{"id":6261,"date":"2016-03-31T11:46:54","date_gmt":"2016-03-31T11:46:54","guid":{"rendered":"https:\/\/wp.rinconeducativo.org\/?recursos=que-son-las-radiaciones-tipo-hawking"},"modified":"2024-12-13T12:46:16","modified_gmt":"2024-12-13T11:46:16","slug":"que-son-radiaciones-tipo-hawking","status":"publish","type":"re_recurso","link":"https:\/\/rinconeducativo.org\/es\/recursos-educativos\/que-son-radiaciones-tipo-hawking\/","title":{"rendered":"\u00bfQue son las radiaciones tipo Hawking?"},"content":{"rendered":"\n

Se habla muy a menudo de la radiaci\u00f3n de Hawking, y muchas veces se dan explicaciones heur\u00edsticas que aunque capturan parte de la pel\u00edcula no la cuentan entera.   Os propongo una serie de entradas donde profundizaremos en este mundo de la radiaci\u00f3n Hawking y sus equivalentes en distintos campos.  Nuestro paseo ir\u00e1 por los siguientes rincones:<\/p>\n\n\n\n

1.- Discusi\u00f3n del vac\u00edo cu\u00e1ntico.  Este es el elemento esencial en toda la discusi\u00f3n sobre la radiaci\u00f3n Hawking, as\u00ed que hay que dedicarle un rato.
2.- Creaci\u00f3n de part\u00edculas en situaciones \u201cnormales\u201d.  En este punto nos detendremos a explicar que hay efectos tipo Hawking debidos a que hay observadores acelerados en un espaciotiempo donde hemos apagado la gravedad, el espaciotiempo plano de la relatividad especial.<\/p>\n\n\n\n

3.-La propia radiaci\u00f3n Hawking.  S\u00ed, en una serie de entradas sobre la radiaci\u00f3n Hawking parece de recibo que hablemos de ella.  En esta entrada daremos y justificaremos, con algunas f\u00f3rmulas en caso de ser necesario, la derivaci\u00f3n de la radiaci\u00f3n Hawking y la aparici\u00f3n de flujos de energ\u00eda positiva y energ\u00eda negativa.  S\u00ed he dicho energ\u00edanegativa, veremos a ver como se come eso.  Por supuesto, ya que estamos divulgando, explicaremos la famosa imagen divulgativa de la creaci\u00f3n de pares de part\u00edcula\/antipart\u00edcula, en la que una cae y la otra sale del agujero negro.  Veremos que la historia que nos suelen contar no est\u00e1 mal pero no es la completa. Adem\u00e1s discutiremos sobre los elementos esenciales de la radiaci\u00f3n de Hawking y veremos con sorpresa que la gravedad pinta poco, la gravedad solo es una motivaci\u00f3n, pero no es el motivo esencial.
4.-Radiaci\u00f3n tipo Hawking en contexto cosmol\u00f3gico.  Hist\u00f3ricamente, la radiaci\u00f3n de Hawking fue introducida en un universo en expansi\u00f3n en el que se creaban part\u00edculas.  Pues nada, nos pondremos a discutir esto, especialmente las aportaciones de Leonard Parker.
5.-Por \u00faltimo veremos qu\u00e9 sentido tienen las propuestas de simular radiaci\u00f3n Hawking en el laboratorio.  Los modelos an\u00e1logos de agujeros negros son sencillos de entender y muy instructivos.<\/p>\n\n\n\n

El objetivo principal es el de aclarar muchos conceptos, y algunos malentendidos, sobre este interesant\u00edsimo fen\u00f3meno. Espero que se suscite una interesante discusi\u00f3n al respecto ya que en esta casa hay muchos miembros muy preparados para aportar interesantes puntos de vista.<\/p>\n\n\n\n

\u00bfQu\u00e9 tal si empezamos por el vac\u00edo cu\u00e1ntico?<\/h2>\n\n\n\n

La mec\u00e1nica cu\u00e1ntica nos dice que los sistemas que estudia pueden tener distintos estados y que en muchas circunstancias estos estados est\u00e1n organizados en niveles de energ\u00eda discretos.  Tal vez por eso asociamos cu\u00e1ntico a discreto cuando no es totalmente acertada esta asociaci\u00f3n.  En realidad un electr\u00f3n libre, por poner un ejemplo, un electr\u00f3n que no interact\u00faa con nada puede tener cualquier energ\u00eda, ah\u00ed no hay discretizaci\u00f3n de la energ\u00eda que valga.  Sin embargo, el mismo electr\u00f3n, si se encuentra con un prot\u00f3n y forman un \u00e1tomo de Hidr\u00f3geno, el sistema adquiere niveles de energ\u00eda discretos.<\/p>\n\n\n\n

En la figura se ven los niveles de energ\u00eda del hidr\u00f3geno a la derecha y las \u00f3rbitas que corresponder\u00edan al electr\u00f3n en un modelo semicl\u00e1sico del hidr\u00f3geno, donde el electr\u00f3n est\u00e1 dando vueltas alrededor del prot\u00f3n, (en realidad son las distancias donde es m\u00e1s probable encontrar al electr\u00f3n en cada uno de los niveles de energ\u00eda).<\/p>\n\n\n\n

Lo que hay que tener en mente es que en mec\u00e1nica cu\u00e1ntica existe una exigencia indiscutible:<\/p>\n\n\n\n

Todo sistema cu\u00e1ntico ha de tener una energ\u00eda m\u00ednima bien definida.  Esta energ\u00eda m\u00ednima identifica en sistemas como los \u00e1tomos el nivel fundamental del sistema.<\/p>\n\n\n\n

Pero no solo de part\u00edculas vive la cu\u00e1ntica, de hecho casi nunca vive de ellas en sentido estricto, sino que tambi\u00e9n tenemos campos.  Un campo es una asignaci\u00f3n de una determinada propiedad f\u00edsica a cada punto del espacio.  El campo el\u00e9ctrico no es m\u00e1s que una asignaci\u00f3n de un vector a cada punto del espacio.  El vector tendr\u00e1 un m\u00f3dulo, que representa la intensidad del campo en ese punto, y una direcci\u00f3n y un sentido.<\/p>\n\n\n

\n
\"\"<\/figure>\n<\/div>\n\n\n

Esta es la visi\u00f3n cl\u00e1sica.<\/p>\n\n\n\n

Si introducimos una visi\u00f3n cu\u00e1ntica del campo ocurren dos cosas:<\/p>\n\n\n\n

El campo tiene una serie de estados permitidos y un valor m\u00ednimo de su energ\u00eda.<\/p>\n\n\n\n

El campo se puede interpretar como un sistema en el que aparecen part\u00edculas asociadas al campo.  Cada campo, tiene part\u00edculas propias asociadas con su masa, cargas, esp\u00edn, etc.<\/p>\n\n\n\n

En definitiva, en teor\u00eda cu\u00e1ntica de campos, la versi\u00f3n cu\u00e1ntica de la teor\u00eda de campos, hay una indisoluble relaci\u00f3n entre un campo y sus part\u00edculas asociadas.  Por ejemplo, el campo electromagn\u00e9tico a nivel cu\u00e1ntico est\u00e1 asociado a la presencia de fotones, que son sus part\u00edculas asociadas.<\/p>\n\n\n\n

Es importante remarcar lo siguiente:<\/p>\n\n\n\n

\n

Esta interpretaci\u00f3n de los campos cu\u00e1nticos en t\u00e9rminos de part\u00edculas solo tiene pleno sentido en teor\u00edas en las que el espaciotiempo es plano, es decir, en teor\u00edas en las que no se considera que exista la gravedad.<\/p>\n<\/blockquote>\n\n\n\n

Como buenos sistemas cu\u00e1nticos los campos tienen un estado de  valor m\u00ednimo de la energ\u00eda, en la visi\u00f3n en t\u00e9rminos de part\u00edculas este estado es el que no contiene ninguna part\u00edcula asociada al campo.  Por ese motivo, a este estado se le denomina el vac\u00edo del campo y se le representa por\"|0\\rangle\"  .<\/p>\n\n\n\n

\u00bfQu\u00e9 quiere decir que el vac\u00edo no contenga part\u00edculas?<\/h2>\n\n\n\n

Cuando se dice que el vac\u00edo, no contiene part\u00edculas y est\u00e1 en el m\u00ednimo de energ\u00eda del campo queremos decir justamente eso.  Que si medimos dicho estado no encontraremos part\u00edculas y la energ\u00eda de dicho estado ser\u00e1 la m\u00ednima posible, en campos usuales podemos decir que tienen energ\u00eda nula en su estado de vac\u00edo (aunque esta afirmaci\u00f3n tiene mucha miga).<\/p>\n\n\n\n

Pero, como la cu\u00e1ntica es malvada y maquiav\u00e9lica, cuando no estamos midiendo el vac\u00edo este puede estar haciendo cualquier cosa.  En principio puede tener fluctuaciones de energ\u00eda de tal forma que podemos interpretar, en t\u00e9rminos de part\u00edculas, que se crean pares de part\u00edculas\/antipart\u00edculas (porque las cargas se tienen que compensar y una part\u00edcula y su antipart\u00edcula tienen cargas opuestas).   As\u00ed que, estas flutuaciones aparecen y desaparecen en el vac\u00edo tanto m\u00e1s r\u00e1pido como energ\u00eda tenga el par creado.  Lo que nos asegura la cu\u00e1ntica es que no vamos a ver estas fluctuaciones as\u00ed tan f\u00e1cil.<\/p>\n\n\n\n

Podemos representar esto con un diagrama de Feynman:<\/p>\n\n\n

\n
\"\"<\/figure>\n<\/div>\n\n\n

El vac\u00edo no tiene nada pero se crea un par, la parte superior de la curva es una part\u00edcula y la inferior una antipart\u00edcula o viceversa, y luego desaparecen en el vac\u00edo.<\/p>\n\n\n\n

En este diagrama lo \u00fanico que hay que entender es que el c\u00edrculo representa un par de part\u00edcula\/antipart\u00edcula, que aparece y desaparece en el vac\u00edo como se explica en la descripci\u00f3n de la figura.<\/p>\n\n\n\n

\u00bfPodemos ver estas fluctuaciones descritas como creaci\u00f3n de pares?<\/h2>\n\n\n\n

La respuesta es s\u00ed.  Basta con aplicar un campo el\u00e9ctrico muy grande a un estado de vac\u00edo de un campo.  Dado que el vac\u00edo es neutro los pares de part\u00edcula antipart\u00edcula que se crean en las fluctuaciones del vac\u00edo tendr\u00e1n cargas el\u00e9ctricas opuestas.  Si enchufamos un campo el\u00e9ctrico muy grande veremos como aparecen part\u00edculas del vac\u00edo.  Esto que parece ciencia ficci\u00f3n es un efecto conocido como efecto Schwinger.  Podemos representarlo con este diagrama de Feynman:<\/p>\n\n\n

\n
\"\"<\/figure>\n<\/div>\n\n\n

El campo el\u00e9ctrico intenso separa las part\u00edculas del par y cede la energ\u00eda necesaria para que estas pasen a la existencia.  El campo el\u00e9ctrico cede la energ\u00eda necesaria al vac\u00edo para que escupa dichas part\u00edculas que salen literalmente de la nada (enti\u00e9ndase que es una licencia po\u00e9tica).<\/p>\n\n\n\n

Hay otros efectos que ponen de manifiesto la estructura del vac\u00edo:<\/p>\n\n\n\n

    \n
  • Efecto Casimir.<\/li>\n\n\n\n
  • Efecto Lamb.<\/li>\n\n\n\n
  • La masa de los protones y neutrones.<\/li>\n<\/ul>\n\n\n\n

    El cambio en los valores de las constantes de acoplo de las interacciones fundamentales.
    Otros efectos.<\/p>\n\n\n\n

    Esta lista solo es para que los interesados busquen por la Naukas o por la red para enterarse de qu\u00e9 va esto.<\/p>\n\n\n\n

    Una curiosidad fundamental del vac\u00edo<\/h2>\n\n\n\n

    Si estamos en un mundo donde no hay gravedad, el espaciotiempo es plano, y tenemos varios observadores que se mueven en l\u00ednea recta y a velocidad constante y uno de ellos determina que el estado de un determinado campo es el vac\u00edo todos los dem\u00e1s coincidir\u00e1n con \u00e9l.<\/p>\n\n\n\n

    \"\"<\/figure>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

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