Radiación de Hawking

[Guest]

Radiación de Hawking

La explicación de la Radiación de Hawking, en la que intervienen las partículas y antipartículas virtuales, personalmente, se me hace muy difícil de entender. Demasiado técnica. Precisa de mucha formación teórica física. Luego, a mi modo, intentaré explicarlo, rebajando unos grados tal dificultad, que se me antoja lo agradecerán los insuficientemente proveídos de tales conocimientos.

El problema estriba cuando un objeto cósmico, comete la imprudencia de aproximarse hasta el Horizonte de Eventos. Es el círculo, como si de un revestimiento del AN se tratara, del que ni la luz puede escapar. Su dimensión es proporcional a la magnitud de masa absorbida durante su existencia. Y con todo, su diámetro no suele abarcar ni siquiera algunos kilómetros.
La atracción pues, crece con él, por motivo de la concentración gravitacional. O sea que, es un Ente de masa descomunal, concentrada en casi un punto, que a tan corta distancia, (recordemos que la fuerza de la gravedad, se manifiesta inversamente proporcional al cuadrado del radio del Horizonte de Eventos), vence a la fuerza electromagnética, 10^39 veces superior.

A medida que se aproxima el imprudente objeto, al dominio del AN, es acelerado por su atracción, provocándole un movimiento en torbellino.

La fuerza gravitatoria, imprime energía cinética al objeto, constatable en su aumento de velocidad y calor.

Mientras gira el objeto, adherido a la inesperada noria, su constitución atómica, desprende el exceso de fotones, no asimilables por su propia entropía, hasta las temperaturas de 10^11 ºC.
Las ondas escapadas, cada vez de menor longitud, ( por aumento de velocidad y entropía), son observables en todas las direcciones espaciales.

La temperatura, máxima que puede soportar el objeto, antes de convertirse en plasma de quark, es la de 10^16 ºC; por ello, todas las radiaciones emitidas desde su cara externa al Horizonte de Eventos, no solo emite la más brillante luz, sino que aumentan en grado exponencial, los rayos X y gamma. Por el contrario, estos mismos, emitidos desde su cara interna, se precipitan a velocidad “c,” hacia el AN.

En este caso, para los observadores, se hace invisible instantáneamente, pero para los fotones, su incursión se hace eterna.

En realidad, para simplificar lo razonado por Hawking, equiparamos este proceso, al de las partículas y antipartículas virtuales, que en su radiación espacial, sufren más cambios y desaparecen.

Saludos del Abuelo.

[franc]

Carlos, con lo cual el AN se termina evaporando, no sin antes habernos dejado algo de información.

saludos

[cosmicoman]

Hola Carlos.

Creo que la explicación que has dado no es correcta. La radiación de Hawking no tiene nada que ver con que haya materia que se aproxime al horizonte de sucesos (o de eventos) de un AN.

El AN siempre emite radiación (radiación de Hawking) aunque se encuentre aislado. Este fenómeno se produce porque, según la teoría cuántica, en el vacío se pueden generar espontáneamente pares de partícula-antipartícula, que se desintegran casi inmediatamente (fluctuaciones cuánticas del vacío). Existe una probabilidad de que estos pares se creen en el mismo borde del horizonte de sucesos del AN, quedando una partícula por dentro y otra por fuera. La que queda dentro es engullida por el AN, pero la que queda fuera escapa y forma lo que denominamos radiación de Hawking.
Es por este motivo que el AN aislado terminará evaporándose, como ha dicho franc, ya que continuamente pierde energía.

Saludos

[franc]

Sería la radiación propia del AN formado, independientemente de que engulla materia o no.


saludos

[Guest]

No me conformo en repetir que las partículas virtuales aparecen y desaparecen del vacío. Que el efecto Casimir nos certifica su existencia. Y que la fricción de partículas por los aledaños del AN, provocan su evaporación.

Todo esto y más, ya lo hemos tratado en otros hilos. Lo que deseo como siempre, es entender lo que aprendo. Y lo que ocurre con estas partículas, aún no lo entiendo. Y no me ayudan las definiciones de wikipedia, con gran cantidad de artículos. Superabundan en datos, pero no responden a mis inquisiciones.

Será posible, si entre todos, cosmican, franc, yo mismo y los colegas que tengan a bien aportar su ayuda, lo desarrollamos aquí.
Os lo agradeceré.

Y tengo la pretensión de que sirva de ayuda para quienes se hallen en circunstancias parecidas a las mías.(Que oyen campanas sin saber de dónde vienen).

Una de las cosas que convendría aclarar es si la partícula centrista, es idéntica a la prófuga. Y como se las apaña, para devorar el AN, en el caso de que se quede de huésped.

Desaparecería el AN, pero quedarían al descubierto los glotones.

En serio. ¿Podeis detallar el proceso?. De ello depende, si lo entiendo, que pueda continuar averiguando las temperaturas que deben alcanzar:
-El Horizonte de Eventos,
-Su interior. (Volumen del campo hasta el Horizonte).
-El propio AN.

Vengo a suponer una inversión del proceso del BB. Motivo de otro hilo.

Saludos del Abuelo.

[Alex]

Carlos, eres un caso único!! siempre vienes a preguntar lo mas jodido de responder!! Yo no es que sea un experto en AN, cuando estudiaba... ¡aun no existian! pero bueno me atreveré a opinar con cierta base... pero no soy alshin!

Creo que fue Hawking (seguro), el primero que aventuró que un AN "debia tener temperatura" y efectivamente demostro que era proporcional a lo que se denomina "gravedad superficial" del agujero negro. Parea un agujero negro en rotación la temperatura de Hawking es:


Bueno pues esta temperatura, para sorpresa general, es "absurdamente minuscula" (en palabras de Roger Penrose) en comparación con la entropia del agujero negro (Que por cierto, fue tambien Hawking quien obtuvo el factor 1/4 que aparece en la fórmula y termino de aclarar de paso la entropia del AN). Se ha calculado la temperatura de Hawking de un AN de aproximadamente una masa solar y es de 10^-7 K (El demostrar que un AN tiene temperatura y cuantificarla ha sido uno de los mayores logros teoricos de la Astrofisica).

Y esto tiene una estrecha relación con lo que plantea franc, "la evaporación de los agujeros negros" de gran interés teorico, solo en el caso de que la expansión sea perpetua (los agujeros negros no se evaporan, por ahora). El razonamiento es muy simple: Si el universo continua su expansión infinitamente, dentro de 10^16 años la temperatura del fondo sera MENOR que la temperatura de Hawking de AN, por lo que el agujero comenzara a perder energía al tener que irradiar mas energía que la que absorbe del fondo. A medida que pierde energía, pierde masa, por lo que su radio se hara cada vez mas pequeño y por consiguiente se calienta más. Para un AN de una masa solar, cuando llegue este supuesto, radiará energía (perdera masa) durante unos 10^64 años y su temperatura aumentará hasta 10^9 o 10^10 K como consecuencia de la disminución del radio. Se produciria una inestabilidad como desbocada y terminaría en una explosión donde masa-energía restante se transformaría instantaneamente en radiación.

Y respecto a la radiación de Hawking, es como ya han dicho antes. Esta radiación es ridicula, en comparación con la radiación de la energía rotacional del AN. Solo añadir una cosa, cuando se crea un par virtual particula/antiparticula y una cae dentro y la otra escapa, solo es posible si la particula que escapa, se convierte en particula real y por tanto la particula que escapa debe tener energía positiva, y la particula que cae en el interior del AN, se deberá convertír (teoricamente) en una particula real con ENERGÍA NEGATIVA, cosa que es perfectamente posible en el interior de un AN.. Entonces la radiación de Hawking ocurre porque una particula real puede tener energía negativa en el interior de un AN y es la particula real de energía positiva la que escapa y produce la radiacion.

La diferencia de esta radiacion de AN de Hawking con la de un agujero negro en rotacion, es que en estos últimos hay una region (ergosfera) donde es posible que una particula entre en la ergosfera y se divida en dos particulas, una de las cuales tiene energía negativa y la otra sale llevandose asi mas energía que la que entra. El resultado sera una leviiiiiiisima disminucion de la energía rotacional del AN.

Bueno esto es mas largo todavia ...

Saludos

[xavierb]

Qué tipo de información nos puede dar la radiación de Hawking? Qué implicaciones tiene?

Saludos

[franc]

Vamos a olvidarnos por un momento de enanas blancas, de estrellas de neutrones, de púlsares, del límite de Chandrasekhar, y también de las singularidades en los AN con rotación o sin ella. Expliquemos la radiación de Hawking, ¿y quién mejor para ello que su propio artífice?

¡Adelante Sr. Hawking!:

¿Cómo es posible que un agujero negro parezca emitir partículas cuando sabemos que nada puede escapar de dentro de su horizonte de sucesos?

La respuesta, que la teoría cuántica nos da, es que las partículas no provienen del agujero negro, sino del espacio «vacío» justo fuera del horizonte de sucesos del agujero negro.

Podemos entender esto de la siguiente manera: lo que consideramos el espacio «vacío» no puede estar totalmente vacío, porque esto significaría que todos los campos, tales como el gravitatorio o el electromagnético, tendrían que ser exactamente cero. Sin embargo, el valor de un campo y su velocidad de cambio con el tiempo son como la posición y la velocidad de una partícula: el principio de incertidumbre implica que cuanto con mayor precisión se conoce una de esas dos magnitudes, con menor precisión se puede saber la otra. Así, en el espacio vacío, el campo no puede estar fijo con valor cero exactamente, porque entonces tendría a la vez un valor preciso (cero) y una velocidad de cambio precisa (también cero).

Debe haber una cierta cantidad mínima debido a la incertidumbre, o fluctuaciones cuánticas, del valor del campo. Uno puede imaginarse estas fluctuaciones como pares de partículas de luz o de gravedad que aparecen juntas en un instante determinado, se separan, y luego se vuelven a juntar, aniquilándose entre sí. Estas partículas son partículas virtuales, como las partículas que transmiten la fuerza gravitatoria del Sol: al contrario que las partículas reales, no pueden ser observadas directamente con un detector de partículas. No obstante, sus efectos indirectos, tales como pequeños cambios en las energías de las órbitas electrónicas en los átomos, pueden ser medidos y concuerdan con las predicciones teóricas con un alto grado de precisión. El principio de incertidumbre también predice que habrá pares similares de partículas materiales virtuales, como electrones o quarks. En este caso, sin embargo, un miembro del par será una partícula y el otro una antipartícula (las antipartículas de la luz y de la gravedad son las mismas que las partículas).

Como la energía no puede ser creada de la nada, uno de los componentes de un par partícula/antipartícula tendrá energía positiva y el otro energía negativa. El que tiene energía negativa está condenado a ser una partícula virtual de vida muy corta, porque las partículas reales siempre tienen energía positiva en situaciones normales. Debe, por lo tanto, buscar a su pareja y aniquilarse con ella. Pero una partícula real, cercade un cuerpo masivo, tiene menos energía que si estuviera lejos, porque se necesitaría energía para alejarla en contra de la atracción gravitatoria de ese cuerpo. Normalmente, la energía de la partícula aún sigue siendo positiva, pero el campo gravitatorio dentro de un agujero negro es tan intenso que incluso una partícula real puede tener allí energía negativa. Es, por lo tanto, posible, para la partícula virtual con energía negativa, si está presente un agujero negro, caer en el agujero negro y convertirse en una partícula o anti partícula real. En este caso, ya no tiene que aniquilarse con su pareja. Su desamparado compañero puede caer así mismo en el agujero negro. O, al tener energía positiva, también puede escaparse de las cercanías del agujero negro como una partícula o anti partícula real. Para un observador lejano, parecerá haber sido emitida desde el agujero negro.

Cuanto más pequeño sea el agujero negro, menor será la distancia que la partícula con energía negativa tendrá que recorrer antes de convertirse en una partícula real y, por consiguiente, mayores serán la velocidad de emisión y la temperatura aparente del agujero negro.

La energía positiva de la radiación emitida sería compensada por un flujo hacia el agujero negro de partículas con energía negativa. Por la ecuación de Einstein E=mc2 , sabemos que la energía es proporcional a la masa. Un flujo de energía negativa hacia el agujero negro reduce, por lo tanto, su masa. Conforme el agujero negro pierde masa, el área de su horizonte de sucesos disminuye, pero la consiguiente disminución de entropía del agujero negro es compensada de sobra por la entropía de la radiación emitida, y, así, la segunda ley de la termodinámica nunca es violada.


Creo que está bastante claro, pues hasta yo, eso sí, con algunas lagunas, lo he entendido. Por lo tanto el post de carlos no es totalmente incorrecto, pues aunque las partículas emitidas provengan del espacio «vacío» justo fuera del horizonte de sucesos del agujero negro, (para un observador lejano las partículas aparentemente si salen del AN), además que en éste proceso de emisión, se produce un flujo de partículas con energía negativa hacia el AN, con la consiguiente disminución de su masa, que es la compensación a la energía positiva de la radiación emitida. Por lo que el AN, al absorber materia, parte de ésta la termina devolviendo en forma de radiación al disminuir su masa como consecuencia del flujo hacia el AN de partículas con energía negativa. En cierto modo el desarrollo sí se produce dentro del AN, al perder masa como consecuencia de ese proceso, en el cual la entropía disminuye, pero es compensada por la entropía de la radiación emitida.

xavierb, la propia de la energía emitida, y las implicaciones, la evaporación de los AN, la gravedad cuántica y la física especulativa.



saludos

[Guest]

Alex y franc: Me habeis satisfecho doblemente.
Un motivo, es el de haber obtenido un detalle que aún no había dado conmigo.
El otro, es que ahora con más aplomo, podré redactar para que deis vuestra opinión, el tema que bullía en mi mente hace tiempo y no me atrevía a exponer. Me decido por cuanto entiendo que vuestras descripciones, son acordes con lo que imagino.

Kelvinación del Agujero Negro.Abro otro hilo.

Saludos del Abuelo.

[xavierb]

Tengo entendido que la información caida dentro de un agujero negro está contenida en la superficie del horizonte de sucesos, y que; con la radiación de Hawking el Universo recupera esta información, alguien me podría decir si esto es cierto; y si es así; el mecanismo de como se recupera esta información?

Gracias