¿Por qué Hawking dijo que los agujeros negros no existen? ¿Cuál es la paradoja de la pérdida de información?
¿Qué es un agujero negro? Nuestra definición de agujero negro es en realidad muy simple al principio: se refiere principalmente a una región del espacio de la que no puede escapar ninguna materia, ni siquiera la luz. Esta zona del espacio es el agujero negro. ¿Cómo se llama el borde de esta zona? ¿Horizonte de sucesos? Cualquier materia o información que caiga en la interfaz visual caerá en el centro del agujero negro y nunca podrá escapar. Esto significa que la información dentro y fuera de la interfaz visual está completamente desconectada, por lo que nos es imposible saber qué está sucediendo. adentro, y las cosas que están adentro nunca pueden salir.
Sin embargo, Hawking propuso la teoría de la radiación del agujero negro basada en fluctuaciones cuánticas en el vacío. Creía que los agujeros negros liberan energía lentamente y pierden masa, por lo tanto, cuando un agujero negro desaparece por completo, toda la materia que contiene. La información que haya caído previamente en el agujero negro se perderá. Ésta es la paradoja de la pérdida de información de los agujeros negros, que es incompatible con la idea de conservación de la información en la mecánica cuántica.
Hawking propuso inmediatamente (ésta era su suposición y aún no ha sido confirmada) que el agujero negro sólo está temporalmente desconectado de la información del mundo exterior, ¿llamado? ¿Horizonte aparente? ¿este? ¿Horizonte aparente? Desaparecerá en el futuro y la información atrapada en el agujero negro no se perderá. Regresará al universo, pero este aislamiento temporal puede ser más antiguo que el universo, lo que significa que no se puede distinguir entre la desconexión completa y la desconexión temporal. ser observado. ¡Personalmente creo que Hawking está diciendo tonterías!
¿Qué tamaño tiene un agujero negro? Podemos imaginar un agujero negro como una esfera. Su diámetro es proporcional a la masa del agujero negro, es decir, cuanto más masa forme el agujero negro inicialmente o posteriormente. Cuanto más caiga en el agujero negro, más grande será el agujero negro. Pero en comparación con los cuerpos celestes de la misma masa, los agujeros negros siguen siendo muy pequeños. Esto se debe a que el agujero negro ha comprimido su masa a un volumen muy pequeño bajo la influencia de una enorme gravedad. Por ejemplo, un agujero negro con una masa similar a la de la Tierra tiene un radio de sólo unos pocos milímetros. El radio de la Tierra es aproximadamente 654,38+0 mil millones de veces el de un agujero negro de la misma masa.
El radio de un agujero negro se llama radio de Schwarzschild, expresado en Karl? Nombrado en honor a Schwarzenegger. ¿Por culpa de Karl? Schwarzschild propuso por primera vez los agujeros negros como solución a la teoría general de la relatividad de Einstein. Pero no olvide que hay decenas de miles de millones de veces la masa del sol en el universo y estos agujeros negros siguen siendo muy grandes.
¿Qué pasa si te quedas atascado en una interfaz visual? Al acercarnos a un agujero negro, veremos que la luz de las estrellas de fondo está muy distorsionada, pero si no hay luz de las estrellas en el área de fondo donde se encuentra el agujero negro, no veremos ningún cambio en el entorno circundante al acercarnos al agujero negro o incluso cruzando la interfaz visual. Ni siquiera sabes que estás cayendo, acelerando o siendo afectado por la gravedad. Esto se debe a un corolario del principio de equivalencia de Einstein.
No podemos distinguir entre la aceleración en el espacio plano y el campo gravitacional que hace que el espacio se curve. Debido a que el fondo de un agujero negro no tiene luz estelar y es completamente negro, ni siquiera podemos encontrar un marco de referencia que nos diga que se está acelerando.
Sin embargo, si un observador alejado del agujero negro viera a alguien caer en el agujero negro, notaría que sus movimientos se hacían más lentos cuanto más se acercaba a la interfaz visual. Porque el tiempo que se acerca al horizonte de sucesos del agujero negro es mucho más lento que el tiempo que se aleja del horizonte de sucesos del agujero negro. Pero alguien que cae en un agujero negro, pasa a través de la interfaz visual en poco tiempo.
Otro punto es que la experiencia de una persona al caer en un agujero negro en la interfaz visual depende de la magnitud de la fuerza de marea del campo gravitacional. La fuerza de marea en la interfaz aparente es inversamente proporcional al cuadrado de la masa del agujero negro. En otras palabras, cuanto mayor es la masa del agujero negro, menor es la fuerza de marea. Si el agujero negro es lo suficientemente masivo, no tendrá ningún efecto sobre nosotros y podremos viajar con seguridad a través de la interfaz visual. Si la fuerza de la marea es lo suficientemente fuerte, nuestra cabeza y nuestros pies sentirán una enorme diferencia gravitacional y nuestros cuerpos se estirarán. ¿Cuáles son los términos técnicos en física? ¿espaguetis? .
¿Qué hay en un agujero negro? Nadie lo sabe, pero es casi seguro que lo que hay dentro de un agujero negro no se parece en nada a ninguna forma de materia que hayamos visto jamás. En el lenguaje de la relatividad general, hay una singularidad dentro de un agujero negro en la que la gravedad se vuelve infinita. Una vez que cualquier objeto cruza la interfaz visual, rápidamente alcanzará la singularidad, pero la relatividad general no puede decirnos cuál es la singularidad y también colapsa en la singularidad, lo que significa que no es aplicable ni comprensible.
Lo que necesitamos es una teoría cuántica de la gravedad. Generalmente se piensa que esta teoría reemplaza la singularidad con algo más.
¿Cómo se forman los agujeros negros? Sabemos que los agujeros negros se pueden formar de cuatro formas diferentes.
El más fácil de entender es el agujero negro del colapso estelar. Una estrella de masa suficiente colapsará para formar un agujero negro después de que se detenga la fusión nuclear, porque cuando se detiene la presión de radiación generada por la fusión, el material comenzará a caer hacia su centro de gravedad y su densidad aumentará. Al final, nada puede vencer la gravedad de la superficie de la estrella y se crea un agujero negro. Estos agujeros negros se llaman. ¿Agujero negro de masa estelar? , es el agujero negro más común.
¿Cuál es el siguiente tipo común de agujero negro? ¿Agujero negro supermasivo? Suele estar situado en el centro de una galaxia y tiene una masa de entre miles de millones y decenas de miles de millones de veces la de un agujero negro de masa solar. Aún no se comprende del todo cómo se forman exactamente estos agujeros negros supermasivos. Pero generalmente creemos que originalmente eran un agujero negro de masa estelar. En el centro de una galaxia donde las estrellas y los agujeros negros están densamente poblados, se fusionaron entre sí, se tragaron otras estrellas y se convirtieron en agujeros negros supermasivos.
Una idea más controvertida es la de los agujeros negros primordiales, que probablemente se formaron bajo fluctuaciones de alta densidad en el universo primitivo. Si bien esto es posible, sería difícil encontrar un modelo que produzca agujeros negros primordiales sin crear demasiados.
Por último, existe un agujero negro muy especulativo, es decir, en el Gran Colisionador de Hadrones se puede producir un agujero negro diminuto con una masa similar al bosón de Higgs. Esto sólo sucedería si hubiera dimensiones adicionales en nuestro universo. Pero hasta ahora no hemos descubierto ninguna dimensión adicional.
¿Cómo sabemos que existen los agujeros negros? De la teoría a la realidad, tenemos mucha evidencia observacional sobre los agujeros negros. Inicialmente, descubrimos los agujeros negros gracias a la gravedad. Por ejemplo, en el centro de la Vía Láctea encontramos una gran cantidad de estrellas orbitando a gran velocidad un punto no luminoso. Según el teorema de la gravedad, podemos saber que la masa de este punto central es millones de veces la del sol.
Por ejemplo, algunos agujeros negros masivos en los centros de las galaxias del universo también producirán algunos efectos ópticos observables debido a sus actividades anormales. Por ejemplo, el agujero negro irradiará rayos X en el disco de acreción. después de la acreción también se formará una fuente de radio distinta en el centro. Precisamente utilizando estas propiedades de los agujeros negros obtuvimos la primera fotografía de un agujero negro de la historia.
¿Por qué Hawking dijo una vez que los agujeros negros no existen? Esta frase está un poco fuera de contexto. De hecho, esto no es lo que Hawking quería expresar. Los agujeros negros son reales. Lo que quiere decir es que cree que los agujeros negros no tienen horizontes de sucesos eternos, sino horizontes de sucesos de corta duración, para resolver el problema de la pérdida de información de los agujeros negros. Pero eso es lo que supuso.
¿Cómo emiten radiación los agujeros negros y pierden masa? Los agujeros negros emiten radiación mediante efectos cuánticos. Cabe señalar que se trata de un efecto cuántico de la materia, no de un efecto cuántico de la gravedad. La mecánica cuántica cree que el vacío no está vacío. En muy poco tiempo se forman pares de partículas virtuales positivas y negativas y la energía regresa al universo. Sin embargo, si este efecto cuántico ocurre en el borde de la interfaz visual del agujero negro, una de las partículas virtuales caerá en el agujero negro, mientras que la otra partícula virtual robará energía del agujero negro, se convertirá en una partícula real y escapará, aniquilando. la partícula anti-real cercana y liberándole energía.
¿La radiación emitida por el agujero negro fue emitida originalmente por Stephen? Hawking propuso, ¿conocido como? ¿Radiación de Hawking? . La temperatura de la radiación es inversamente proporcional a la masa del agujero negro. Cuanto más pequeño es el agujero negro, mayor es la temperatura de radiación. Hasta donde sabemos, las estrellas y los agujeros negros supermasivos emiten radiación a temperaturas muy por debajo de la radiación cósmica de fondo de microondas, por lo que tal efecto simplemente no puede detectarse. No es exagerado decir que es posible que los humanos no podamos verificar la afirmación de Hawking en el futuro.
¿Cuál es la paradoja de la pérdida de información? La paradoja de la pérdida de información es causada por la radiación de Hawking. Esta radiación es un proceso puramente térmico, lo que significa que salvo una temperatura concreta, la radiación es completamente aleatoria. Además, esta radiación no contiene ninguna información sobre la formación del agujero negro ni sobre ningún objeto anterior que haya caído en el agujero negro. Pero a medida que el agujero negro emite radiación, pierde masa y se reduce gradualmente. Con el tiempo, el agujero negro se transformará completamente en radiación aleatoria. Es decir, se perderá información sobre cómo se formó antes el agujero negro y los objetos que cayeron en él, pero la mecánica cuántica no permite que esto suceda.
Así que la evaporación de los agujeros negros es inconsistente con lo que sabemos sobre la teoría cuántica, y tenemos que hacer algunas concesiones. Esta inconsistencia debe eliminarse de alguna manera. La solución, según creen la mayoría de los físicos, es que la radiación de Hawking debe contener de alguna manera esta información, o que la información puede escapar del agujero negro de alguna otra manera.
¿Cómo solucionar el problema de la pérdida de información de los agujeros negros? Se trata de una cuestión de vanguardia en física que la ciencia no puede refutar.
La gente ha planteado muchas hipótesis, tales como: el agujero negro puede estar conectado con el agujero blanco en otra dimensión, y la información material que ingresa desde el agujero negro será escupida desde el agujero blanco y el agujero negro es en realidad la entrada; de un agujero de gusano, conectándose a otro tiempo y espacio, y la información material también será expulsada del agujero blanco. Estos están completamente más allá del alcance y la capacidad de los humanos para verificar y observar. Por ahora, estas especulaciones carecen de sentido.
Además, para llenar este vacío legal, Hawking propuso que los agujeros negros en realidad tienen una forma de almacenar información, que la gente ha ignorado antes. De hecho, la información material se almacena en el horizonte de sucesos del agujero negro, lo que puede provocar pequeños movimientos de partículas en la radiación de Hawking. Entre estos pequeños cambios, puede haber información sobre el material que falta. Misterioso, pero imposible de probar.
Aquí tienes algunas preguntas sobre los agujeros negros. Actualmente tenemos la certeza de que existen los agujeros negros. Podemos encontrarlos en el universo y saber cómo se formaron y finalmente desaparecieron. ¡Pero aún queda por estudiar el destino específico de la información que ingresa al agujero negro!