sciencetalk

Opmerking moderator

 
Ik vraag mij af, of de stelling dat energie niet kan worden geschapen, of vernietigd houdbaar is.
Er is voor zwarte gaten een theorie die stelt dat van een virtueel deeltjespaar precies op de grens van het zwarte gat een foton in het zwarte gat zou kunnen verdwijnen en een foton zou kunnen ontsnappen.
Dan is er dus energie uit het "niets" ontstaan.
Of dat "niets" ook echt NIETS is dan weer de vraag.
Misschien dat de wet van behoud van energie wel weer geldig in het heelal en het NIETS samen.

De verklaring is waarschijnlijk dat bij vorming van een virtueel deeltjespaar de energie die nodig is om het deeltje reëel te maken komt uit de potentiële energie van het deeltje dat in het gat valt.

Anton_v_U schreef: De verklaring is waarschijnlijk dat bij vorming van een virtueel deeltjespaar de energie die nodig is om het deeltje reëel te maken komt uit de potentiële energie van het deeltje dat in het gat valt.

 
Stel dat die twee deeltjes in dit geval 2 fotonen zijn, waarvan er 1 recht het zwarte gat induikt en de ander  van het zwarte gat weg vliegt.
Kan het foton dat het zwarte gat induikt zijn gewonnen energie gebruiken om het andere foton reeel te maken?
Stel dat het precies op de grens van de waarnemingshorizon gebeurt, (wikipedia spreekt ook over nabij- en laat zich niet uit over op de waarnemingshorizon) dan kan het deeltje dat de waarnemingshorizon overschrijdt ook nooit zijn gewonnen energie meer inzetten om  het ontsnappende foton reeel te maken.

Behoud van energie is een erg fundamentele eigenschap van de natuur, omdat dit een gevolg is van de translatie symmetrie van de tijd. Simpel gesteld houd deze symmetrie n dat fundamentele weten niet veranderen in de tijd.

Deze post is niet meteen een antwoord op de vraag, maar geeft enkele punten die de definitie van energiebehoud in algemene relativiteit bemoeilijken.
 
Ten eerst wordt een behouden grootheid wiskundig toegeschreven aan een bepaalde symmetrie van ons model.
Voor energie is dit symmetrie onder tijdstranslaties. Symmetrie betekend hier dat de bewegingsvergelijkingen invariant zijn onder een bepaalde transformatie.
Dit is in essentie de stelling van Noether (kort en vereenvoudigd!) die vaak gebruikt wordt voor dit soort problemen.
 
 
Het voorgaande is eerder een klein intermezzo om de verhalen in volgende links te volgen
Eerste antwoord hier ziet er relatief compleet uit http://physics.stackexchange.com/questions/35431/is-the-law-of-conservation-of-energy-still-valid
Een iets andere  aanpak http://motls.blogspot.be/2010/08/why-and-how-energy-is-not-conserved-in.html
Technischer (enkel diagonaal door gescrolld) http://math.ucr.edu/home/baez/physics/Relativity/GR/energy_gr.html
 
Let vooral op de allereerste zin van de laatste link

Is Energy Conserved in General Relativity?
 
In special cases, yes.  In general — it depends on what you mean by "energy", and what you mean by "conserved".

 
Ik breng deze links erbij om aan te geven dat energiebehoud een moeilijk onderwerp is wanneer ART in beschouwing genomen moet worden. (duidelijk het geval bij zwarte gaten)
 
P.S. Het beeld dat je voor ogen hebt wordt enkel gebruikt door "populair wetenschappelijke initiatieven".
De berekening die tot de ontdekking van Hawking straling leidde is minder eenvoudig zowel wiskundig als intuitief (uitlegje dat ik zelf niet helemaal volg)

Dan is er dus energie uit het "niets" ontstaan

 
Black hole + virtueel deeltjespaar = kleiner black hole + reëel deeltje. Er is niets reëels uit niets gemaakt. Hoe je dit zonder formules op een begrijpelijke manier uitlegt, is zeer lastig.
 
Professor Matt Strassler heeft een erg interessant artikel geschreven over virtuele 'deeltjes' (die helemaal geen deeltjes zijn, maar veldverstoringen). Ook de vervolgvragen en atwoorden onder het artikel zijn de moeite waard: klik. Maar een echt bevredigende niet wiskundige uitleg voor dit precieze fenomeen wordt ook daar niet gegeven. 

Hawking heeft zich hier ook in verdiept en hier is de Hawking straling uit voortgekomen. http://nl.wikipedia.org/wiki/Hawkingstraling

Michel Uphoff schreef:  
Black hole + virtueel deeltjespaar = kleiner black hole + reëel deeltje. Er is niets reëels uit niets gemaakt. Hoe je dit zonder formules op een begrijpelijke manier uitlegt, is zeer lastig.
 
Professor Matt Strassler heeft een erg interessant artikel geschreven over virtuele 'deeltjes' (die helemaal geen deeltjes zijn, maar veldverstoringen). Ook de vervolgvragen en atwoorden onder het artikel zijn de moeite waard: klik. Maar een echt bevredigende niet wiskundige uitleg voor dit precieze fenomeen wordt ook daar niet gegeven. 

Dat kleinere Blackhole begrijp ik niet.
In mijn voorbeeld ben ik van 2 fotonen uitgegaan.
1 Foton ontsnapt aan het zwarte gat.
1 foton voegt zijn (relatieve) massa toe aan het zwarte gat.
Hoe kan dat zwarte gat dan lichter worden?
 
Het artikel is interessant, maar gaat niet echt op de virtuele deeltjes die spontaan ontstaan in, maar meer op de virtuele deeltjes die ontstaan door de interactie van twee deeltjes.
Niet zozeer over vacuumenergie.
Een antwoord aan Paul Blackwood (20-10-2011---7:14) lijkt te suggereren dat die virtuele deeltjesr energie van het veld wordt lenen.
Daar ben ik echter niet zeker van, omdat het antwoord me niet helemaal duidelijk is.

Echt in detail begrijpen doe ik het ook niet, daarvoor heb je een Hawkingbrein nodig, of minimaal veel verstand van kwantummechanica en andere delen van de theoretische fysica. Onder andere de Bogoliubov transformaties (die ik niet echt begrijp) zijn hierbij noodzakelijk.

 

Er zijn meerdere manieren om het je sterk vereenvoudigd voor te stellen:

 

- Het deeltjes-antideeltjes paar aan de event horizon wordt reëel gemaakt door de gravitatiekrachten van het black hole, en het wegschieten van een van de deeltjes naar buiten kost energie (dus massa) van het black hole.

- Het deeltje van het virtuele paar dat in het black hole verdwijnt heeft daar altijd negatieve energie (wellicht omdat binnen het black hole dimensies uitgeruild worden, ruimteachtig wordt tijdachtig), en daardoor wordt er energie (dus massa) wordt aan het black hole onttrokken waarmee het andere deeltjespaar aan de 'buitenzijde' van de event horizon reëel wordt gemaakt. Zo straalt het black hole zijn Hawking straling uit en wordt minder groot.
 
Maar hoe je dit precies in een kwalitatieve samenhangende beschrijving toelicht in plaats van in reeksen formules weet ik niet. Ik denk eigenlijk niet dat dat gaat. Dus als iemand een duidelijke, sluitende en begrijpelijke beschrijving kan leveren, houd ook ik mij zeer aanbevolen.