سیاهچاله ها چگونه تبخیر می‌شوند

زمان لازم برای مطالعه: ۲ دقیقه

برای درک فرایند بخار شدن سیاهچاله باید مفهوم تولید و نابودی زوج و میدانهای کوانتمی، همچنین نسبیت، قانون پایستگی و تونل زنی کوانتمی رو بدونیم. این مفاهیم در پست‌های قبلی بررسی شده‌اند.
گفتیم مفهوم خلاء در فیزیک به معنی خلاء مطلق نیست و همواره ذره و پاد ذره در حال تولید و نابودی هستند. برای جدا کردن اونها به نیرو یا میدانهای بسیار قویِ گرانشی یا اکتریکی نیاز هست.
مثلا در اثر شوینگر، اگه زوج ذره‌ی الکترون-پوزیترون تحت میدان الکتریکی شدید یک خازن با اختلاف پتانسیلی از مرتبه‌ی بالاتر از ۱۰۰ میلیارد ولت قرار بگیره، با یک احتمالی از هم جدا میشند و بواسطه‌ی نیروی الکتریکی به سمت قطبهای مثبت و منفی حرکت میکنند. قانون پایستگی حاکم بر مکانیزم استخراج در اینجا علاوه بر پایستگی انرژی، پایستگی بار هم هست. بار الکتریکی کل همواره ثابته و برابر صفره. روشنه از اثر شوینگر نمیشه ذرات غیر بار دار استخراج کرد.

نیروی دیگه نیروی گرانش بود، اگه نیروی گرانش به اندازه‌ی کافی بزرگ باشه میتونه ذره و پاد ذره رو از هم جدا کنه. تنها جاییکه چنین نیروی گرانشی داره، سیاهچاله هست و محل استخراج ذرات، افق سیاهچاله هست، یعنی جایی که نور نمیتونه از اون فرار کنه.
اما چه اتفاقی میافته. اگه روی سطح افق، ذره و پادذره (مثلا فوتون و پادذره‌ی اون که باز فوتون هست) تولید بشه. با وجود اینکه احتمالش خیلی کم هست، ممکنه به واسطه‌ی تونل زنی کوانتمی یکی از ذرات از سد پتانسیل گرانشی فرار کنه. از اونجایی که فوتونِ فرار کرده از دید ما (ناظر بیرون سیاهچاله) انرژی مثبت داره طبق قانون پایستگی، فوتون دوم باید انرژی منفی داشته باشه و به سمت داخل سیاهچاله حرکت کنه. به تعبیر دیگه، اگه یک ذره با انرژی یا جرم m (اصلا مهم نیست باردار باشه یا خنثی) از افق سیاهچاله فرار کرد، حتما ذره‌‌ی دوم به جرم m- به درون سیاهچاله سقوط میکنه. اضافه شدن یک جرم منفی به سیاهچاله، معادل کم شدن همون مقدار جرم از سیاهچاله هست. به این ترتیب طبق نسبیت عام ناظر بیرون همیشه یک تابش گرمایی از سطح افق مشاهده میکنه و فکر میکنه سیاهچاله دائما در حال از دست دادن جرم و یا به اصطلاح تبخیر شدن هست.

اگه شما داخل یک ماهواره به سمت زمین سقوط آزاد کنید، وزن شما صفره. با توجه به این، به نظر شما ناظری که داره به درون سیاهچاله سقوط آزاد میکنه، تابش رو چطوری میبینه؟‌

@Astroprint🔭🐾

#سیاهچاله #فیزیک #اخترفیزیک #تابش_هاوکینگ

رسانه:
https://t.me/astroprint_media/17