Hawking straling

Moderator: physicalattraction

Reageer
Gebruikersavatar
Lorentziaan
Berichten: 793

Hawking straling

Dag,

Dit is deels omdat ik het graag wil delen .. maar ik begrijp het ook niet goed.

Waarom zijn de verklaringen van Hawking straling vaak simpelweg verkeerd?

(Deeltje/antideeltje paren waarvan één zorgt voor uiteindelijk de "verdamping" van ieder zwart gat zodra de kosmische achtergrondstraling voldoende is afgekoeld (volgens mij voor volledige verdamping tot absoluut nul).)

Zoals bijvoorbeeld op de Wikipedia pagina's. Terwijl de werkelijkheid of iig een betere, meer realistische uitleg/verklaring zoals in de link (gepopulariseerd, maar niet fout dacht ik) niet moeilijker is om te begrijpen.
Naar mijn mening juist makkelijker.

https://www.forbes.com/sites/startswith ... 955eff4e63
Condemnant Quod Non Intellegunt

Gebruikersavatar
Berichten: 2.713

Re: Hawking straling

Hawking's uitleg was bedoeld voor absolute leken. Ik denk niet dat de tekst die je nu deelt voor absolute leken makkelijker te begrijpen is.

Neem bijvoorbeeld de volgende tekst:
if you're infinitely far away from every source of mass in the Universe and your spacetime curvature is negligible, you'll have a certain zero-point energy. If someone else located at a black hole's event horizon, they'll have a certain zero-point energy that's the same measured value for them as it was for you infinitely far away. But if you try to map your zero-point energy to their zero-point energy (or vice versa), the values won't agree. From one another's perspectives, the zero-point energy changes relative to how severely the two spaces are curved.
Ik kan me niet voorstellen dat mijn schoonmoeder dit makkelijker te begrijpen zou vinden dan Hawking's uitleg.

Gebruikersavatar
Lorentziaan
Berichten: 793

Re: Hawking straling

Hmm. Nee ok. Mijn gehele familie niet ;)

Toch vind ik het een beetje raar dat op de (Engelse) Wikipedia pagina's, die over het algemeen vrij uitgebreid zijn, ook de .. simpelweg verkeerde uitleg gegeven wordt.
Condemnant Quod Non Intellegunt

Berichten: 582

Re: Hawking straling

Ik heb hier op een ander forum ooit es over gepost, en geef hierover toevallig binnenkort een praatje bij een sterrenkundevereniging. Mijn oorspronkelijke post (enigszins aangepast):

Die uitleg met virtuele deeltjes is onzin. Het is ooit door Hawking bedacht als een visuele analogie die vervolgens door diverse mensen als serieus is opgevat.

Virtuele deeltjes zijn boekhoudmiddeltjes om kwantumeffecten door te rekenen. Als je wilt weten wat de kans op toestand B is, gegeven toestand A, dan moet je volgens de QM over "alle mogelijkheden sommeren". Dit is in feite niks anders dan Huygens principe quantumstyle,

https://nl.wikipedia.org/wiki/Principe_ ... ns-Fresnel

Het zegt in feite dat, om te verklaren hoe een golffront zich voortbeweegt, je elk punt op dat golffront mag opvatten als de bron voor een nieuw golffront. Zo wordt het totale golffront een "som over alle golffronten". Wiskundigen zullen hier het superpositieprincipe in herkennen. In de QM werk je met golffuncties, en deze golven zullen net als andere golven aan de klassieke fenomenen voldoen, zoals Huygens principe.

Op papier gedragen de resulterende tussentoestanden waarover je sommeert zich wiskundig als deeltjes die echter niet aan Einsteins energierelatie voldoen. Dat geeft niet; je meet ze toch niet. Je meet alleen toestand A en B. Bovendien zijn deze tussentoestanden het gevolg van de manier waarop je de berekening doet, namelijk als een machtreeksontwikkeling. Je kunt het vergelijken met hoe we bijvoorbeeld het getal 2 kunnen schrijven:

2 = 1 + 1/2 + 1/4 + 1/8+ 1/16 + 1/32 + ...

Om twee meter af te leggen hoeven we natuurlijk niet fysiek eerst 1 meter af te leggen, dan 1/2, dan 1/4 etc. etc. In essentie is dit Zeno's paradox; Zeno kon nog niet met limieten rekenen. In dit geval weten we wat er exact uit die machtreeks komt, maar als we interacties in de QM willen doorrekenen, weten we dat vrijwel nooit. We moeten machtreeksen gebruiken en die vervolgens afkappen om benaderingen te maken. Zouden we interacties exact kunnen doorrekenen, dan zouden die "virtuele deeltjes" als sneeuw voor de zon verdwijnen, net zoals we het getal 2 niet elke keer als een oneindige reeks breuken hoeven te schrijven. Maar nogmaals: die kwantumeffecten dragen wel bij aan het eindresultaat; de interpretatie ervan als "deeltjes" is echter alleen voor het beelddenken.

Die tussentoestanden hebben dus wel degelijk invloed, net zoals al die breuken hierboven bijdragen aan het getal 2; we noemen ze "kwantumeffecten". Omdat ze wiskundig lijken als deeltjes die "alle mogelijke energieën bevatten", werden ze "virtuele deeltjes" genoemd. Maar nogmaals: het zijn boekhoudmiddeltjes. Hun effect is er wel degelijk, maar het zijn geen deeltjes. Deze manier van denken is breed verspreid in de QM.

Wat Hawkingstraling dan wel precies is, is erg moeilijk uit te leggen in termen van klassieke fenomenen; het berust op het feit dat in kwantumveldentheorieën vacua alleen covariant zijn onder inertiaalwaarnemers en je dus verschillende opvattingen krijgt van vacua in gekromde ruimtetijden.

Maar ik kan wel een poging doen om het aannemelijk te maken. In de klassieke mechanica heb je zogenaamde schijnkrachten. Dat zijn krachten die "opduiken" als je naar versnelde waarnemers gaat. Newtons 2e wet "F=m*a=0" heeft alleen dezelfde vorm voor waarnemers die met constante snelheid reizen, zgn. inertiaalwaarnemers. Als 1 inertiaalwaarnemer zal zeggen dat er geen krachten spelen, dan zullen alle inertiaalwaarnemers dat doen. Als je vervolgens naar versnelde waarnemers gaat, dan wordt deze 2e wet "F=m*a + schijnkrachten = 0". Oftewel, "F=m*a=-schijnkrachten". We noemen deze krachten "schijn", omdat ze verdwijnen als je weer naar zogenaamde inertiaalwaarnemers teruggaat. Denk aan het feit dat je in een versnelde trein in je stoel wordt gedrukt, of de centrifugaalkracht die je ervaart op een speeltoestel, of iets ingewikkelder; de Corioliskracht die orkanen "laat roteren". Als jij roteert, zul je zien dat objecten worden afgebogen. Maar wat er in feite aan de hand is, is dat er geen krachten fysiek inwerken op die objecten; er werkt een kracht op jou!

In de QM geldt ook iets soortgelijks, maar dan voor wat je als "vacuüm bestempelt": de toestand zonder deeltjes. Deze toestand blijkt, net als bij krachten, alleen hetzelfde te zijn voor alle inertiaalwaarnemers. Dus alle inertiaalwaarnemers zullen het eens zijn over wat precies "een toestand zonder deeltjes is". Als je gaat versnellen, dan zul je "deeltes" gaan meten, de zogenaamde Unruh-straling. Die energie moet ergens vandaan komen, en die komt van jouw versnelling. Vergelijk dit met het krachtenverhaal hierboven.

Nu is volgens Einstein een versnelling lokaal niet te onderscheiden van een zwaartekrachtsveld. Dat is Einsteins befaamde equivalentieprincipe,

https://en.wikipedia.org/wiki/Equivalence_principle

en vormt de sleutel tot het begrijpen van de algemene relativiteitstheorie. Dus zal bij een zwart gat eenzelfde soort fenomeen optreden. Dit fenomeen noemen we Hawkingstraling. Dit is een beetje kort door de bocht, want de waarnemershorizon van het zwarte gat speelt ook een belangrijke rol. Versnelde waarnemers nemen namelijk in de speciale relativiteitstheorie ook een soortgelijke horizon waar, de zgn. "Rindler horizon",

http://www.gregegan.net/SCIENCE/Rindler ... rizon.html

Deze uitleg is ingewikkelder dan "de virtuele deeltjes die uit het niets verschijnen en verdwijnen", maar nogmaals: die uitleg is onzin. Het is een analogie die je niet letterlijk moet nemen. Doe je dat wel, dan kom je al gauw op allerlei vragen uit: Hoe kunnen virtuele deeltjes ontsnappen aan een zwart gat? Moeten ze niet heel erg veel energie hebben om vlak buiten de horizon te ontsnappen? Krijgen we dan niet een 50/50 verdeling van gewone deeltjes en antideeltjes? Schenden ze energiebehoud als ze van binnen de horizon komen? Het zijn dezelfde soort vragen die je kunt stellen als iemand zegt dat hij/zij kijkt alsof-ie een spook heeft gezien (waar is het spook? Hoe snel ging het? reflecteren spoken dan fotonen? etc.)

Reageer