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Holes negros cargados?

14 mayo, 2018
Holes negros cargados?
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equipo de conceptos avanzados de la & # 39; ESA; S. Brunier / ESO

Una de las preguntas que nunca falta cuando hablo sobre agujeros negros versa sobre la posibilidad de que un agujero negro tenga carga eléctrica. Parece ser que resulta incómodo que estos bichos, los tragadors universales, los cuales no dejan salir de su interior, pueden presentarse cargados y que, sobre nosotros, desde & # 39; fuera, podemos determinar esta carga.

La intención de e 39; esta entrada es la de dar una respuesta definitiva a este "problema". Lo primero que hacemos será presentar el punto complicado, que los agujeros tienen la carga eléctrica como una de sus características definitorias. Luego nos plantearemos qué tiene de especial la carga. Para finalizar, nos mostraremos que el "problema", no es tal problema desde ninguno de los puntos de vista que nos ocurre. Y como coda, que yo soy muy de las codas, dejo una pregunta.

M & # 39; lo disfruto

Holes Negros Calvos

  Hawking, Stephen; Penrose, Roger (1996). La naturaleza de la & # 39; espacio y el tiempo. Princeton University Press. p. vii. ISBN 9780691145709.
Hawking, Stephen; Penrose, Roger (1996). La naturaleza de la & # 39; espacio y el tiempo. Princeton University Press. p. vii. ISBN 9780691145709.

Lo fundamental aquí es grabar un fuego en nuestros meninges la siguiente afirmación:

Los agujeros negros no tienen el cabello

Que diablos significa esto? Bueno, no es tan complicado. Tome cualquier agrupación de materia y energía y comprime hasta que se forme un bonito agujero negro.

Resulta que en este proceso, todas las características de los sistemas de partida iniciales s & # 39; olvidan excepto tres factores. Un sable:

  1. La masa.
  2. La cantidad de giro o momento angular.
  3. La carga eléctrica.

No lo digo yo, lo que dice un teorema.

Es decir, que si nos dan dos o más agujeros negros con la misma masa, el mismo momento angular y la misma carga eléctrica no podremos decir a qué situación inicial corresponden cada uno de e 39; estos agujeros. Por lo tanto, estos agujeros serían indistinguibles totalmente, igual si se & # 39; han formado con estrellas, tortugas o burritos picantes.

Y de e 39; estas tres magnitudes la que presenta un problema grave, en mi experiencia, es la carga eléctrica. Podemos vivir con la que los agujeros negros tienen masa. Incluso parece que se & # 39; acepta bien que los agujeros negros están girando. Pero lo que no aceptamos fácilmente es que los agujeros negros tienen carga.

Según entiendo, la masa del & # 39; aceptamos porque … Bueno porque si no tenemos demasiado básicamente nos quedamos sin nada. Para mí está bien.

El giro nos acceptamos porque nos llegamos a imaginar el negro agujero como una bola, sí, como una canica, que es capaz de rotar al & # 39; espacio.

La carga supone un problema porque para detectar una carga debemos detectar un campo eléctrico. Y aquí está la clave de lo que nos incomoda. Si de e 39; un agujero negro no venta nada, ¿cómo es posible que genere un campo eléctrico hacia el & # 39; exterior? (El remarcada es mío).

Un poco que lo pensemos, debería resultar tan extraño que un agujero negro tenga masa y produzca campo gravitatorio que tenga carga y produzca eléctrico campo al & # 39; exterior. Ni que decir tiene que un agujero negro girando debería parecer horrible. Con eso dicho podríamos terminar la charla y que cada uno lidie con sus propios sentimientos y receloso respecto … Pero no, aquí no se hacen las cosas así, aquí dejamos las cosas bien explicadas.

Seguimos?

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(Si sé es bajo tu responsabilidad)

La carga eléctrica [19659027] La ​​carga eléctrica es la propiedad de las partículas que permite generar y sentir electricidad campo (si están en movimiento crean y sienta campo magnético). Como es de sobrado sabedor, estas cargas se pueden presentar en dos versiones que hemos convenida en llamar positiva y negativa. Los nombres no indican mucho y, además, están puestos al revés de lo que deberían (ya te contamos este otro día cuando escribimos una entrada sobre nombres de mierda de magnitudes físicas).

El caso es que si tenemos electricidad de carga, creamos en el & # 39; espacio que contiene una característica asociada a cada punto de e 39; este espacio, el campo eléctrico. Los campos los solemos representar por líneas de campo que indican, hablando mal y enseguida, como se movería una carga pequeña de signo positivo en presencia de la carga que estamos estudiando. Así, las líneas de campo generadas por cargas positivas salen de la carga y las generadas por cargas negativas entran en ella. Esto es del col.

 Dibujo sin título

L & # 39; esencial sobre & # 39; electricidad es una que vino a mano del maestro de matemáticas, señor Gauss.

 Gauss

Permitidme, (es sólo un requerimiento retórico como comprenderás), que traduce el resultado de Gauss relevante para las cargas eléctricas en un lenguaje plano . Veureéis que la idea es preciosa y os aseguro que su implementación matemática es aún más, aunque no entraremos plenamente en ella.

Parece que sabemos que hay una carga eléctrica en una región del & # 39; espacio de tiempo para que este espacio adquiere una característica que no es más que si soltamos otra carga que sufrirá una determinada fuerza, atractiva o repulsiva según los signos relativos de las cargas. Esta característica que es otorgada a la & # 39; espacio es lo que llamamos campo eléctrico. Y este debe quedar claro:

El campo eléctrico es una característica que adquiere el espacio cuando hay cargas eléctricas en su seno.

Este campo, como ya hemos discutido, se representa por eso que se llaman líneas de campo, así que si tenemos una carga eléctrica tendremos líneas de campo y viceversa. Si las líneas van hacia la carga estamos ante una carga que llamamos negativa y si salen de e 39; ella estamos ante lo que denominamos carga positiva. Simple, sencillo y con fundamento.

¿Cuántas líneas tiene una determinada carga? Bueno, pues de manera efectiva hay infinitas líneas Saliendo o entrando de cargas según el carácter de su signo. Si hicierem el & # 39; estudio matemático completo que no sería un problema porque lidiar con una cantidad infinita de líneas es literalmente Chupao (para los que leen esto fuera & # 39; ámbito de la & # 39; Estado español, Chupao es sinónimo de e 39; algo muy fácil). Así que vamos a hacer un truco aquí (un truco que está plenamente justificado, tenía total confianza en esto). El truco consiste en asignar un número fijo de líneas a una carga dada. Por ejemplo, si tenemos una carga de valor 1 en determinadas unidades de medida vamos a imponer que dicha carga tenga exactamente 8 líneas.

 carga1

Evidentemente, si la carga es del mismo signo pero con el doble del valor que hemos considerado, tendremos el doble de líneas:

 carga2

por supuesto, estoy seguro que ya lo ha adivinado, para el caso de cargas negativas, las líneas serían entrantes y las dibujo de color azul para ayudarle las cuentas.

Lo que dijo Gauss, en forma de teorema, es que dada una región del & # 39; espacio en el que no se ven las cargas porque están ocultas, siempre podremos deducir la carga total (suma de positivas y negativas) sin más que contamos cuántos líneas rojas (salientes) y azules (entrantes) que tenemos en la región que oculta las cargas. Es decir, no debemos ver las cargas para saber que están ahí, sólo tenemos que "ver" las líneas de campo. Como vemos estas líneas? Por lo tanto, calculamos que sería una carga de prueba a las inme- anotaciones de & # 39; esta región que ocultaría la carga total que queremos determinar, así viendo si se & # 39; incrementa o se repelen, se determinará el sentido de las líneas y , a medida de la & # 39; intensidad del & # 39; atracción o la repulsión, se determinará el número de líneas (densidad más buena).

Por lo tanto, supongamos que tenemos una superficie que contiene una cantidad de carga que no sabemos cuál es.

 carga3

Para determinar el total de carga sólo tenemos que determinar el número de e 39; entrantes y salientes.

 carga4

Si se muestra cuentas, tenemos 16 líneas rojas y 8 líneas azules. Considerando que las líneas rojas y las líneas azules se cancelan entre lo que nos queda de forma limpios son 8 líneas rojas por lo que podemos afirmar que dentro de e 39; esta superficie hay un total de carga igual a Q = + 1. ¿es o no es fantástico?

Ahora podemos preguntar: ¿Por qué funciona este truco (teorema) de Gauss?

Por la respuesta está en la siguiente sección.

La carga es una cantidad conservada [19659027] Sí, queridos leidos, (no tiene sulfuro, soy consciente de que la palabra es inventada, pero es que soy un ser creativo), la razón última por la que el truco de Gauss funciona es porque la carga eléctrica es una cantidad conservada. La carga total en una región, siempre que no haya flujos de e 39; entrada o salida, se mantenga constante. Esto ayuda a hacer el & # 39; explicación que hemos hecho, no sólo el & # 39; ayuda es lo que hace posible. Y sabemos que la carga es conservada porque nunca hemos visto procesos en los que se gana o se pierden carga eléctrica y, además, porque así se & # 39; establece uno de los teóricos de la señora matemática Emmy Noether.

  La mujer que nos enseñó a pensar en física La Grane Emmy Noether.
La mujer que nos enseñó a pensar en física. La Grane Emmy Noether.

Ah, resulta que el & # 39; energía (aunque esté en formato "masa") y el momento angular también son cantidades conservadas. Esto también explica los teoremas de Noether.

Así, no hay ningún proceso físico que pueda eliminar la masa (que no es más que el & # 39; energía en reposo de e 39; lo que estamos hablando), la carga o el & # 39; angular momento. Los agujeros negros tampoco pueden. La formación de e 39; un agujero negro es un proceso físico y, como tal, debe respetar las leyes físicas y conservar todo lo que se conserva verbalmente, lo que establece el teorema de Noether.

Así que …

Los agujeros negros pueden tener carga

Volvamos a mirar a la superficie que hemos utilizado para ocultar la carga en el & # 39; ejemplo de más arriba:

 carga3

Estudiando las líneas hemos determinado que ahí dentro hay una carga igual a +1. Ahora voy a sacar la superficie para "ver" qué tenemos aquí. Listos?

 descarga

Sí, ahí dentro de e 39; esta superficie tenemos un bonito agujero negro que podemos afirmar que está cargado.

Así como sale el campo eléctrico de e 39; ahí? Porque como ya podrás deducir el campo eléctrico no ha salido del agujero. El campo eléctrico ya estaba aquí, porque lo que fuera que formó el agujero este objeto tendría una carga Q = + 1. Pero después se contrajo para formar el agujero, ya que la carga se conserva el agujero preserva esta carga, y por tanto el campo eléctrico. Recuerda, el campo eléctrico es una propiedad que adquiere el espacio que tiene la carga en su seno, no es algo que se propaga desde la carga hacia fuera o hacia dentro. Es un elemento del que se hace en el & # 39; espacio, hay carga, pues el & # 39; espac tiene una propiedad que llamamos campo eléctrico.

Es igual que la masa, el agujero tiene una masa que genera un gravitacional de campo, es decir, cuanto espacio espaciotiempo de la propiedad de tener campo gravitatorio (que sabemos que es el & # 39; espaciotiempo presente curvatura). No hay nada que salga del agujero es simplemente que el & # 39; espacio que contiene está dotado de e 39; una propiedad que llamamos gravedad. Si además el & # 39; agujero tiene carga es porque el & # 39; espacio que lo contiene tiene una propiedad que llamamos campo eléctrico.

Fin del problema.

¿Qué pasa con el cuánto cuánto?

Ahora alguien me podría decir que desde el punto De vista quantum el campo eléctrico es necesario comprender & # 39; l como un intercambio de partículas que llamamos fotones. Así que si tenemos un agujero cargado este agujero podrá atras o repeler otras cargas intercambiando fotones con estas cargas. Oh, entonces sí que salen cosas del agujero según esta imagen, al menos salen estos malditos fotones de mensajeros de la interacción electromagnética.

Bueno, lo primero que podemos decir es que esta imagen es bastante mala, no tenemos muy claro cómo funciona esto con agujeros negros de por medio. Pero lo que si sabemos es que si t & # 39; agaràs a esta explicación, debe & # 39; aceptar que estos fotones de mensajería no son partículas habituales, estos fotones tienen la propiedad que se pueden mover a la velocidad que quieran. Por ejemplo a velocidades muy superiores a la de la velocidad de la luz y … entonces ya no tenemos problemas porque estos fotones podrían salir del agujero. Sí, como ya he comentado, esta es una salida y una respuesta rápida. L & # 39; explicación buena es la que hemos dado más arriba. Dale una vuelta.

Nos sigue leyendo …

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