23 votos

¿Es realmente la radiación Hawking lo mismo que la radiación Unruh?

He leído que la radiación Hawking es lo mismo que la radiación Unruh. Sin embargo, aquí parece haber una paradoja.

Si tienes un agujero negro extremo (digamos con carga máxima), entonces tiene temperatura 0 y no irradia. Sin embargo, me parece que un observador neutro (sin carga) suspendido sobre el horizonte debería seguir viendo radiación Unruh porque está sufriendo una gran aceleración.

¿Demuestra esto que la radiación Hawking y la radiación Unruh son realmente cosas diferentes? En caso negativo, ¿cómo se resuelve esta discrepancia?

Y en cualquier caso, ¿no ve el observador que se cierne sobre el horizonte la radiación Unruh que escapa del agujero negro? Si lo ve, ¿por qué se equivoca?

17voto

Nick Puntos 583

En primer lugar, la radiación Unruh y Hawking no son exactamente "lo mismo". Tienen un origen similar y la radiación Unruh puede considerarse un límite de la radiación Hawking en el espacio plano (gran agujero negro).

Ahora, la métrica del horizonte próximo de un agujero negro extremo es $AdS_2\times S^2$ mientras que para una no extrema, el $AdS_2$ se sustituye por el espacio de Rindler.

Este $AdS_2$ (espacio bidimensional anti de Sitter) tiene consecuencias. En primer lugar, en las coordenadas estáticas, la distancia propia de cualquier observador al horizonte de sucesos diverge. En la página de Wikipedia a la que he enlazado, la fórmula $$ ds^2=-\frac{r^2}{M^2}\,dt^2+\frac{M^2}{r^2}\,dr^2+M^2\,\big(d\theta^2+\sin^2\theta\,d\phi^2 \big)$$ implica que cerca de $r=0$ (que correspondía al horizonte $r=M=Q$ en las coordenadas originales), $s =\int ds$ es proporcional a la integral de $M/r$ y, por tanto, diverge logarítmicamente.

La métrica en la fórmula mostrada anteriormente es localmente $AdS_2$ - la curvatura es constante y es un espacio de simetría máxima, etc. - pero es sólo una parte del $AdS_2$ espacio. Las coordenadas que obtuvimos eran las llamadas "coordenadas de Poincaré" y sólo cubrían una parte del $AdS_2$ el llamado parche de Poincaré.

enter image description here

La mancha de Poincaré cubre la parte verde del "global $AdS_2$ " en la parte derecha de la imagen superior. Sin embargo, el observador situado en el horizonte se desplaza a lo largo del límite superior inclinado 45° del triángulo verde y su trayectoria inevitablemente es una geodésica. Por tanto, no experimenta aceleración local ni radiación Unruh. En realidad, esto está relacionado con el hecho de que la métrica cercana al horizonte $AdS_2\times S^2$ con el flujo eléctrico o magnético apropiado es una solución a las ecuaciones de Einstein por sí misma - mientras que la métrica no extrema cercana al horizonte no es una solución por sí misma.

Como la curvatura local de estas trayectorias desaparece, la temperatura de Unruh desaparece, como también se espera del hecho de que cuando los "dos horizontes" coinciden, la aceleración gravitatoria en el horizonte desaparece.

Por lo tanto, como la aceleración y la temperatura cerca de este horizonte son cero, no hay radiación Unruh o Hawking vista por este observador.

En el caso no extremo, existe una radiación que ve el observador que se mantiene un poco por encima del horizonte. Localmente, puede interpretarse como la radiación de Unruh, y la radiación de Unruh podría deshacerse en el espacio plano utilizando el sistema de referencia no acelerado. Sin embargo, en un espaciotiempo finito no extremo de agujero negro, las cosas son diferentes. Las coordenadas estáticas de Schwarzschild se comportan en $r=\infty$ como coordenada no acelerante en el espacio de Minkowski, pero cerca de $r=r_0$ se comportan como el fotograma localmente acelerado en el que existe la radiación de Unruh. Con la elección de Schwarzschild del tiempo y la energía correspondiente, sabemos que los campos no están en el estado fundamental de este Schwarzschild $H$ cerca de $r=r_0$ porque está la radiación Unruh. Porque $H$ es una simetría del fondo, también debe ser cierto después de algún tiempo. En $r\to\infty$ estas excitaciones deben seguir existiendo, aunque la curvatura pueda estar ya despreciada en $r\to\infty$ .

Por eso la radiación Unruh es vista como una radiación real, Hawking, por el observador en el infinito (donde la atracción por el agujero negro se hace despreciable).

1voto

Kleber S. Puntos 131

Dado que la aceleración de un detector estático Unruh-deWitt es finita en lugar de infinita a medida que se aproxima al horizonte de un agujero negro extremo, la respuesta de dicho detector depende no sólo de la estructura UV del estado de vacío (que en cualquier estado no singular es siempre la misma que en el vacío de Minkowski) sino de aspectos IR del estado. Puede haber más de un estado que se sugiera para su consideración. Podría ser natural considerar el estado Hartle-Hawking en un fondo de agujero negro cargado, en el límite extremo. No sé lo que daría de sí la respuesta del detector, pero quizá alguna de las perspectivas en este viejo papel podría ser útil en este caso (y quizás no, ya que creo que los estados considerados allí son "vacíos estáticos"). Por otro lado, quizá esto quede fuera de la pregunta original, que era sobre la relación (o no) con la radiación de Hawking en este caso. Yo diría que no hay una relación clara, porque la radiación Hawking viene determinada por la estructura UV del estado en el horizonte, y ese efecto Unruh estático viene determinado por otra cosa en este caso.

i-Ciencias.com

I-Ciencias es una comunidad de estudiantes y amantes de la ciencia en la que puedes resolver tus problemas y dudas.
Puedes consultar las preguntas de otros usuarios, hacer tus propias preguntas o resolver las de los demás.

Powered by:

X