Czy mogę zrobić czarną dziurę z jednym lub dwoma atomami?

Więc oglądałem coś, co mówi

gdybyśmy skompresowali Ziemię do rozmiaru orzeszka ziemnego: otrzymalibyśmy czarną dziurę;

jeśli skompresowalibyśmy Mount Everest do kilku nanometrów; dostalibyśmy czarną dziurę.

Czy mogę zrobić czarną dziurę z jednym lub dwoma atomami? Jeśli tak, czy stałby się większy i przekształciłby się w czarną dziurę normalnej wielkości?

black-hole

— Bradley
źródło

Podobne pytanie tutaj: astronomy.stackexchange.com/questions/12466/... Na masę kilku atomów napotykasz problem grawitacji kwantowej, który nie został rozwiązany.

— userLTK

To bezsensowne i słabe pytanie. Dynamikę atomów opisuje mechanika kwantowa, podczas gdy czarne dziury są prognozą klasycznej (nie kwantowej) teorii.

— Walter,

@ Walter Fakt, że nie opracowaliśmy teorii potrzebnej do udzielenia odpowiedzi na pytanie, nie powoduje, że pytanie to jest „bez znaczenia” lub „słabe”. Rzeczywiście, dokonano wszelkich postępów w teorii, ponieważ ktoś zadał pytanie, na które ówczesna teoria nie była w stanie odpowiedzieć.

— David Richerby,

@DavidRicherby Nie zgadzam się z szacunkiem. Prawidłowa odpowiedź na to pytanie (inne niż „Tak i Nie” :-)) jest taka, że nie jest to dobrze sformułowane pytanie.

— Carl Witthoft

@CllWitthoft Powiedzenie, że to nie jest dobrze sformułowane pytanie, jest w porządku. Miałem zastrzeżenie, aby powiedzieć, że jest bez znaczenia i ubogie tylko dlatego, że nie mamy teorii grawitacji kwantowej.

— David Richerby

Odpowiedzi:

Istnieją dwie odpowiedzi: tak i nie.

Tak, ponieważ każda masa M ma promień Schwarzschilda podany przez (gdzie G jest stałą grawitacyjną (około ic jest prędkością światła (około 300 000 000 ). Jeśli coś zostanie skompresowane do jego promienia Schwarzschilda, staje się czarną dziurą. Możesz to zrobić dla atomu. Na przykład atom węgla ma masę więc jego promień Schwartzschilda wynosi $\frac{2GM}{c^2}$ $6.7\times10^{-11}$ $\mathrm{m/s}$ $2\times10^{-26}\mathrm{kg}$

\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

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

Tak więc rzeczywista odpowiedź brzmi „ nie”, ponieważ nie ma realnego sposobu na skompresowanie atomu do tego rozmiaru. Ważne jest tutaj to, że ten rozmiar jest tak mały, że tak małe obiekty nie zachowują się jak małe kulki, ale jako obiekty mechaniki kwantowej. Ale czarna dziura to obiekt grawitacyjny modelowany przez ogólną teorię względności, a teoria względności i mechanika kwantowa nie działają dobrze razem. Innymi słowy, nie mamy naukowego modelu opisującego, jak zachowa się czarna dziura o masie atomowej.

Stephen Hawking wykazał, że małe czarne dziury są niestabilne, więc czarna dziura o masie atomowej byłaby bardzo niestabilna, odparowując w bardzo krótkim czasie.

— James K.
źródło

Czy nie ma tu czegoś takiego jak własność przechodnia? Czy w „normalnej” czarnej dziurze nie wszystko jest tak skompresowane, że nawet atomy uderzają w promień Schwarzschilda?

— David mówi Przywróć Monikę

Czy Stephen Hawking w rzeczywistości nie zaproponował mechanizmu, dzięki któremu małe czarne dziury byłyby niestabilne i wyparowały? Można udowodnić, że ten mechanizm jest zgodny z teorią, ale to nie dowodzi, że tak naprawdę się dzieje.

— David Richerby 16.04.17

@DavidRicherby Tak, a Einstein zaproponował mechanizm przyciągania się mas. To wszystko teoria. Nikt nie zaobserwował bezpośrednio czarnej dziury. Ale czarne dziury i promieniowanie Hawkinga są ogólnie akceptowane.

— James K

Ponieważ wartość ta wynosi w przybliżeniu długości Plancka, to w zasadzie wyklucza część „tak”

10^{- 18}

$10^{-18}$

— Carl Witthoft

Myślę, że odpowiedź brzmi „ nie” .

Jeśli spróbujemy skompresować te atomy, ostatecznie (w końcu) jądra będą wystarczająco blisko, aby zostać zmuszonym do stopienia się. Fuzja oznaczałaby, że utworzyliśmy jedno jądro.

Ten etap jest nieunikniony.

Więc pytanie o dwa atomy sprowadza się teraz do tego, czy pojedyncze jądro może tworzyć czarną dziurę? .

Jądro jest rodzajem złożonej mieszanki kwarkowo-gluonowej i jeśli ściśniemy go bardziej, otrzymamy bardzo gęstą wersję tego, którego właściwie nie mamy fizyki do prawidłowego modelowania.

Jest bardzo mało prawdopodobne, że konwencjonalną ogólną teorię względności można zastosować do czegoś, co będzie tak małe, że w rzeczywistości jest mniejsze niż uważamy, że możemy zastosować teorię kwantową. A gęstość energii związana z tym punktem byłaby tak wysoka, że nasze obecne teorie nie mają już sensu. Potrzebujemy do tego kwantowej teorii grawitacji i nie mamy takiej, która działa wystarczająco dobrze. W rzeczywistości nie jesteśmy nawet pewni, czy kwantowa teoria grawitacji pozwoliłaby nam przejść do tak małych skal o wysokiej energii - nawet to jest nieznane.

Jesteśmy na nieznanych wodach.

Dlaczego więc „nie”?

Cóż, aby wymusić taką kompresję jądra, musielibyśmy przyłożyć energie do bardzo małego obszaru przestrzeni - mniejszego, niż uważamy za możliwe, ze względu na konsekwencje zasady nieoznaczoności. Mówiąc prościej, poza pewnym punktem nie bylibyśmy w stanie jednocześnie powiedzieć, gdzie jest jądro i jak szybko się porusza. Niemożliwe byłoby ograniczenie się do mniejszego regionu. Stałoby się to na długo przed osiągnięciem promienia Schwarzschilda, na długości około Plancka .

Jak widać z odpowiedzi @ James-K, promień Schwarzschilda wynosi około ^10-53 m, ale długość Plancka jest o 18 rzędów wielkości większa na około ^10-35 m.

Nie mogliśmy więc realistycznie ograniczyć i ściśnąć naszego jądra na wystarczająco małej przestrzeni, aby kiedykolwiek osiągnąć rozmiar czarnej dziury.

Teraz możemy sformułować ogólne stwierdzenie typu catch-all, że nowa teoria może zapewnić pewną lukę, która pozwoli nam to obejść, ale wydaje się to mało prawdopodobne, ponieważ spodziewalibyśmy się, że nowa teoria odtworzy większość tego, co już wiemy na tych granicach. Trudno wyobrazić sobie, że zasada nieoznaczoności „odchodzi”, więc nie widzę rozwiązania tego problemu.

Istnieje niesprawdzona możliwość tak.

Kwantowa teoria grawitacji, która działa siła (powtarzanie moc lub może nie ) okaże się, że grawitacja na to skala zmienia swój charakter i pozwala na to, aby tworzyć horyzontów zdarzeń, przy większych rozmiarach niż my obecnie oczekiwać takich zakresach masa energii.

Ale brakuje nam dowodów na poparcie tego pomysłu i nie zamienię „nie” na „może tak” po prostu, aby dać miejsce na szalony pomysł. To science fiction, nie nauka.

— StephenG
źródło

MathJax nie pokazuje takich jednostek… mzostał sformatowany jako zmienna.

— JDługosz

Mały dodatek do powyższych odpowiedzi (podoba mi się odpowiedź Plancka). Sądzono, że teoretycznie możliwe będzie wykonanie bardzo małych czarnych dziur w CERN-ie, ale teoria ta wymagała dodatkowych wymiarów . Ponieważ nie zaobserwowano żadnych czarnych dziur, teoria dodatkowych wymiarów (w bardzo małych skalach) odniosła sukces.

Nawet jeśli te czarne dziury mogłyby zostać utworzone, przewiduje się, że bardzo szybko wyparują. (miliardowa część miliardowej części miliardowej sekundy), ale nawet ten wskaźnik rozkładu powinien być zauważalny. Żadnych nie zauważono.

Warto również zapytać, czy CERN rozbija dwa protony naprawdę bardzo szybko, a jeśli to czyni czarną dziurę (teoretycznie), tak jak w, udawaj, że jest to możliwe. . . Czy ta teoretyczna czarna dziura naprawdę składałaby się z dwóch protonów, czy składa się z dwóch protonów i 14 TeV plus energii kinetycznej? Myślę, że dokładniej jest powiedzieć, że taka czarna dziura naprawdę powstaje z energii kinetycznej, a nie z samych atomów.

Niektórzy mogą nazwać to rozszczepiającymi włosy kota Schrodingera, ale myślę, że to ważna kwestia. Ogromna energia kinetyczna zderzenia z prędkością bliską prędkości światła może być w stanie stworzyć mikro czarną dziurę, aw takim przypadku to energię kinetyczną należy nazwać głównym składnikiem, a nie atomami.

— userLTK
źródło

Ciekawy sposób na to spojrzeć.

— StephenG

Idea teorii z dodatkowymi wymiarami polega na tym, że istnieją dodatkowe (4, 5 itd.) Wymiary przestrzeni, które są bardzo małe, w związku z czym grawitacja jest znacznie silniejsza w skalach mniejszych niż wielkość tych dodatkowych wymiarów. Sprowadza to skalę Plancka (energii) do energii dostępnych w zderzaczach, takich jak LHC.

— Andre Holzner