有更好的霍金辐射解释吗？

我正在写一篇关于霍金辐射的文章，发现我有问题。我在Wikipedia和其他地方找到的“给定”解释并不令人满意：

“可以通过想象粒子反粒子辐射是从事件视界之外发出来获得对该过程的物理洞察力。该辐射不是直接来自黑洞本身，而是虚拟粒子被”增强”的结果。黑洞的引力变成了真实的粒子^[10]。由于黑洞的引力能量产生了粒子-反粒子对，其中一个粒子的逸出降低了黑洞的质量^[11]。。该过程的另一种观点是，真空波动会导致粒子-反粒子对出现在黑洞的事件视界附近。该对中的一个掉入黑洞，而另一个逃脱。为了保留总能量，落入黑洞的粒子必须具有负能量……”

它依赖于虚拟粒子和负能量粒子。但是真空波动与虚拟粒子不同，虚拟粒子仅存在于模型的数学模型中，我们知道负能量粒子。因此，我正在寻找更好的解释。Wikpedia文章也这样说：

“在另一种模型中，该过程是量子隧穿效应，由此将在真空中形成粒子对反粒子对，并且将在事件视界之外隧穿^[10]。”

但是，这表明对产生是在事件视界内发生的，这似乎无视了无限的引力时间膨胀，并且其中一个a）出现在事件视界之外，并且b）当对产生通常涉及到光子的产生时会作为霍金辐射逃逸。电子和正电子。再次令人不满意。所以：

有更好的霍金辐射解释吗？

— 约翰·杜菲尔德
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掉进去的粒子不需要负能量。重要的是一些光子逃逸到无穷大，这意味着从重力场“借来”的一些能量会丢失（以那些光子的形式）。因此，引力场减弱，从而降低了表观质量/能量。但是“表观”就是我们作为遥远的观察者所看到的。事件范围内发生的事情是……在猜想范围之内。就是说，我不认为辐射是如何产生的，甚至是否存在，还没有多数意见……

— zibadawa timmy

考虑到这种材料的深奥性质，您可能会在Physics SE上找到更多信息。

— StephenG

注意斯蒂芬。@zibadawa timmy：但是您如何从重力场“借”能量呢？如果您这样做了，那么能量如何从事件视界中泄漏出去，使它们更多地相同，直到最终完全没有黑洞为止？

— 约翰·杜菲尔德

约翰，从您的问题看来，您似乎不了解势能或存储在场（重力，电等）中的能量的概念。我将从阅读这些概念开始。

— 卡尔·威索夫特

所有这些口头解释仅是隐喻。真正的交易是在做霍金的计算-这才是真正的解释。2.这是另一个比喻：黑洞不过是捆绑在一起的巨大时空曲率而已-我们对时空曲率的称呼是“引力”。黑洞不过是重力而已，其强度足以使其持续存在。p /反p对的产生与任何极强场都可以生成粒子的方式相同：当您拥有大量能量时，粒子会从中弹出。例如电磁辐射也可以做到这一点。

— Florin Andrei

Answers:

安迪•古尔德（Andy Gould）在1987年的一篇晦涩的论文中提出了霍金辐射的经典推导。基本论点是黑洞必须具有有限的非零熵（否则，您可能会违反带有黑洞的热力学第二定律）。此外，黑洞的熵必须仅取决于其面积（否则，您可以通过Penrose过程更改黑洞的面积并降低其熵并制成永动机）。如果黑洞具有熵和质量，则它具有温度。如果温度很高，则必须散热（否则您可能会再次违反热力学第二定律）。

当然，如果您看一下霍金辐射温度，那里就有一个普朗克常数，所以它必须了解一些有关量子力学的知识，对吗？但是事实证明，了解量子力学的实际上是一般的热力学，而不是广义相对论-普朗克常数只需要保持熵有限（因此温度不为零）即可。黑洞和黑体都是如此。

— 欧布莱恩·安塔涅尼
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这是一个有趣的读物，但我在第5页上指出了这一点： “现在可以考虑进行Geroch首先提出的实验。绝热地将充满电磁辐射且温度T >> T的完美反射箱降低到接近事件视界的Schwarzschild半径r。然后，人们与孔交换了辐射……” $^{[8]}$ $_{BH}$ 当然，由于无限的引力时间膨胀，所以没有交换吗？杰罗克（Geroch）于1971年普林斯顿（Princeton）座谈会上的gedanken实验似乎被广泛引用，但未发表。一个有趣的线索，再次感谢。

— 约翰·杜菲尔德

您无需将框精确地降低到事件范围内，而仅将其降低到事件范围内。因此存在时间膨胀，但它不是无限的，并且可以交换辐射。

— J. O'Brien Antognini

我在这里想念东西。如果将gedanken盒子放到事件视线附近的某个位置，然后与孔交换辐射， 然后将盒子向上拉时，其中就没有辐射。假设黑洞吞没了辐射（或其中的至少一部分），黑洞的质量就会增加。我将看看是否可以找到关于Geroch场景的另一种解释。

— 约翰·杜菲尔德

我找到了这个，请参阅第2页，但这是错误的。当您放下盒子并开始工作时，在事件范围内，盒子的能量只有开始时的一半。还有，我也发现了这一点：arxiv.org/abs/physics/0501056。

— 约翰·杜菲尔德

我不相信您链接的Arxiv论文-已有12年历史，但从未在同行评审期刊上发表过，也没有引用。对我来说看起来很古怪。在第一个（更值得信赖的）参考资料中，我不确定您从何处获得包装盒所具有的能量只有它开始时的一半。

— J. O'Brien Antognini

该网页上有一个很好的解释。关键段落是这样的：

在弯曲的时空中，没有惯性的“最佳”坐标系。因此，即使是非常合理的坐标选择，也可能导致粒子与反粒子或真空度存在分歧。这些分歧并不意味着“一切都是相对的”，因为对于如何在不同坐标系中的描述之间进行转换有很好的公式。这些是Bogoliubov转换。

特别是他继续说

一方面，我们可以将麦克斯韦方程组的解以最明显的方式将其分解为正频率，从而使某个远离黑洞且未来很远的人都能做到这一点...

另一方面，我们可以将麦克斯韦方程组的解以最明显的方式拆分为正频率，这是过去某个人在坍塌成黑洞之前就可以做到的。

因此，遥远的观察者认为是真正的无（没有虚拟的）粒子或反粒子的空的空间，遥远的将来的观察者可能会认为其中具有完美的粒子（和反粒子）的空间。这些粒子是霍金辐射。

— 史蒂夫·林顿
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