Que se passe-t-il lorsqu’un trou noir et un «anti-trou noir» entrent en collision?

dbrane

Que se passe-t-il lorsqu’un trou noir et un «anti-trou noir» entrent en collision?


Disons que nous avons un trou noir qui s’est formé par l’effondrement de l’hydrogène gazeux et un autre qui s’est formé par l’effondrement du gaz anti-hydrogène. Que se passe-t-il quand ils entrent en collision? Est-ce qu’ils (1) fusionnent en un seul trou noir ou (2) « s’annihilent » en rayonnement?

On pourrait s’attendre à ce que (1) soit le cas si le théorème No Hair devait tenir. Je suppose donc que ce que je demande vraiment, c’est une compréhension moderne de ce théorème et de son applicabilité compte tenu de ce que nous savons aujourd’hui.

Peter Shor

Les trous noirs ne conservent que la masse, la charge électrique et le moment angulaire. En particulier, ils ne conservent pas le nombre de baryons, donc un « trou anti-noir » ne peut pas être distingué d’un trou noir. Quand ils entrent en collision, vous obtenez beaucoup d’ondes gravitationnelles et un plus grand trou noir.

Luboš Motl

@Peter Shor: pleine approbation de ma part. 😉 +1.

Luboš Motl

Cher @Jerry, pour les trous noirs neutres, cela n’a aucun sens de parler de « quel matériau la singularité est faite ». La singularité n’est pas une place dans l’espace; le diagramme de Penrose montre qu’il s’agit d’un lieu dans le temps – analogue au Big Crunch en cosmologie. C’est un moment dans le futur où tout – et le temps – se termine. C’est aussi pourquoi la physique proche de la singularité ne peut (classiquement) influencer aucun événement dans l’Univers. Ce n’est donc pas seulement une vague opinion philosophique comme le rasoir d’Occam qui rend «l’antisingularité» impossible: c’est la causalité fondamentale qui le fait.

Tim Goodman

Cela peut être une question stupide, mais le « numéro Baryon » n’est-il pas une information sur le système? Et si oui, alors quand nous ne pouvons plus déterminer le nombre de Baryon, les informations ne sont-elles pas perdues?

Luboš Motl

Cher @Jerry, assez bien, mais il faut être prudent avant d’interpréter trop physiquement les parties les plus profondes des trous noirs de Kerr-Newman, etc. L’horizon interne du trou noir de Reissner-Nordström est un horizon de Cauchy et beaucoup de choses se déroulent différemment que la solution naïve ne le suggère. Je pense que l’intuition de Schwarzschild selon laquelle la singularité est un « avenir » qui ne peut affecter personne pendant une durée limitée reste valable, mais bien sûr, cela est lié aux problèmes de censure cosmique, etc.

Réponses


 Lawrence B. Crowell

Je soupçonne qu’il y a un peu de difficulté ici. Une particule

p

et son anti-particule

p ¯

s’annulent et s’ils ont une masse

m

cela se traduit par la production de bosons sans masse (photons). Nombre quantique qui identifie la particule

p

sont soustraits par des nombres quantiques opposés de

p ¯

. Ces nombres quantiques sont généralement les nombres de leptons ou de baryons, la charge électrique, l’isospin et ainsi de suite. Cependant, l’antimatière n’a pas d’anti-masse.

L’idée originale de Dirac était que l’équation de Klein-Gordon avait une racine carrée selon les spineurs. Si la particule a une masse, il y a alors deux racines pour l’élan, qui définissent une surface dans

±

parties du cône de lumière de moment. La partie négative du cône définit la mer dite de Dirac, où la masse de particules est négative. Tous ces états d’énergie négative (masse) sont cependant complètement remplis. C’est pourquoi cela s’appelle une «mer», car ils définissent un état fondamental qui n’a pas de dynamique. Cependant, si vous transmettez un paquet d’énergie à un état de la mer pour que son énergie bascule, vous pouvez générer un anti-particule avec une énergie de masse positive. Cependant, tous les autres nombres quantiques sont inversés, y compris la charge.

On pourrait alors construire un trou noir à partir d’un énorme nuage d’hydrogène et d’anti-hydrogène de masse égale. Sur la base de l’état final du trou noir, il n’est pas possible de déterminer s’il a été formé par l’hydrogène ou l’anti-hydrogène. Donc, si vous avez deux trous noirs, un de

H

et l’autre de

H ¯

les deux vont fusionner en un plus grand trou noir.

La solution de Schwarzschild dans sa forme pure a une singularité passée et future, où la singularité passée correspond à un «trou blanc». Le trou blanc est à peu près le plus proche d’un «trou anti-noir». Ceux-ci n’existent pas dans la nature, ou du moins n’ont pas été identifiés astronomiquement. Ils peuvent jouer un certain rôle dans l’univers très précoce, mais la nature est telle qu’il existe une asymétrie (asymétrie dans leur occurrence, etc.) entre le trou noir et le trou blanc. Cependant, le trou blanc n’a pas «d’anti-masse».


 Anna v

Et maintenant, un expérimentateur carillonne dans:

La conservation du nombre de baryons dépend de la durée de vie du proton à basse énergie, certes assez grande mais limitée dans de nombreuses théories.

Aux hautes énergies, suffisamment élevées pour qu’un plasma de gluons de quarks se forme, la prépondérance des baryons devient un léger excès de quarks par rapport aux antiquarks dans la soupe. En effet, les paires d’antiquark de quark se forment et s’annihilent continuellement dans la mer, et si l’on veut conserver un nombre conservé, ce serait le nombre excessif de quarks par rapport aux antiquarks dans une matière plasma et vice versa dans une matière antimatière.

On suppose que dans l’effondrement d’un trou les énergies sont suffisantes pour qu’un plasma de gluons de quarks se forme et fasse ainsi valoir le point du nombre de baryons et du nombre d’antibaryons supposés dans la question. L’excès de quarks dans un trou par rapport à l’excès d’antiquarks dans l’autre serait proportionnellement très dilué pour supposer que le trou pourrait de toute façon être qualifié de matière ou d’antimatière, même si tous les autres arguments physiques valides déjà présentés par d’autres n’étaient pas présents.

Ben Crowell

Les quantités conservées ne sont pas «diluées». Le problème ici est qu’il existe des raisons fondamentales de croire que les trous noirs ne sont en aucune façon caractérisables par des quantités comme le nombre de baryons. Nous pouvons voir cela dans les théorèmes sans cheveux, et nous pouvons le voir dans le fait que le rayonnement de Hawking ne porte pas les propriétés comme le nombre de baryons qui sont entrées dans la formation du trou noir.

Anna v

@Ben Crowell Je suis désolé, mais si une quantité conservée est utilisée pour caractériser un ensemble de baryons, une fois que la structure de l’ensemble change, c’est-à-dire qu’elle se transforme en plasma de gluons de quark, le nombre a peu de pertinence car il n’y a plus de baryons, il est seulement un petit excès de quarks (ou d’antiquarks pour l’ensemble dérivé d’anti-baryon) qui, en tant que rapport au total des particules dans l’ensemble, devient très petit et dans ce sens est dilué.


 Kevin Kostlan

Ils fusionnent simplement pour devenir un trou plus grand. Il n’y a rien en dehors de l’horizon, donc ils fusionneront sans incident. Rien de ce qui se passe à l’intérieur du trou n’affectera l’extérieur, nous ne pouvons donc pas voir de réactions d’annihilation.

 

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