¿Por qué los físicos ¿confía física agujero negro?

Question

Basado en las cuentas más populares de la física moderna y de los agujeros negros (artículos, conferencias de vídeo), he llegado a comprender lo siguiente:

1. Los agujeros negros son predichos por la Relatividad General, la teoría clásica de la gravedad.
2. Sabemos que el universo es esencialmente mecánica cuántica, por lo tanto creemos que la Relatividad General a ser de alguna manera incompleta o inexacta.
3. No tenemos un mecánico-cuántica de la teoría de la gravedad.
4. Sabemos que (en algún nivel, la Relatividad General y la Mecánica Cuántica son incompatibles.
5. No hay ninguna evidencia experimental directa de evento horizontes.

Si todas estas cosas son verdaderas (y si no, por favor me corrija), ¿por qué confiamos física de los agujeros negros? ¿Cómo podemos hablar de algo como Radiación de Hawking si se utiliza la Relatividad General y la Mecánica Cuántica y sabemos que no sabemos exactamente cómo unificar ellos.

Cuando leí acerca de o escuchar físicos hablar de agujero negro de los fenómenos relacionados hablan con un considerable grado de certeza de que estas cosas existen en la realidad y que se comportan en la forma en que la ley física conocida describir, de modo que me gustaría entender por qué en la ausencia de evidencia directa o unificada de la Mecánica Cuántica o la Relatividad General marco estamos tan confiados en la física de los agujeros negros.

EDIT: yo sólo quiero señalar en respuesta a algunas de las respuestas que soy consciente de la evidencia de los objetos muy masivos que son muy compactos y se creen que son los agujeros negros. No tengo ninguna duda de que existen objetos muy masivos que tienen un gran efecto en la propagación de la luz y de distorsionar el espacio y así sucesivamente. Cuando hablo de "la física de los agujeros negros" específicamente quiero decir de la física que se deriva de la combinación de la mecánica cuántica y los recursos genéticos, tales como la Radiación de Hawking, cosas relacionadas con la Paradoja de la Información, etc. Por eso también me mencionó específicamente el caso de los horizontes.

Answer 1

Al principio muchas personas no se preocupan mucho por los agujeros negros. Pero más tarde la gente se demostró que eran bastante inevitable características de la teoría de la relatividad general y la teoría en otros bastante precisas predicciones que se han probado y bueno.

Así que cuando usted dice que los agujeros negros son necesarios si usted tiene GR y GR parece el mejor juego en la ciudad, se convierte en menos molestos.

Pero hay más. Tener una detallada teoría clásica de los agujeros negros da a los límites en los tamaños de las estrellas de neutrones, y vemos las estrellas de neutrones. Así que usted puede buscar para las estrellas de neutrones, busque evidencia de su masa y ahora si ves que es demasiado grande puede refutar GR. Así que la gente busca. Y GR gana de nuevo.

Y, finalmente, empezamos a ver los objetos que se comportan como esperamos que un agujero negro se comportan. Así que tiene sentido para referirse a cosas como los agujeros negros. Porque son lo suficiente como ellos que las teorías sobre los agujeros negros pueden funcionar.

Se puede realizar una línea entre lo observado y lo que no. Y la radiación de Hawking está en el lado equivocado. Pero si alguien habla de la radiación de Hawking con la certeza de que probablemente está tratando de explicar una conocida predicciones de la teoría en lugar de un confirmada experimentalmente hecho. Pero siempre es importante distinguir entre los nuevos resultados y conocidos los resultados, por lo que la aparente certeza es probablemente un intento de decir "no estoy diciendo algo nuevo" y sólo sale mal.

Answer 2

...¿por qué confiamos física de los agujeros negros? ... (de la física que se deriva de la combinación de la mecánica cuántica y los recursos genéticos, tales como la Radiación de Hawking, cosas relacionadas con la Paradoja de la Información, etc. )

Formalmente, no hay un buen motivo, porque no hemos observado estas cosas todavía. Pero eso es también perfectamente bien así porque así es como a veces la ciencia funciona: tenemos una teoría que hace predicciones, y luego nos la comprobación de las predicciones.

Tenemos algunos marco teórico, la teoría de la relatividad general, que hace bastante bien en todas las pruebas hasta el momento. Dado que los agujeros negros son una solución a las ecuaciones de campo de Einstein (EFE) y tenemos evidencia de los agujeros negros (ver más abajo), entonces hay una expectativa de que la física alrededor o cerca del horizonte de sucesos descritos por GR también se mantiene.

Así que no sabemos realmente que un horizonte de sucesos que realmente existe, pero creemos que no porque las soluciones a la agencia EFE el show debe y que hemos observado en BHs. Esperemos que el Horizonte de Sucesos Telescopio nos mostrará pronto el horizonte de sucesos de Sgr A*.

Tampoco sabemos que BHs someterse a la radiación de Hawking, pero como se desprende también de la aplicación de gestión de calidad (también bastante bien probado) lo suficientemente lejos de la BH que cuántica efectos gravitacionales deben ser insignificante y se puede utilizar QFT en la curva el espacio-tiempo, uno puede razonablemente esperar una BH a someterse a la radiación de Hawking así. Esperemos que Fermi-LAT puede detectar la evaporación de agujeros negros primordiales durante toda su vida (en la actualidad se admite hasta 2018)

...Me gustaría entender por qué en la ausencia de evidencia directa ...

Tenga en cuenta que nos hacen tener evidencia de los agujeros negros. La imagen de abajo es un mapa de las órbitas de algunos de los 28 estrellas seguimiento durante un período de 16 años en el interior de nuestra galaxia. Las órbitas están a menos de 100 UA (cerca de la órbita de Plutón) y se calma a lo largo de alrededor de 1000 km/s (en comparación a las de Plutón 4 km/s).

(fuente)

Sabemos que la velocidad orbital de un objeto está relacionada con el atractor de masa, ya que estos 28 de estrellas, todo en órbita el mismo punto, el atractor es bastante justo en el centro de la galaxia (de hecho es estacionaria a ~1 km/s). Un estudio de 2009, Gillessen, et al (ApJ 692), ha demostrado que las estrellas requieren el interior del objeto de masa de unos 4 millones de masas solares, $\sim8\times10^{39}\,\rm g$ . Observaciones de Sgr A* sí sugieren que su radio es de menos de 1 UA. Un objeto masivo en un espacio tan pequeño es , más allá de cualquier duda razonable, que un agujero negro supermasivo.

Answer 3

Acerca de la evidencia que apoya la existencia de Evento Horizontes en estos objetos muy compactos, aquí están algunas de las noticias de la conocida Cygnus X-1, uno de los más estudiados objetos compactos y el candidato más prometedor para un colapso estelar agujero negro:

... evidencia de un horizonte de sucesos de mayo se han detectado en 1992 mediante luz ultravioleta (UV) de las observaciones con el Fotómetro de Alta Velocidad en el Telescopio Espacial Hubble. Como auto-luminosa de grupos de la materia espiral en un agujero negro, su radiación se emite en una serie de los pulsos que están sujetos a un corrimiento al rojo gravitacional como el material se aproxima al horizonte. Es decir, las longitudes de onda de la radiación aumentar de manera constante, según lo predicho por la Relatividad General. Asunto golpear un sólido, compacto objeto de emitir una explosión final de la energía, mientras que el material que pasa a través de un horizonte de sucesos, no lo haría. Dos de esos "muriendo los trenes de pulso" fueron observados, lo cual es consistente con la existencia de un agujero negro.

Fuente? sólo good ol' wiki... https://en.wikipedia.org/wiki/Cygnus_X-1#Compact_object

Como para el resto de sus preguntas, todos ellos pueden ser respondidas por el siguiente. Las teorías físicas tienen una propiedad llamada de su campo de validez. Básicamente, este campo de validez se corresponde con el rango en los valores de las magnitudes que intervienen en la teoría en la que estamos seguros de que la teoría es correcta. En general, debido a dos cosas: 1) la corrección se ha establecido empíricamente; 2) la más fundamental de las teorías, de hecho, predecir que las correcciones o desviaciones también predijo por ellos a ser insignificante en estas escalas (o, si no tenemos las teorías sin embargo, algunas otras consideraciones teóricas proporcionar los argumentos).

En este sentido, es por eso que confiamos en Newtonanin gravedad básica orbital cálculos, por eso confiamos en la mecánica Newtoniana básica decir, la dinámica de fluidos, etc.

La Teoría cuántica de campos (QFT) en la curva fondos es una teoría que se supone que estamos trabajando en el dominio en el que la gravedad es bien descrito por la GR (como en las proximidades del horizonte de sucesos de una masa estelar o agujero negro supermasivo). Bajo esta suposición, hacemos QFT en este marco. No debe haber nada sospechoso que en la medida en que no hacer extrapolaciones injustificadas para el régimen en el que sabemos que nuestra hipótesis inicial es insostenible (como, por ejemplo, en la singularidad en el centro del agujero negro). Por último, dado que ambas teorías se cree que funcionan muy bien en ese régimen (es decir, drásticas modificaciones de sus principios básicos no se producen; puede haber algunas modificaciones de menor importancia, por ejemplo, que en realidad el uso general de la reformulación de QFT para una curva de fondo, esto es cubierto por el enfoque algebraico), entonces podemos confiar en las conclusiones. Por supuesto, estas conclusiones tienen que ser revisados en contra de experimento. Y en realidad estamos tratando de hacer precisamente esto. La cosa es que no es tan fácil de hacer!

Answer 4

La relatividad General (GR) resultó ser un gran matemáticamente hermosa teoría con la increíblemente precisas predicciones experimentales/observaciones (e.g, curvatura de la luz, la precesión de Mercurio, etc). Esta teoría, naturalmente, ofrece algunas soluciones simples que son llamados agujeros negros. En ese sentido se debe tomar en serio ya que vienen de una firmeza "establecidos" de la teoría.

Sí, GR no es compatible con la mecánica cuántica. Esto es por supuesto un profundo problema. Pero sabemos que uno puede tomar el límite clásico de la teoría cuántica. Este límite es el espacio y en el tiempo de nuestro "día a día". Hawking, el cálculo es el mismo espíritu. En realidad cuantificada algunos sectores de la clásica de fondo. Esto es algún tipo de "límite clásico" (en realidad se llama semi-clásica de la gravedad). Tan lejos que no saben la teoría cuántica de la gravedad, pero lo que la teoría puede ser, debe reproducir este resultado de Hawking en este límite. En ese sentido radiación de Hawking es muy robusto.

Por cierto, existe una fuerte evidencia de astrofísica agujeros negros (como super-masivo BHs, etc). Usted puede simplemente buscar en la Internet usted mismo!