Wie groß ist die Bindungsenergie eines Schwarzen Lochs?

Teilchen können einem Schwarzen Loch durch Quantentunneln entkommen, die Möglichkeit, dass ein Teilchen, das mit einer Energiebarriere konfrontiert ist, nicht genügend Energie hat, um es zu überwinden, es dennoch überwindet, indem es tatsächlich durch die Barriere tunnelt. Es ist ein quantenmechanischer Effekt, der von der Wahrscheinlichkeitsfunktion des Teilchens abhängt, die sich durch den Ereignishorizont des Schwarzen Lochs erstreckt und ihm eine Chance gibt, wenn auch nur gering, außerhalb des Schwarzen Lochs zu erscheinen. Da die Barriere im klassischen Sinne nicht überwunden werden würde, ist meines Wissens weder eine kleine noch eine große Energiemenge messbar.

Die Hawking-Strahlung, die eine indirekt durch die Gravitation des Schwarzen Lochs verursachte Emission von Teilchen ist, hat jedoch eine theoretische Temperatur und kann theoretisch gemessen werden. Einige Forscher haben die Hawking-Strahlung als eine Form des Quantentunnelns modelliert, wobei sich das Teilchen/Antiteilchen-Paar innerhalb des Ereignishorizonts bildet und eines von ihnen heraustunnelt. Eine andere Erklärung besagt, dass das Paar aufgrund von Vakuumschwankungen außerhalb des Ereignishorizonts auftaucht und eines mit hypothetischer negativer Energie (einer exotischen Energieform, die theoretisch existiert) in das Schwarze Loch fällt, während das andere mit positiver Energie entkommt. Beide Erklärungen erfordern, dass das Schwarze Loch einen Teil seiner Masse verliert.

Wenn die Hawking-Strahlung eine Form des Quantentunnelns ist, dann könnte ihre Temperatur möglicherweise ein Maß für die Energie sein, die erforderlich ist, um Masse von einem Schwarzen Loch zu trennen (oder ein Maß für die getrennte Masse/Energie selbst). Diese Art von Strahlung findet sehr langsam statt und wäre schwer zu messen, obwohl dieses Papier behauptet, dass es einem Experiment gelungen ist, das thermische Spektrum der Hawking-Strahlung zu quantifizieren: http://link.springer.com/article/10.1007%2Fs10701-014 -9778-0#Seite-1

Es kann sein, dass der einzige Weg, Masse aus einem nicht rotierenden Schwarzen Loch zu extrahieren, quantenmechanische Prozesse sind. Wenn Sie sich auf relativistische und klassische Prozesse beschränken, entweicht keine Masse, egal wie viel Energie Sie auf das Schwarze Loch richten. Vielmehr erhöht diese Energie die Masse des nicht rotierenden Schwarzen Lochs. Konventionelle Energie reicht also möglicherweise nicht aus. Es erfordert entweder Quantentunneln oder exotische negative Energie.

Der Penrose-Prozess geht davon aus, dass Masse/Energie in Form von Impuls aus einem rotierenden Schwarzen Loch extrahiert werden kann, da sich die Rotationsenergie des Schwarzen Lochs außerhalb des Ereignishorizonts in einem Bereich befindet, der als Ergosphäre bezeichnet wird. Ein Objekt, das in die Ergosphäre eintritt, wird von der rotierenden Raumzeit mitgerissen und teilt sich in zwei Teile, wobei ein Teil durch den Ereignishorizont fällt, der andere jedoch mit einem Teil des Rotationsimpulses des Schwarzen Lochs entkommt. Schließlich würde dieser Prozess den gesamten Rotationsimpuls aufbrauchen, und das Schwarze Loch würde aufhören zu rotieren, obwohl es ein Schwarzes Loch mit einem Schwarzschild-Radius bleiben würde. Hier ist ein Link zu einem Artikel, der eine gute Erklärung der thermodynamischen Prozesse, sowohl klassische als auch Quanten, zu sein scheint, die an der Bildung und theoretischen Verdampfung von Schwarzen Löchern beteiligt sind:http://www.physics.umd.edu/grt/taj/776b/lectures.pdf

Soweit ich weiß, ist kein Wert im beobachtbaren physikalischen Universum unendlich, aber wir wissen es nicht:

1. Ob das Universum selbst unendlich ist oder nicht

2. Wir wissen nicht, was sich in einem Schwarzen Loch befindet, daher glaube ich nicht, dass es eine eindeutige Antwort auf Ihre Frage gibt.

Dies ist eine komplizierte Frage, die viele Möglichkeiten für weitere Diskussionen eröffnet. Ich bin mir nicht sicher, ob die Frage, wie Sie sie gestellt haben, eine Antwort hat, die für Sie hilfreich sein wird, also werde ich eine verwandte Frage beantworten, die Ihre Neugier befriedigen könnte: „Unter welchen Umständen ist es möglich, einem Schwarzen Loch Energie zu entziehen? "

Denken Sie daran, dass alles Energie ist, also umfasst dies Ihre Frage: "Wie schwer ist es, Teilchen aus einem Schwarzen Loch zu befreien?" Ihre ursprüngliche Frage ist schwer zu beantworten, weil wir keine Ahnung haben, was mit Teilchen passiert, wenn sie in ein Schwarzes Loch fallen. Sie können sehr gut für immer verschwinden.

Tatsächlich ist die technische Definition eines Schwarzen Lochs eine Region der Raumzeit, aus der niemals etwas entkommen kann (irgendwie – das ist keine vollständige Definition, aber fürs Erste reicht es). Die naive Antwort auf Ihre Frage lautet also, dass die "bindende Energie" "unendlich" ist, da nichts jemals aus einem schwarzen Loch entkommen kann.

Aber das ist eine technische Definition, und sie passt nicht zu dem, was Sie sich intuitiv als Schwarzes Loch vorstellen. Was Sie sich als Schwarzes Loch vorstellen, könnte einfacher als eine Krümmungssingularität beschrieben werden – ein Bereich der Raumzeit, in dem die Krümmung unendlich wird (dies ist wirklich nur eine Art von Singularität, aber es reicht für den Moment – ​​der Punkt ist, dass, wenn a Massenbündel kollabiert in einem Punkt, wie es bei der Bildung dessen vorkommt, was Sie als "schwarzes Loch" bezeichnen, eine Krümmungssingularität wird gebildet).

Glücklicherweise gibt es in der Allgemeinen Relativitätstheorie einen wichtigen Satz, der Singularitäten und Schwarze Löcher verbindet. Leider ist dieses Theorem unbewiesen (aber es gibt SEHR gute Beweise dafür, dass es wahr ist). Dieses Prinzip ist als Kosmische Zensur-Vermutung bekannt . Grob gesagt besagt die Cosmic Censorship-Vermutung, dass „alle Singularitäten in Schwarzen Löchern enthalten sind“ – das heißt, wenn die Krümmung des Raums zu stark wird (wie es der Fall wäre, wenn viel Materie in einen winzigen Raum kollabiert), alles, was kommt nahe genug daran kann niemals entkommen.

Wenn die kosmische Zensur wahr ist, dann ist es relativ einfach, den Flächenvergrößerungssatz zu beweisen , der auch als zweiter Hauptsatz der Mechanik des Schwarzen Lochs bekannt ist. Es besagt, dass die Fläche des Ereignishorizonts eines Schwarzen Lochs immer größer werden kann – daraus folgt, dass ein Schwarzes Loch niemals durch klassische Prozesse zerstört werden kann. Dies bezieht sich auf Ihre ursprüngliche Frage - Sie könnten daran denken, ein Schwarzes Loch zu zerstören, indem Sie genügend Energie hineinpumpen, um alle Partikel darin "zu lösen", aber der Satz zur Flächenvergrößerung besagt, dass dies unmöglich ist.

Es gibt jedoch zwei Hauptwege, wie Dinge aus einem Schwarzen Loch geborgen werden können, und ich werde sie jetzt kurz beschreiben.

Der Penrose-Prozess ermöglicht es, einem rotierenden Schwarzen Loch etwas Energie zu entziehen. Es ist möglich, ein Teilchen mit "negativer Energie" einzuschießen und so etwas Energie aus dem Schwarzen Loch zurückzuholen. Bis zu ~20 % der gesamten Massenenergie des Schwarzen Lochs können auf diese Weise extrahiert werden. Wir extrahieren keine Partikel aus dem Schwarzen Loch per se, aber wir nehmen etwas von ihrer Energie zurück. Dies verstößt nicht gegen die kosmische Zensur.

Bei der Hawking-Strahlung unterliegen alle Schwarzen Löcher Quantenfluktuationen in der Nähe des Ereignishorizonts, die zu einem konstanten, stetigen Strahlungsstrom nach außen führen. Im Laufe von vielen Milliarden Jahren kann dies dazu führen, dass ein Schwarzes Loch verdampft. Wo dies in Bezug auf die kosmische Zensur steht, ist schwierig – die kosmische Zensur ist eine klassische Theorie und berücksichtigt keine Quanteneffekte.

Lassen Sie mich wissen, wenn Sie etwas klären möchten!