Dlaczego czarne dziury mają pozytywną energię?

Jak Hawking mógł dojść do wniosku „[...] a czarne dziury mają energię dodatnią . Właśnie dlatego pusta przestrzeń jest stabilna. Ciała takie jak gwiazdy lub czarne dziury nie mogą po prostu pojawić się z niczego. Ale cały wszechświat może.”? Byłoby dla mnie sensowne, gdyby czarna dziura miała ujemną energię.

Cytat z książki The Grand Design , strona 180:

Jeśli całkowita energia wszechświata musi zawsze pozostać zerowa, a stworzenie ciała kosztuje, to jak można stworzyć cały wszechświat z niczego? Dlatego musi istnieć prawo takie jak grawitacja. Ponieważ grawitacja jest atrakcyjna, energia grawitacyjna jest ujemna: należy rozdzielić układ związany grawitacyjnie, taki jak Ziemia i Księżyc. Ta energia ujemna może zrównoważyć energię dodatnią potrzebną do stworzenia materii, ale nie jest to takie proste. Na przykład ujemna energia grawitacyjna Ziemi jest mniejsza niż jedna miliardowa dodatniej energii cząstek materii, z których zbudowana jest Ziemia. Ciało takie jak gwiazda będzie miało więcej ujemnej energii grawitacyjnej, a im jest ona mniejsza (im bliżej są jej różne części), tym większa będzie ta ujemna energia grawitacyjna. Ale zanim stanie się większa niż dodatnia energia materii, gwiazda zapadnie się w czarną dziurę, a czarne dziury będą miały energię dodatnią. Dlatego pusta przestrzeń jest stabilna. Ciała takie jak gwiazdy lub czarne dziury nie mogą po prostu pojawić się z niczego. Ale cały wszechświat może.

Aby to zrozumieć, musisz zrozumieć, co to znaczy mieć negatywną lub pozytywną energię.

Zgodnie z przykładem podanym w tekście przyciąganie grawitacyjne Ziemi i Księżyca jest układem o energii ujemnej. To dlatego, że wymaga to energetycznie wejście cofnąć system. Trzeba wywierać energię, aby je rozdzielić, co wymaga włożenia energii do systemu, aby ją rozdzielić.

Jednak materia obejmująca Ziemię jest całą energią dodatnią. Możesz uzyskać energię wyjściową z tej materii, a zatem musi być ona dodatnia. Przykładem energii wyjściowej może być wspomaganie grawitacyjne wokół Ziemi, rozpad radioaktywny materiałów jądrowych na Ziemi lub anihilacja cząstek Ziemi przez antymaterię. Każdy proces obejmujący interakcję materii wytwarzającą energię w postaci ciepła / światła / czegokolwiek, co zabiera tę energię z materii Ziemi i reprezentuje energię wyjściową. Zauważ, że energia w materii może przybierać różne formy, takie jak ciepło, ruch lub po prostu energia wewnętrzna zawarta w materii (poprzez słynny$E=mc^2$ równanie)

Czarna dziura, podobnie jak Ziemia, składa się po prostu z materii (choć w jakiejś nieznanej formie w osobliwości) i jako taka energia może być wydobywana z tej materii, co czyni ją układem z energią dodatnią.

Powodem jest twierdzenie o energii dodatniej w GR. Zobacz, dla krótkiego konta jakościowego, wikipedia.

Prawdopodobnie jest trochę zbyt zaawansowany, aby wyjaśnić w „The Grand Design”.