Чи можна зробити чорну діру з одним або двома атомами?

Тож я спостерігав щось, що говорило

якби ми стиснули Землю розміром з арахіс: ми отримали б чорну діру;

якщо ми стиснули Еверест на кілька нанометрів; у нас вийде чорна діра.

Чи можна зробити чорну діру з одним або двома атомами? Якщо так, чи стане вона більше і перетвориться на чорну діру нормального розміру?

black-hole

— Бредлі
джерело

Аналогічне запитання тут: astronomy.stackexchange.com/questions/12466/… При масі пари атомів ви стикаєтеся з проблемою квантової гравітації, яка не вирішена.

— користувачLTK

Це безглузде і бідне питання. Динаміка атомів описується квантовою механікою, тоді як чорні діри - це передбачення класичної (неквантної) теорії.

— Вальтер

@Walter Той факт, що ми не розробили теорію, необхідну для відповіді на запитання, не робить це питання "безглуздим" або "бідним". Справді, кожен прогрес, який коли-небудь робився в теорії, робився тому, що хтось задав питання, на яке тодішня сучасна теорія не змогла відповісти.

— Девід Річербі

@DavidRicherby Я не погоджуюся з повагою. Правильна відповідь на це питання (крім "Так і ні" :-)) полягає в тому, що це не добре сформоване питання.

— Карл Віттофт

@CarlWitthoft Сказавши, що це не добре сформоване питання, це добре. Моє заперечення було сказати, що це безглуздо і погано лише тому, що у нас немає теорії квантової гравітації.

— Девід Річербі

Відповіді:

Є дві відповіді: так і ні.

Так, тому що кожна маса M має радіус Шварцшильда, заданий (де G - гравітаційна константа (приблизно а c - швидкість світла (близько 300 000 000 ). Якщо щось стискається до його радіуса Шварцшильда, воно стає чорною дірою. Це можна зробити для атома. Атом вуглецю (наприклад) має масу тож його радіус дорівнює $\frac{2GM}{c^2}$ $6.7\times10^{-11}$ $\mathrm{m/s}$ $2\times10^{-26}\mathrm{kg}$

\frac{2 \times (6.7 \times 10^{- 11}) \times (2 \times 10^{- 26})}{300000 000^{2}} \approx 3 \times 10^{- 53} m e t r e s

$\frac{2\times (6.7\times10^{-11})\times (2\times10^{-26})}{300 000 000^2}\approx 3\times10^{-53}\ \mathrm{metres}$

Отже, фактична відповідь - ні, оскільки немає можливого способу стиснення атома до такого розміру. Тут важливим є той факт, що цей розмір настільки малий, що предмети цього маленького поводяться не як маленькі кульки, а як квантові механічні об'єкти. Але чорна діра - це гравітаційний об’єкт, змодельований загальною відносністю, і відносність та квантова механіка не працюють добре разом. Іншими словами, у нас немає наукової моделі для опису того, як поводитиметься чорна діра атомної маси.

Стівен Хокінг показав, що маленькі чорні діри нестабільні, тому чорна діра атомної маси була б дуже нестабільною, випаровуючись за дуже короткий час.

— Джеймс К
джерело

Чи не існує трохи перехідної властивості, яка застосовується тут? Невже у "звичайній" чорній дірі все не так стиснене, що рівні атоми потрапляють у радіус Шварцшильда?

— Девід каже, що повернеться до Моніки

Чи насправді Стівен Хокінг не запропонував механізм, за допомогою якого маленькі чорні діри були б нестабільними та випаровувались? Можна довести, що цей механізм відповідає теорії, але це не доводить, що воно насправді відбувається.

— Девід Річербі

@DavidRicherby Так, і Ейнштейн запропонував механізм, за допомогою якого маси притягуються один до одного. Це все теорія. Ніхто безпосередньо не спостерігав чорну діру. Але Чорні діри та випромінювання Хокінга загальноприйняті.

— Джеймс К

Оскільки це значення становить приблизно довжини Планка, це майже виключає частину "так"

10^{- 18}

$10^{-18}$

— Карл Віттофт

Я думаю, що відповідь - ні .

Якщо ми спробуємо стиснути ці атоми, ми опинимося (зрештою) з ядрами досить близько, щоб бути змушеними плавитись. Злиття означало б, що ми сформували єдине ядро.

Цей етап неминучий.

Отже, питання про два атоми тепер зводиться до того, чи може одне ядро утворювати чорну діру? .

Ядро - це якась складна суміш кварків-глюонів, і якщо ми стискаємо її більше, то в кінцевому підсумку виходить дуже щільна версія тієї, яку у нас фізики в основному не має, щоб правильно моделювати.

Надзвичайно малоймовірно, що звичайна загальна відносність може бути застосована до чогось такого, що буде таким малим, що насправді менше, ніж ми думаємо, ми можемо застосувати квантову теорію. І щільність енергії, що бере участь у цій точці, була б такою високою, що наші сучасні теорії вже не мають сенсу. Для цього нам потрібна квантова теорія сили тяжіння, і у нас немає такої, яка б працювала досить добре. Насправді ми навіть не впевнені, що квантова теорія сили тяжіння дозволила б нам перейти до таких малих масштабів високої енергії - навіть це невідомо.

Значить, ми знаходимося в незвіданих водах.

То чому «ні»?

Ну а щоб примусити таке стиснення ядра, нам доведеться застосувати енергію до дуже невеликої області простору - меншої, ніж ми думаємо, що це можливо зробити через наслідки принципу невизначеності. Простіше кажучи, поза деяким моментом ми не зможемо одночасно сказати, де знаходиться ядро і як швидко воно рухається. Не можна було б обмежитися меншим регіоном. Це станеться задовго до того, як ми досягнемо радіуса Шварцшильда, приблизно по довжині Планка .

Як видно з відповіді @ James-K, радіус Шварцшильда становить приблизно ^10–53 м, але довжина Планка на 18 порядків більша приблизно на ^10–35 м.

Тож ми не могли реально обмежитися і стиснути своє ядро на достатньо малому просторі, щоб коли-небудь досягти його розміру чорної діри.

Тепер ми можемо зробити загальне твердження про те, що нова теорія може забезпечити певну лазівку, яка дозволяє нам обійти це, але це здається малоймовірним, оскільки ми очікуємо, що нова теорія відтворить більшість того, що ми вже знаємо в тих межах. Важко уявити принцип невизначеності "відходить", тому я не бачу цього шляху.

Існує недоведена можливість так.

Квантова теорія гравітації , яка працює може (повтор міць або не може ) знайти що сила тяжіння при цьому шкала змінює свій характер і дозволяє формувати горизонти подій на великих розмірах , ніж ми в даний час очікуємо таких діапазонів мас-енергії.

Але нам не вистачає доказів, які б підтверджували цю ідею, і я не перетворять "ні" на "можливо так", просто щоб забезпечити місце для будь-якої дикої ідеї. Це наукова фантастика, а не наука.

— StephenG
джерело

MathJax не показує подібні одиниці ... mбув відформатований як змінна.

— JDługosz

Невелике доповнення до відповідей вище (мені подобається відповідь по довжині Планка). Думалося, що теоретично все-таки можна зробити дуже маленькі чорні діри в CERN, але ця теорія вимагає наявності додаткових вимірів . Оскільки чорних дір не спостерігалося, теорія додаткових розмірів (на дуже малих масштабах) спричинила хіт.

Навіть якщо ці чорні діри вдасться створити, вони, як передбачається, випаруються дуже швидко. (мільярд мільярдної частини мільярдної частини секунди), але навіть ця швидкість занепаду повинна бути помітна. Жодного не помітили.

Варто також запитати, чи CERN розбиває два протони разом дуже швидко, і якщо це робить чорну діру (теоретично), як, наприклад, зробити вигляд, що це можливо. . . Чи справді ця теоретична чорна діра складатиметься з двох протонів або вона складається з двох протонів та кінетичної енергії 14 ТеВ плюс? Я думаю, що точніше сказати, що така чорна діра справді створена з кінетичної енергії, а не самих атомів.

Дехто може назвати це розщеплення волосся на коті Шродінгера, але я думаю, що це важливий момент. Величезна кінетична енергія зіткнення майже на швидкій швидкості, можливо, зможе створити мікро чорну діру, і в цьому випадку саме кінетичну енергію слід називати первинним інгредієнтом, а не атомами.

— userLTK
джерело

Цікавий спосіб його погляду.

— StephenG

Ідея теорій із додатковими розмірами полягає в тому, що існують додаткові розміри простору (4-й, 5-й тощо), які дуже малі, і як наслідок, гравітація набагато сильніша в масштабах, менших за розмір цих додаткових розмірів. Це зводить шкалу Планка (енергію) до енергій, доступних на колайдерах, таких як LHC.

— Андре Хольцнер