ブラックホール/ホーキング放射：反粒子のみをキャプチャする理由

ここでいくつかの詳細が間違っている可能性があります。その場合、それらに焦点を合わせないでください。私の質問の一般的な推力に焦点を合わせてください。

私は、粒子/反粒子のペアが宇宙で自発的に形成されることを「理解」します（咳）。私は、それらがブラックホールの出来事の地平線の近くで形成することができて、1つの粒子が落ちることができて、他の粒子がかろうじて逃げることができることを理解します。反粒子は粒子とともに消滅することを理解しています。私が理解していないのは、これらの仮想粒子ペアの反粒子のみがブラックホールに落ち、他の粒子はどうにか逃れることができる理由です。粒子と反粒子の両方が同等のチャンスに陥るのではなく、単に逃げることができるのではないでしょうか？

粒子または反粒子のいずれかが捕獲される一方、もう一方は「排出」される可能性があるはずです。そのため、仮想粒子に関して質量が変化する限り、ブラックホールはやや定常状態にあるはずです。

説明して？

反粒子はブラックホール内の「通常の」質量で消滅すると思っていたのですか？番号？

いいえ。まず、粒子と反粒子の両方に「通常の」質量（そもそも質量があるはずです）と「通常の」（正の）エネルギーがあります。それらの違いは、慣習の問題か、どのタイプが宇宙でより一般的であるかの問題です。さらに、典型的な質量のブラックホールの場合、ホーキング放射の大部分は光子でできており、適切に言えば反粒子さえもありませんが、それ自体が反粒子であると言うこともできます。

粒子と反粒子の両方が同等のチャンスに陥るのではなく、単に逃げることができるのではないでしょうか？

はい、無料です。すべてのニュートリノが重いと仮定すると、小さなブラックホールはニュートリノと反ニュートリノの両方を放射します（そうでなければ、すべてのブラックホールはすでにそれを行います）。非常に大雑把に言って、ブラックホールの温度が自然単位で粒子質量のオーダー以上である場合、ブラックホールは無視できない量の塊状粒子を放射します。

粒子または反粒子のいずれかが捕獲される一方、もう一方は「排出」される可能性があるはずです。

ホットブラックホールに電荷がある場合、同じ符号の粒子を放射する可能性が高いという小さな例外を除き、修正します。

そのため、仮想粒子に関して質量が変化する限り、ブラックホールはやや定常状態にあるはずです。

粒子または反粒子のいずれかがブラックホールに落ちた場合、その質量は上がります。関係ありません。基本的に、ホーキング放射の「理由」は、量子場の理論における真空状態が最低エネルギーの状態であるということですが、異なる観測者はどの状態が真空であるかについて意見が分かれます。したがって、粒子は真空の上で変動するため、粒子があるかどうかについて意見が分かれます。

省エネへの回り道のアピールを除いて、「反粒子落下」ストーリーを修復する良い方法はないと思います：脱出する粒子が本物で正のエネルギーを持っている場合、落ちた粒子は負のエネルギーを持たなければならず、したがって、ブラックホールの質量を減らします。残念ながら、それは状況が一貫しているために何が起こらなければならないかを示しているだけであり、実際に起こるわけではありません。

一般相対性理論のある程度の知識があれば、これをやや動機づけることができます-例えば、シュワルツシルトブラックホールの場合、地平線で時のようなものから宇宙のようなものになるキリングベクトル場によって与えられるエネルギー保存があります観測者は、時間/エネルギーはブラックホール内の空間/運動量であり、運動量は負であると見なされます。

最初に、@ user83692435の最初の回答であり正しい回答を指摘し、称賛したいと思います。それを拡張する：

作成されている仮想粒子/反粒子ペアの画像と、イベントホライズンによって飲み込まれているペアの一方が実際に残っている画像は、何が起こっているかを示すアナロジーになりますが、間違いです。実際に起こっていることは非常に複雑で、言葉で簡単に説明できないので、ポピュラーはそれを使い続けます。（そして、私は試してみません！）しかし、ここに主題に関する技術論文へのリンクがあります。

しかし、おそらく簡単な説明に対する最も重要な点は、ホーキング放射は、類推が必要とするイベントの地平線からではなく、その外側の空間から来るということです！

ホーキングの類推に対する第2のポイントは、イベントの地平線がブラックホールの潜在的な井戸の非常に深いことです。する粒子又は光子のために逃げる BHを（どのホーキング放射なければならない）、BHを脱出するのに十分な追加のエネルギーを使用して作成されなければならない-およびBHは、光の速度より脱出速度より大きいとオブジェクトと考えることができます。BHでパートナーを失ったWimpyの小さな仮想粒子は、決して成功しません。

あなたは少し深く掘るしたい場合は、私が持っているザビーネHossenfelderのブログBackreactionをお勧めします多くのリンクを持つ長い記事 より詳細な情報への。ホッセンフェルダーは活発な研究者であり、優れた作家であるため、バックリアクションは、最近のブログを普及させている最先端の物理学の最高の1つです。

あなたは、ホーキング放射を説明する一般的な（しかし悪い）方法をわずかに思い出しました。物理学の普及者は、それが作成されている粒子のペアとしてそれを説明することがあり、その一方は物質であり、他方は負の物質です。または、一方が反物質で、もう一方が負の反物質です。あなたの陽子は逃げ、負の物質の陽子は吸収されます。または、反陽子が脱出し、負の反物質反陽子が吸収されます。負の物質（または負の反物質）はブラックホールを縮小します。

これは、非物理学者のために物事を説明する一般的な方法ですが、それを説明するのは悪い方法です。それはあなたが提起した正確な質問を示唆しているため、混乱します。なぜネガティブな物質は外に飛び出せず、最初に当たる星や惑星を縮めないのですか？また、否定的な問題が検出されたことはありません。ブラックホールを理解するための有用な構造であると考える特別な理由はありません。（存在する場合でも、ワームホールを安定化するために使用できる場合があります。これは非常に便利です）。

ここでの他の回答が行ったように、仮想の負の粒子に頼ることなく、ホーキング放射を説明する方が良いでしょう。

仮想粒子が形成され、1つの粒子がブラックホールに落ちるというホーキング放射の説明は不完全です。スティーブン・ホーキングはもともと、遠い過去から遠い未来への道と、それを旅するヌル測地線（光の道）を想像していました。ブラックホールは、ブラックホールが形成される場所を通過する直前に測地線のパスに形成されます。これが最後の測地線です。
真空は空ではありません。不確実性の原理により、いくつかの振動で構成されています。この真空場は、多くの周波数モードで構成されています。それらは、互いに消滅する仮想粒子と反粒子のペアを作成し続けます。反粒子は、負の周波数を持つ量子場の振動、つまり時間を遡る振動と考えることができます。形成されたブラックホールは、通過した測地線のいくつかの周波数を微調整します。したがって、測地線は残りの周波数からフィールドを作成します。また、反粒子は時間とともに後方に移動する周波数を持つ粒子と考えることができるため、その周波数は常にブラックホールに失われ、フィールドは残りの周波数モードから仮想粒子を作成します。