Sind Elementarteilchen das endgültige Schicksal von Schwarzen Löchern?

Dies ist in der Tat ein verlockender Vorschlag (siehe auch dieses Papier ). Es gibt jedoch einen entscheidenden Unterschied zwischen Elementarteilchen und makroskopischen Schwarzen Löchern: Letztere werden in guter Näherung durch die Nicht-Quantenphysik (auch bekannt als klassische) beschrieben, während Elementarteilchen durch die Quantenphysik beschrieben werden. Der Grund dafür ist einfach.

Wenn der klassische Radius eines Objekts größer ist als seine Compton-Wellenlänge, dann reicht eine klassische Beschreibung aus. Für Schwarze Löcher, deren Schwarzschild-Radius größer als die Planck-Länge ist, ist dies erfüllt. Für Elementarteilchen ist dies jedoch nicht erfüllt (z. B. für ein Elektron würde sich der "Radius" auf den klassischen Elektronenradius beziehen, der ungefähr ist$10^{-13}$cm, während seine Compton-Wellenlänge etwa drei Größenordnungen größer ist).

In der Nähe der Planck-Skala ist Ihre Intuition wahrscheinlich richtig, und es gibt keinen grundlegenden Unterschied zwischen Schwarzen Löchern und Elementarteilchen - beide könnten durch bestimmte Saitenanregungen beschrieben werden.

Ja, Schwarze Löcher sind besondere Arten von Elementarteilchen. So müssen sie in jeder konsistenten Quantentheorie der Gravitation dargestellt werden. Diese Darstellung eines Schwarzen Lochs wird besonders nützlich und wichtig für kleine Schwarze Löcher - deren Masse nicht viel größer als die Planck-Masse ist.

Und tatsächlich verdampft ein Schwarzes Loch, was nur eine Form des Zerfalls eines schweren Elementarteilchens ist, und wenn es am Ende des Hawking-Verdampfungsprozesses sehr leicht wird, ist es buchstäblich nicht mehr von einem schweren Elementarteilchen zu unterscheiden, das schließlich zerfällt in wenige stabile Elementarteilchen.

Ein Unterschied, den Sie anscheinend vernachlässigen, ist jedoch, dass Schwarze Löcher tatsächlich eine große Entropie tragen

Es sind diese "Mikrozustände", die den Arten von Elementarteilchen wirklich analog sind. Aber die Zahl der Teilchenarten, die makroskopisch wie das Schwarze Loch mit gegebener Masse, Ladung und Spin aussehen, ist nicht eins, sondern ungefähr riesig$N$.

Die kurze Antwort ist nein. Schauen Sie sich den Wikipedia-Artikel zur Dissipation von Schwarzen Löchern an.

Zitat: Im Gegensatz zu den meisten Objekten steigt die Temperatur eines Schwarzen Lochs, wenn es Masse abstrahlt. Die Geschwindigkeit des Temperaturanstiegs ist exponentiell, wobei der wahrscheinlichste Endpunkt die Auflösung des Schwarzen Lochs in einem heftigen Ausbruch von Gammastrahlen ist.

Die Möglichkeit von Mikro-Schwarzen Löchern aus zusätzlichen Dimensionen in einigen String-Modellen führt immer noch dazu, dass sie sich thermodynamisch in Elementarteilchen auflösen, sobald sie gebildet werden.

Bearbeiten: Hier habe ich auf die im letzten Satz klar gestellte Frage geantwortet: Ist es möglich, dass Elementarteilchen ultimative Nuggets der Endstadien von Schwarzen Löchern sind, nachdem sie die gesamte Hawking-Strahlung emittiert haben, die sie konnten? Nicht auf die andere Frage, auf die die Leute zu antworten scheinen: "Sind Schwarze Löcher wie Elementarteilchen?"

Eine Ja-Antwort auf Letzteres beantwortet nicht Ersteres, dh ob Quarks und Leptonen der Nugget, das, was übrig bleibt, von einem Schwarzen Loch sind. Eine Ja-Antwort auf letzteres würde das faszinierende Modell der Schlange liefern, die ihren Schwanz frisst, vielleicht ziemlich wahrscheinlich in einer neuen, umfassenderen Theorie, aber jetzt nicht vorhersehbar, zumindest aufgrund der gegebenen Antworten. Wenn ein Schwarzes Loch, nachdem es unzählige Quarks, Leptonen und Photonen und Entropie auf dem Weg abgegeben hat, als Elektron (zum Beispiel) in einer identifizierbaren quantenmechanischen Geschichte landet. Damit meine ich etwas Ähnliches wie eine Zerfallskette in nuklearen Kaskaden.

Die anderen Antworten hier sind in Ordnung. Ein weiterer Punkt, der erwähnt werden sollte, ist, dass, wenn Sie an die naiven Werte des Drehimpulses, der Ladung und der Masse der meisten Elementarteilchen glauben und sie in die Kerr-Nordstrom-Lösung einstecken, Sie feststellen würden, dass fast alle (und wahrscheinlich alle). , ich habe es nur nicht überprüft) wäre ein Elementarteilchen eine nackte Singularität, kein Schwarzes Loch - die Ladung und der Drehimpuls dieser Objekte wären zu groß, um einen Horizont zu tragen.

Die Entropie eines Schwarzen Lochs ist ein Maß für die Anzahl der Mikrozustände, wo z$N$entartete Mikrozustände ist die Entropie$S~=~k~log(N)$, die mit der Schwerkraft verbunden ist. Die Entropie für große$N$wird durch die Fläche des Ereignishorizonts bestimmt$S~=~kA/4L_p^2$, wo für das Schwarzschild-Schwarze Loch$A~=~16\pi M^2$. Das Schwarze Loch ist ein System, das eine Reihe von Zuständen mit Energie hält$E~=~M$in einer Entartung$g(E)~=~exp(4\pi E^2)$und die Partitionsfunktion ist

Die Entartung für$E_n$ist die Anzahl der Wege$n~>~0$ist eine Summe von$N$oder weniger positive ganze Zahlen$n_i$. Es ist die Kardinalität der Menge der Elemente$\{n_1,~n_2,~,\dots,~n_m\}$, so dass$n~=~\sum_{i=1}^m n_i$zum$1~\le~m~<~N$. Die Anzahl der Möglichkeiten eine positive ganze Zahl$m$kann als Summe von geschrieben werden$m$positive ganze Zahlen ist das gleiche Problem wie die Berechnung der Anzahl der Anordnungsmöglichkeiten$n$Bälle rein$m$Zellen hintereinander. Die Folge ist eine Entartung der Energie$E_n$

Die obige Berechnung kann nach Strings betrachtet werden. Bei der Holographie wird der Horizont von Fäden bedeckt, die alle Quanteninformationen definieren, die in das Schwarze Loch eingedrungen sind. Eine Erzeugungsfunktion für fadenförmige Zustandsdichte berechnet eine Funktion, die der obigen ähnlich ist, und beschreibt in der holographischen Umgebung das Schwarze Loch als eine Fadenkugel auf einem ausgedehnten Horizont. Dieser Teil ist ein bisschen kompliziert, also werde ich vorspringen, um zu sagen, dass ein Schwarzes Loch als ein statistischer Zustand oder eine Phase von Strings betrachtet werden kann.

Diese Quantenzahlen sind mit Planck-Flächeneinheiten des Ereignishorizonts verbunden. Dies entspricht den eingebürgerten Einheiten von G = [Fläche]. Diese Quantenzahlen können eine Reihe von Größen umfassen, insbesondere Masse, Drehimpuls und elektrische Ladung. Der Horizont existiert als Radius