Perché i buchi neri hanno energia positiva?


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In che modo Hawking potrebbe trarre la conclusione "[...] e i buchi neri hanno energia positiva . Ecco perché lo spazio vuoto è stabile. Corpi come stelle o buchi neri non possono semplicemente apparire dal nulla. Ma un intero universo può". Avrebbe senso per me, se un buco nero avesse energia negativa.

Citazione dal libro The Grand Design , pagina 180:

Se l'energia totale dell'universo deve rimanere sempre zero e costa energia per creare un corpo, come può un intero universo essere creato dal nulla? Ecco perché ci deve essere una legge come la gravità. Poiché la gravità è attraente, l'energia gravitazionale è negativa: bisogna lavorare per separare un sistema gravitazionalmente legato, come la terra e la luna. Questa energia negativa può bilanciare l'energia positiva necessaria per creare la materia, ma non è così semplice. L'energia gravitazionale negativa della terra, per esempio, è meno di un miliardesimo dell'energia positiva delle particelle di materia di cui è fatta la terra. Un corpo come una stella avrà più energia gravitazionale negativa, e più piccola è (più si avvicinano le diverse parti di essa), maggiore sarà questa energia gravitazionale negativa. Ma prima che possa diventare maggiore dell'energia positiva della materia, la stella crollerà in un buco nero e i buchi neri avranno energia positiva. Ecco perché lo spazio vuoto è stabile. Corpi come stelle o buchi neri non possono apparire dal nulla. Ma un intero universo può.

Risposte:


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Per capirlo, devi capire cosa significa avere energia negativa o positiva.

Seguendo l'esempio dato dal testo, l'attrazione gravitazionale della Terra e della Luna è un sistema con energia negativa. Questo perché richiede un input di energia per annullare il sistema. Bisogna esercitare energia per separarli, richiedendo così un input di energia al sistema per romperlo.

E=mc2

Il buco nero, proprio come la Terra, è semplicemente costituito da materia (sebbene in qualche forma sconosciuta alla singolarità) e come tale energia può essere estratta da questa materia, rendendola un sistema con energia positiva.


Grazie per la tua risposta. L'energia gravitazionale negativa del buco nero è maggiore dell'energia positiva delle particelle di materia di cui è fatto il buco nero? In caso contrario, come potrebbe l'energia dell'universo rimanere zero?
lu yuan

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@luyuan Non sono sicuro che ci sia una risposta a questa domanda. Il problema è che è estremamente complicato calcolare l'energia gravitazionale negativa totale del buco nero. Poiché la forza di gravità ha un raggio illimitato, ogni oggetto nell'universo si trova all'interno di un determinato campo gravitazionale di un buco nero e quindi contribuisce all'energia negativa. Per non parlare, il buco nero stesso ha energia gravitazionale negativa che potresti potenzialmente negare immettendo energia per decostruire il buco nero. Ma come si fa a rompere un buco nero? È anche possibile?
Zefiro

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Il motivo è dovuto al teorema dell'energia positiva in GR. Vedi, per un breve resoconto qualitativo, Wikipedia.

Probabilmente è un po 'troppo avanzato per spiegare in "The Grand Design".

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