Электрон черной дыры - Википедия - Black hole electron

В физика, существует умозрительная гипотеза, что если бы черная дыра с той же массой, зарядом и угловым моментом, что и электрон, у него были бы другие свойства электрона. В частности, Брэндон Картер показал в 1968 году, что магнитный момент такого объекта будет соответствовать тому из электрона.[1] Это интересно, потому что расчеты, игнорирующие специальную теорию относительности и рассматривающие электрон как маленькую вращающуюся сферу заряда, дают магнитный момент, который отличается примерно в два раза, так называемый гиромагнитное отношение.

Однако расчеты Картера также показывают, что потенциальная черная дыра с такими параметрами будетсверхэкстремальный '. Таким образом, в отличие от настоящей черной дыры, этот объект будет отображать голая особенность, что означает сингулярность в пространстве-времени, не скрытую за горизонт событий. Это также привело бы к замкнутые времяподобные кривые.

Стандарт квантовая электродинамика (КЭД), наиболее полная в настоящее время теория частиц, рассматривает электрон как точечную частицу. Нет никаких доказательств того, что электрон - это черная дыра (или голая сингулярность). Кроме того, поскольку электрон является квантово-механическим по своей природе, любое описание исключительно в терминах общей теории относительности неадекватно. Следовательно, существование электрона черной дыры остается строго гипотетическим.

Подробности

Статья, опубликованная в 1938 г. Альберт Эйнштейн, Леопольд Инфельд и Банеш Хоффманн показал, что если рассматривать элементарные частицы как сингулярности в пространстве-времени, нет необходимости постулировать геодезический движение как часть общей теории относительности.[2] Электрон можно рассматривать как такую ​​особенность.

Если пренебречь угловым моментом и зарядом электрона, а также влиянием квантовая механика, можно рассматривать электрон как черная дыра и попытаемся вычислить его радиус. В Радиус Шварцшильда рs массы м - радиус горизонта событий для невращающегося, незаряженного черная дыра этой массы. Это дается

,

куда грамм это Ньютон гравитационная постоянная и c это скорость света. Для электрона

м = 9.109×10−31 кг,

так

рs = 1.353×10−57 м.

Таким образом, если мы проигнорируем электрический заряд и угловой момент электрона и наивно применим общую теорию относительности на этом очень маленьком масштабе длины без учета квантовой теории, черная дыра с массой электрона будет иметь этот радиус.

В действительности физики ожидают, что эффекты квантовой гравитации станут значительными даже на гораздо больших масштабах, сравнимых с Планковская длина

м

Итак, приведенному выше чисто классическому расчету верить нельзя. Более того, даже классически электрический заряд и угловой момент влияют на свойства черной дыры. Чтобы учесть их, игнорируя квантовые эффекты, следует использовать Метрика Керра – Ньюмана. Если мы это сделаем, то обнаружим, что угловой момент и заряд электрона слишком велики для черной дыры с массой электрона: вместо этого объект Керра-Ньюмана с таким большим угловым моментом и зарядом будетсверхэкстремальный ', отображая голая особенность, что означает особенность, не защищенную горизонт событий.

Чтобы убедиться, что это так, достаточно рассмотреть заряд электрона и пренебречь его угловым моментом. в Метрика Рейсснера – Нордстрема, который описывает электрически заряженные, но не вращающиеся черные дыры, существует величина рq, определяется

куда q - заряд электрона и ε0 это диэлектрическая проницаемость вакуума. Для электрона с q = −е = −1.602×10−19 C, это дает значение

рq = 1.3807×10−36 м.

Поскольку это (значительно) превышает радиус Шварцшильда, метрика Рейсснера – Нордстрема имеет голую сингулярность.

Если мы включим эффекты вращения электрона с помощью Метрика Керра – Ньюмана, остается голая сингулярность, которая сейчас кольцевая особенность, и пространство-время также замкнутые времяподобные кривые. Размер этой кольцевой особенности порядка

,

где как раньше м - масса электрона и c это скорость света, но J = это вращение угловой момент электрона. Это дает

ра = 1.9295×10−13 м

что намного больше, чем масштаб длины рq связанный с зарядом электрона. Как отмечает Картер,[3] эта длина ра порядка электронного Комптоновская длина волны. В отличие от длины волны Комптона, это не квантово-механическая природа.

Совсем недавно Александр Буринский выдвинул идею рассматривать электрон как голую сингулярность Керра – Ньюмана.[4]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Картер, Б. (25 октября 1968 г.). «Глобальная структура керровского семейства гравитационных полей». Физический обзор. 174 (5): 1559–1571. Bibcode:1968ПхРв..174.1559С. Дои:10.1103 / Physrev.174.1559.
  2. ^ Эйнштейн, А.; Инфельд, Л.; Хоффманн, Б. (Январь 1938 г.). «Уравнения гравитации и проблема движения». Анналы математики. Вторая серия. 39 (1): 65–100. Bibcode:1938АнМат..39 ... 65Э. Дои:10.2307/1968714. JSTOR  1968714.
  3. ^ Картер, Б. (25 октября 1968 г.). «Глобальная структура керровского семейства гравитационных полей». Физический обзор. 174 (5): 1559–1571. Bibcode:1968ПхРв..174.1559С. Дои:10.1103 / Physrev.174.1559.
  4. ^ Буринский, Александр (апрель 2008 г.). «Электрон Дирака-Керра-Ньюмана». Гравитация и космология. 14 (2): 109–122. arXiv:hep-th / 0507109. Bibcode:2008GrCo ... 14..109B. Дои:10.1134 / S0202289308020011. S2CID  119084073.

дальнейшее чтение

Популярная литература