ホーキング輻射についての質問です
 
 
対生成された粒子と反粒子の内、ブラックホールに落ち込むのは反粒子だけだと聞きました
 
その理由がわかりません
 
もしかしたら反粒子だけ落ち込むという情報自体が間違いなのかもしれませんが…

A 回答 (1件)

 真空中(だけでなく空気中でもどこでもいいですが)でも、ミクロにみると何のエネルギーも加えないのに、対生成が絶え間なく起こります。

ほとんど全てが光子のペアです。自然に対生成した光子のペアは、すぐ対消滅します。光子の反物質は光子ですので。

 ブラックホールの事象の地平面近くですと、対生成した光子のペアの片割れが、事象の地平面の内側へ落ち込んでしまい、もう一方が外に向かって飛び出すということが起こります。これがホーキング輻射です。光子のペアですから、どちらが反物質ということもありません(そのように特定する意味がない)。

 もちろん、ガンマ線を照射するなどして、電子・陽電子ペア以上の反物質粒子のペアをホーキング輻射のようにさせることはできます。ブラックホールに落ち込むのは、物質か反物質かは、決められません。半々の確率になるでしょう。

 本来のホーキング輻射では、光子がブラックホールに落ち込むので、ちょっと考えるとブラックホールの質量が増加するように思えたりもしますが、事象の地平面を境にブラックホールをブラックボックスとして考察すると、ブラックホールからエネルギーが出て行くことになります。質量とエネルギーは等価ですから、ブラックホールの質量は、ホーキング輻射によって減少していくことになります。
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この回答へのお礼

とても良くわかりました
 
 
 
 
やっぱり反粒子だけ落ち込むってのはデマだったんですね(笑)
 
ありがとうございました

お礼日時:2011/01/08 14:45

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その中には
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そのうちの1/6が考えている壁(面)へ向かっています。

気体の分子運動論の項目にあります。
高校物理の範囲です。
P=Nmv^2 /3V
という式で
N/Vがあなたの問題でのn
です

http://ja.m.wikibooks.org/wiki/%E9%AB%98%E7%AD%89%E5%AD%A6%E6%A0%A1%E7%90%86%E7%A7%91_%E7%89%A9%E7%90%86II/%E7%86%B1%E5%8A%9B%E5%AD%A6

Q粒子の分布とエネルギーの和

相互作用の無い同種粒子がN個あり、全粒子のエネルギーの総和がUである系を考える。粒子の取り得るエネルギー準位をE1,E2,E3,..とし、N1,N2,N3,..個の準位が占められているとすると、
ΣNi=N  (1)
ΣEi・Ni=U (2)
が成り立つ。(iは添え字)

↑のような文章が教科書に書いてありました。ある準位EiにNi個の粒子が占めているとすれば、その準位にある粒子のエネルギーUiはEiをNi倍してあげれば良いので、その系全体のエネルギーはU=ΣEi・Nとなるのは分かります。ところが別の資料を読んでみると、用いているのは個数Niではなく分布関数niで表現していたのですが、本当にどちらも同じ事を表していると言えるのか疑問です。
例えばあるエネルギー準位Eiに粒子が占めている確率がni=1/2=0.5だとすれば、そのエネルギー準位にある粒子のエネルギーは、Ui=0.5Eiとなってエネルギーが本来の値よりも減るというような変な表現になり、ここで簡易のためにどの準位も粒子の占有確率がn=0.5だとすると、やはり全エネルギーも減る事になります。元々はエネルギー自体が増減する訳ではありませんが、系全体で統計的に見ると粒子が占めていない確率もまた0.5なのだから、考えているエネルギー準位の単なる和ではなくそれよりも減少すると予想される。つまりU=ΣEi・niは、数学で言うエネルギーの期待値の事を言っているのですか?

相互作用の無い同種粒子がN個あり、全粒子のエネルギーの総和がUである系を考える。粒子の取り得るエネルギー準位をE1,E2,E3,..とし、N1,N2,N3,..個の準位が占められているとすると、
ΣNi=N  (1)
ΣEi・Ni=U (2)
が成り立つ。(iは添え字)

↑のような文章が教科書に書いてありました。ある準位EiにNi個の粒子が占めているとすれば、その準位にある粒子のエネルギーUiはEiをNi倍してあげれば良いので、その系全体のエネルギーはU=ΣEi・Nとなるのは分かります。ところが別の資料を読んでみると、用いてい...続きを読む

Aベストアンサー

 ΣNi=N  (1)
 ΣEi・Ni=U (2)

で、
 ni = Ni/N
なのですよ。

Ni = ni×Nだから、
(1)式は
 NΣni = N
 ∴ Σni = 1    (1’)

(2)式は
 NΣEi・ni = U
∴ ΣEi・ni = U/N    (2’)
となる。

(2’)式を見ればわかるんだけれど、
全エネルギーUを粒子の数Nで割っているのだから、
これは粒子1個あたりのエネルギー、
つまり、
平均値・期待値です。

ですから、
☆つまりU=ΣEi・niは、数学で言うエネルギーの期待値の事を言っているのですか?
◇はYESです。


わたしはその資料を見ていないので分からないのですが、
(2’)のU/Nのところは、小文字のuとかεと書いてあるんじゃないかな。
あるいは、
期待値や平均値を表わす<U>というような記号を使ってあると思います。

Qヒッグス粒子が発見できた理由

ヒッグス粒子はLHCが実現する超高エネルギーのおかげで発見できた!!
と思っていたのですが
1995年に発見されたトップ・クォークの質量は 172 GeV くらいで
数年前に発見されてノーベル賞につながったヒッグス粒子の質量は 126 GeV くらいですよね

ということは単純に考えたら
ヒッグス粒子が発見されないネックになっていたのはエネルギーではないのだろうなとなります

LHC 以前にトップ・クォークが発見されていたにも関わらずヒッグス粒子が発見できていなかった理由
そして数年前にようやくヒッグス粒子が発見された理由
というのは一体何なのでしょうか?

Aベストアンサー

ナショジオのインタビューを引用

何故エネルギーがトップクォークより小さいのに
発見が後になったのかという質問に対する
東大の小林教授の回答です。

「確かに、一般的には質量が大きい素粒子ほど
加速器内ではできにくくなります。
ヒッグス粒子のほうが質量は小さい。
しかし、トップクォークとヒッグス粒子は
相互作用の大きさが異なります。
繰り返しになりますが、加速器内での陽子衝突で
素粒子を発生させる場合、トップクォークより
ヒッグス粒子のほうが
できにくいということがその理由です。」

Q粒子同士の衝突について

こんにちは、
粒子同士が衝突した場合、元のエネルギー、運動量は保存されるでしょうか?

Aベストアンサー

 運動量は保存されますが、運動エネルギーは保存されません。

 運動エネルギーに限らず、熱、光、音、質量、その他のエネルギーまですべて合わせれば、エネルギーの総量は保存されます。

 運動エネルギーが保存されるのであれば、クッションなどによる衝突時の衝撃量の吸収ができなくなります。クッションなどの吸収材は、運動エネルギーを内部に分散させて摩擦力による熱エネルギーなどに変えることにより、運動エネルギー(速度の2乗に比例)を小さくします。


 何故運動量が保存されるかについては、他の質問に回答した下記の内容を参照ください。

**************************

 力と加速度の関係が、物体に働く力をF(ニュートン)、物体の質量をm(kg)、加速度をa(m/s^2)として

   F=ma   (1)

と書けますよね。これは「運動方程式」と呼ばれるものです。

 加速度は、「速度(速さ)の時間変化」ですので、時間 ΔT (s)あたりの速度変化 Δv(m/s) とすると

   a= Δv/ΔT   (2)

です。これを(1)に代入すれば、

   F=ma=m× Δv/ΔT

よって

   F × ΔT = m × Δv= Δ(mv)   (3)

これは「力積」と言われるものですね。「力Fが時間ΔTだけ働くと、それによって運動量がΔ(mv)だけ変化する」ということです。

 つまり「外から力が働かなければ(F=0)、(3)から運動量 mv の変化はゼロ、つまり運動量は変化しない(=保存される)」ということです。
 衝突などの「外から力が働かない、閉じた系の内力だけの運動」では、外力Fがゼロなので、その系の中では運動量が保存されるということです。

************************

 運動量は保存されますが、運動エネルギーは保存されません。

 運動エネルギーに限らず、熱、光、音、質量、その他のエネルギーまですべて合わせれば、エネルギーの総量は保存されます。

 運動エネルギーが保存されるのであれば、クッションなどによる衝突時の衝撃量の吸収ができなくなります。クッションなどの吸収材は、運動エネルギーを内部に分散させて摩擦力による熱エネルギーなどに変えることにより、運動エネルギー(速度の2乗に比例)を小さくします。


 何故運動量が保存されるかについては、他...続きを読む


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