WikiDer > Транспланковская проблема

Trans-Planckian problem

В физика черной дыры и инфляционная космология, то транс-планковская проблема относится к появлению количеств за пределами Планковский масштаб, которые вызывают сомнения в физической достоверности некоторых результатов в этих двух областях, поскольку можно ожидать, что физические законы претерпят радикальные изменения, выходящие за рамки шкалы Планка.[1]

В физике черных дыр первоначальный вывод Радиация Хокинга участвует поле моды, которые вблизи горизонта черной дыры имеют произвольно высокие частоты- в частности, выше обратного Планковское время, хотя они не отображаются в окончательных результатах. Было предложено несколько различных альтернативных выводов для решения этой проблемы.

Транспланковскую проблему удобно рассматривать в рамках звуковые черные дыры, системы конденсированного состояния, которые можно описать так же, как настоящие черные дыры. В этих системах аналогом шкалы Планка является межатомная шкала, где описание континуума теряет свою актуальность. Можно исследовать, происходит ли в этих системах процесс, аналогичный излучению Хокинга, несмотря на короткомасштабное обрезание, представленное межатомным расстоянием.

Транспланковская проблема также появляется в инфляционной космологии. Космологические масштабы, которые мы сейчас наблюдаем, соответствуют масштабам длины меньше, чем Планковская длина при наступлении инфляции.[1]

Транспланковская проблема в излучении Хокинга

Транспланковская проблема - это проблема, которую первоначальный расчет Хокинга включает квант частицы, где длина волны становится короче, чем Планковская длина возле горизонта черной дыры. Это происходит из-за своеобразного поведения там, где время останавливается, измеренное издалека. Частица, испущенная черной дырой с конечный частота, если проследить до горизонта, должно быть бесконечный частота и, следовательно, транспланковская длина волны.

В Эффект Унру и эффект Хокинга говорят о модах поля в поверхностно стационарных пространство-время которые изменяют частоту относительно других координат, регулярных по горизонту. Это обязательно так, поскольку, чтобы оставаться за горизонтом, требуется постоянное ускорение. Доплеровские сдвиги режимы.

Уходящий Хокинг излучал фотон, если мода прослеживается во времени, имеет частоту, которая отклоняется от той, которая у нее есть на большом расстоянии, по мере приближения к горизонту, что требует длины волны фотона, чтобы бесконечно «сжиматься» на горизонте черная дыра. В максимально расширенном внешнем Решение Шварцшильда, частота этого фотона остается постоянной только в том случае, если мода распространяется обратно в прошлую область, куда не может попасть ни один наблюдатель. Эта область кажется ненаблюдаемой и подозрительной с физической точки зрения, поэтому Хокинг использовал решение для черной дыры без области прошлого, которая формируется в конечное время в прошлом. В этом случае источник всех исходящих фотонов может быть идентифицирован: микроскопическая точка в момент первого образования черной дыры.[нужна цитата]

Квантовые флуктуации в этой крошечной точке, согласно первоначальному расчету Хокинга, содержат все исходящее излучение. Моды, которые в конечном итоге содержат исходящее излучение в течение длительного времени, смещаются в красную область на такую ​​огромную величину из-за их длительного пребывания рядом с горизонтом событий, что они начинаются как моды с длиной волны намного короче планковской длины. Поскольку законы физики на таких малых расстояниях неизвестны, некоторые находят первоначальный расчет Хокинга неубедительным.[2][3][4][5]

Транспланковская проблема в настоящее время в основном рассматривается как математический артефакт расчета горизонтов. Тот же эффект наблюдается и для обычного вещества, падающего на белая дыра решение. Материя, которая попадает в белую дыру, накапливается на ней, но не имеет будущего региона, в который она могла бы попасть. Прослеживая будущее этой материи, она сжимается до последней сингулярной конечной точки эволюции белой дыры, в транс-планковскую область. Причина таких расхождений заключается в том, что моды, которые заканчиваются на горизонте с точки зрения внешних координат, имеют там сингулярную частоту. Единственный способ определить, что происходит классически, - это простираться в некоторых других координатах, пересекающих горизонт.

Существуют альтернативные физические картины, которые дают излучение Хокинга, в котором решается транс-планковская проблема.[нужна цитата] Ключевым моментом является то, что аналогичные транс-планковские проблемы возникают, когда моды, занятые излучением Унру, прослеживаются во времени.[6] В эффекте Унру величина температуры может быть вычислена из обычных Минковский теория поля, и не вызывает споров.

Примечания

  1. ^ а б Бранденбергер, Роберт (2011). «Введение в космологию ранней вселенной» (PDF). Труды науки. arXiv:1103.2271. Bibcode:2011arXiv1103.2271B.
  2. ^ Хелфер, А. Д. (2003). «Излучают ли черные дыры?». Отчеты о достижениях физики. 66 (6): 943–1008. arXiv:gr-qc / 0304042. Bibcode:2003об / ч ... 66..943ч. Дои:10.1088/0034-4885/66/6/202. S2CID 16668175.
  3. ^ 'т Хоофт, Г. (1985). «О квантовой структуре черной дыры». Ядерная физика B. 256: 727–745. Bibcode:1985НуФБ.256..727Т. Дои:10.1016/0550-3213(85)90418-3.
  4. ^ Якобсон, Т. (1991). «Испарение черных дыр и ультракороткие расстояния». Физический обзор D. 44 (6): 1731–1739. Bibcode:1991ПхРвД..44.1731Ж. Дои:10.1103 / PhysRevD.44.1731. PMID 10014053.
  5. ^ Brout, R .; Massar, S .; Parentani, R .; Шпиндель, П. (1995). «Излучение Хокинга без транс-планковских частот». Физический обзор D. 52 (8): 4559–4568. arXiv:hep-th / 9506121. Bibcode:1995ПхРвД..52.4559Б. Дои:10.1103 / PhysRevD.52.4559. PMID 10019680. S2CID 26432764.
  6. ^ Для альтернативного вывода и более подробного обсуждения излучения Хокинга как формы излучения Унру см. де Витт, Брайс (1980). «Квантовая гравитация: новый синтез». В Hawking, S .; Израиль, W. (ред.). Общая теория относительности: столетие Эйнштейна. п. 696. ISBN 0-521-29928-4.