Pitanja, odgovori i razgovori

Hawkingovo zračenje i virtualne čestice

Davor pita:

Budući da radim na maturalnoj radnji iz fizike o crnim rupama, želio bih vam postaviti pitanje vezano uz Hawkingovo zračenje. Ako se prema teoriji u blizini horizonta događaja stvori par čestica-antičestica, kako je moguće da crna rupa usisa antičesticu?

Takva bi čestica trebala imati negativnu energiju, što po relaciji E=mc^2 implicira negativnu masu koja bi uvrštena u formulu za gravitacijsku silu dala negativan iznos - vektor suprotne orijntacije = odbijanje. Ne bi li zbog toga antičestica trebala biti izbačena u svemir i poništiti neku drugu masu, a crna rupa dobiti na masi od čestice?

KK:

Kao prvo, moraš razlikovati dvije podjele čestica u toj priči. Prvo je podjela na čestice i antičestice, a drugo je podjela na čestice pozitivne i one negativne energije. Te dvije podjele nemaju veze jedna s drugom tj. kad se u vakuumu stvori par čestica-antičestica bilo koja od njih može pozitivnu energiju (a ona druga onda ima negativnu).

Uzevši to u obzir, tvoje razmišljanje je logično tj. čini se da bi čestice negativne energije trebale biti odbijane od crne rupe. Međutim, problem je u tome da za ove čestice koje se stvaraju iz vakuuma ne vrijede u potpunosti uobičajeni zakoni mehanike tj. formule kao što su E=mc^2 ili formula za silu gravitacije (usput rečeno, pojam "sile" u relativističkim sustavima postaje sam po sebi problematičan , ali to sad nije ključno za ovo tvoje pitanje).

Naime, te čestice (često ih se naziva "virtualne" čestice), nisu zapravo čestice u pravom smislu te riječi već su to više matematički objekti koji nam pomažu u međufazama naših računa, a ne pojavljuju se u eksperimentima. One imaju, ako ih se banalno interpretira, neka vrlo neobična svojstva. Npr. može se dogoditi da ako te takva čestica udari u prsa ne bivaš odbačen prema natrag već prema naprijed. Ponekad može čak ispasti da te virtualne čestice putuju brže od svjetlosti, ali to nije u suprotnosti s Einsteinovom teorijom jer se pokazuje da one tada ne prenose nikakvu informaciju.

Kod Hawkingovog zračenja čestice prestanu biti virtualne tek na kraju priče, kad preostane samo ona jedna koja je pobjegla daleko od crne rupe.

Znam da ovo zvuči zbunjujuće, ali pojam virtualne čestice je dosta složen. Pored toga, ima dosta fizičara koji smatraju da je ovakvo objašnjenje Hawkingovog zračenja kakvo je dano na stranicama "Fizike svemira" suviše pojednostavljeno i u nekim aspektima pogrešno. S druge strane, to je objašnjenje iz usta samog Hawkinga i jedino "popularno" objašnjenje koje postoji (koliko ja znam). Naravno, postoji i stručno objašnjenje cijelog procesa oko kojeg se svi stručnjaci slažu, ali je ono suviše složeno i tehnički zahtjevno za laike.

Srodne teme:   —   Razno   —