированной стационарной системе координат.

Здесь впервые появляется возможность говорить о потенциальной энергии.
Впрочем, что-то я побаиваюсь, что эту модель можно ввести только для массивных частиц, а для фотонов - нельзя. Не помню.

КТП. Представление Шрёдингера.

Здесь есть фотоны и волны (волновые функции частиц), время и порядок событий, частицы и античастицы, энергии всякие. Можно говорить про виртуальные частицы - в одном смысле. Можно говорить про вакуум, про нулевые колебания вакуума, про пробой вакуума - на аналогии с электродинамикой и пробоем вакуума в сильном поле. Одна неприятность: это описание безнадёжно локальное.

КТП. Представление Фейнмана.

Это наиболее удобное представление для профессионалов в КТП. Здесь есть фотоны, события изображаются диаграммами, мировые линии частиц - линиями, от волновой природы можно отвлечься. Можно говорить про виртуальные частицы - в одном смысле. Время и порядок событий иррелевантны, диаграммы могут быть нелокальными, но если это допустить, придётся осторожней говорить об энергиях, и даже о том, является ли частица частицей или античастицей. Вакуум - это диаграмма без линий, впрочем, к ней можно добавить диаграммы, замыкающиеся целиком на себя, без внешних линий - "оторванные петельки". Внешнее поле изображается внешними линиями не на массовой поверхности - надо аккуратней оговорить, называть ли их виртуальными.

КТП в искривлённом пространстве-времени.

Здесь луркует зависимость вакуума от системы отсчёта, и эффект Унру. По сути, излучение Хокинга можно себе представить как вариант эффекта Унру.

Итак, это всё перечисленное - даёт примерно 3-4 "принципиально разных ответа на природу излучения Хокинга" (ни один трезвый человек не произнесёт "ответ на природу", так что это была цитата).

-- 26.11.2014 21:04:32 --

мат-ламер в сообщении #936383 писал(а):

Второй ответ предложил сам Munin. По его мнению фотон с отрицательной энергией больше притягивается чёрной дырой, чем фотон с положительной.

Вот, кстати, пример вранья. Почему вы излагаете всякие глупости про моё мнение? Я бы такого бреда никогда не сказал, я его даже сгенерировать не могу.

[мат-ламер]

Munin в сообщении #936515 писал(а):

мат-ламер в сообщении #936383

писал(а):
Второй ответ предложил сам Munin. По его мнению фотон с отрицательной энергией больше притягивается чёрной дырой, чем фотон с положительной.


Вот, кстати, пример вранья. Почему вы излагаете всякие глупости про моё мнение? Я бы такого бреда никогда не сказал, я его даже сгенерировать не могу.

Я имел в виду вот это сообщение. Но может я не так понял.

-- Ср ноя 26, 2014 22:32:53 --

Munin в сообщении #935672 писал(а):

мат-ламер в сообщении #935060

писал(а):
4) Далее предполагается, что частица с отрицательной энергией полетит почему-то в сторону чёрной дыры, а частица с положительной энергией полетит почему-то от чёрной дыры. Почему?


Просто по определению положительной и отрицательной энергии, в данном случае. Представьте себе обычную частицу с отрицательной энергией в потенциальной яме, где потенциал на бесконечности приравнен к нулю. Может ли такая частица вылететь из ямы? Или она, наоборот, полетит к её центру?

[Munin]

Я понял, что вы имели в виду - я помню свои сообщения. Но это не отменяет ни того, что вы соврали, ни того, что вы выдали за моё мнение - чудовищный бред, который может спутать с моими словами только пятиклассник.

[мат-ламер]

Следует ли понимать вас так, что сила притяжения чёрной дыры не играет роли? Т.е. фотон с отрицательной энергией полетит в сторону чёрной дыры просто по определению отрицательной энергии? Или имеет значение, что из чёрной дыры возврата нет? Или сила притяжения играет роль, но мы не вправе говорить о притяжении фотона чёрной дырой? Может вы поподробнее прокомментируете фразу

Цитата:

Просто по определению положительной и отрицательной энергии, в данном случае.

?

[vlapay]

мат-ламер в сообщении #936383 писал(а):

И тут я сообразил, что возможно и третье объяснение, которое не опирается ни на асимметрию между наблюдателями, ни на асимметрию между фотонами из виртуальной пары. Это объяснение опирается на аналогию с электрическим полем. Известно, что в сильных электрических полях виртуальные электроны и позитроны превращаются в реальные, причём энергию они берут из энергии электрического поля. Тут точно так же. Пара виртуальных фотонов под действием гравитационного поля превращаются в реальные с положительной энергией. Превращению способствует то, что встретиться им мешает горизонт чёрной дыры. Энергия для этого превращения берётся из энергии грвитационного поля. Т.е. из энергии виртуальных гравитонов. Ввиду этого и уменьшается масса чёрной дыры.

Это, конечно правильно. Но тут есть один нюанс. Фотон истинно нейтральная частица, то есть антифотон тождественен фотону. Так как существование чёрных дыр экспериментально достоверно не подтверждено, будем рассматривать эффект Унру. Регистрация частиц ускоренным детектором (другой частицей), подразумевает, что обязательно должна рождаться и античастица, потому что должны выполнятся законы сохранения электрического, лептонного или барионного заряда. Но с фотоном это не так. Ускоренный детектор фиксирует один-единственный фотон, второго фотона просто нет, потому что фотон истинно нейтральная частица.
Если вернутся к чёрным дырам, то одиночный виртуальный фотон обменивается энергией с гравитационным полем чёрной дыры, рождается реальный фотон, который регистрирует внешний наблюдатель. Никакого антифотона для наблюдателя внутри чёрной дыры нет, поэтому и ваши сомнения автоматически отпадают за отсутствием объекта сомнений.

[venco]

Даже я понял.
Чтобы улететь от ЧД надо иметь энергию, достаточную для преодоления потенциального барьера. Отрицательной энергии точно недостаточно. Положительной тоже может не хватить для частиц с ненулевой массой. Фотону достаточно положительной энергии и правильного направления. Таким образом из всех пар виртуальных частиц некоторая часть даёт возможность одной частице улететь, причём у этой частицы энергия обязательно должна быть положительной. Остальные пары просто схлопнутся, не повлияв на энергию ЧД. А те, что смогли улететь, энергию ЧД обязательно уменьшат.

[Munin]

мат-ламер в сообщении #936967 писал(а):

Следует ли понимать вас так, что сила притяжения чёрной дыры не играет роли?

Без неё не было бы чёрной дыры, пардон.

мат-ламер в сообщении #936967 писал(а):

Может вы поподробнее прокомментируете фразу

Цитата:

Просто по определению положительной и отрицательной энергии, в данном случае.

?

Не раньше, чем вы:
1. Откроете учебник по теормеханике, и прочтёте про одномерное движение в заданном потенциале.
2. Рассмотрите потенциальную яму, такую что в некоторой области $D$ потенциал ниже $U<0,$ а вне этой области асимптотически уходит в 0 на бесконечности.
3. Рассмотрите качественно движение частиц с начальными энергиями: а) $E>0$; б) $U<E<0.$

Литература:
[1] Ландау, Лифшиц. Теоретическая физика 1. Механика.
[2] Медведев. Начала теоретической физики.

И помните, что чувства меня переполняют примерно вот такие: http://www.youtube.com/watch?v=BeimCWk45A0 [2:49]

[Magoga]

Похоже, со времён алхимиков, шифровавших свои тексты от профанов, ничего не изменилось :)

Нет никакой отрицательной энергии (подлинной антиматерии). Просто, приведя формулу,"проглотили" множитель (направление) "-1".

[Munin]

Вообще-то связь между отрицательной энергией и антиматерией чуть менее чем никакая.