ฉันสามารถสร้างหลุมดำด้วยอะตอมหนึ่งหรือสองอะตอมได้หรือไม่?

ดังนั้นฉันจึงดูสิ่งที่กล่าว

ถ้าเราอัดโลกให้เท่ากับขนาดของถั่ว: เราจะได้หลุมดำ

ถ้าเราบีบ Mount Everest ให้เป็นนาโนเมตร เราจะได้หลุมดำ

ฉันสามารถสร้างหลุมดำด้วยอะตอมหนึ่งหรือสองอะตอมได้หรือไม่? ถ้าใช่มันจะใหญ่ขึ้นและเปลี่ยนเป็นหลุมดำขนาดปกติหรือไม่

black-hole

คำถามที่คล้ายกันที่นี่: astronomy.stackexchange.com/questions/12466/… เมื่อมวลอะตอมคู่คุณพบปัญหาแรงโน้มถ่วงควอนตัมซึ่งยังไม่ได้แก้

— userLTK

นี่เป็นคำถามที่ไร้ความหมายและไม่ดี พลศาสตร์ของอะตอมอธิบายโดยกลศาสตร์ควอนตัมในขณะที่หลุมดำเป็นการทำนายของทฤษฎีคลาสสิก (ไม่ใช่ควอนตัม)

— วอลเตอร์

@Walter ความจริงที่ว่าเราไม่ได้พัฒนาทฤษฎีที่จำเป็นในการตอบคำถามไม่ได้ทำให้คำถามนั้น "ไร้ความหมาย" หรือ "ไม่ดี" อันที่จริงแล้วทุก ๆ สิ่งที่เคยทำในทางทฤษฎีได้เกิดขึ้นเพราะใครบางคนถามคำถามที่ทฤษฎีปัจจุบันนั้นไม่สามารถตอบคำถามได้

— David Richerby

@ DavidRicherby ฉันไม่เห็นด้วยอย่างเคารพ คำตอบที่ถูกต้องสำหรับคำถามนี้ (นอกเหนือจาก "ใช่และไม่ใช่" :-)) คือไม่ใช่คำถามที่มีรูปแบบที่ถูกต้อง

— Carl Witthoft

@CarlWitthoft บอกว่าไม่ใช่คำถามที่มีรูปแบบที่ถูกต้อง ข้อคัดค้านของฉันคือการบอกว่ามันไร้ความหมายและไม่ดีเพียงเพราะเราไม่มีทฤษฎีแรงโน้มถ่วงควอนตัม

— David Richerby

คำตอบ:

มีสองคำตอบคือใช่และไม่ใช่

ใช่เพราะมวล M ทุกตัวมีรัศมี Schwarzschild ที่กำหนดโดย (โดยที่ G คือค่าความโน้มถ่วงคงที่ (ประมาณและ c คือความเร็วของแสง (ประมาณ 300,000 000) ) หากบางสิ่งถูกบีบอัดไปยังรัศมี Schwarzschild ของมันจะกลายเป็นหลุมดำคุณสามารถทำสิ่งนี้เพื่ออะตอมอะตอมของคาร์บอน (ตัวอย่าง) มีมวลดังนั้น Schwartzschild radius คือ $\frac{2GM}{c^2}$ $6.7\times10^{-11}$ $\mathrm{m/s}$ $2\times10^{-26}\mathrm{kg}$

\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

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

ดังนั้นคำตอบที่แท้จริงคือไม่มีเนื่องจากไม่มีวิธีที่เป็นไปได้ในการบีบอัดอะตอมให้มีขนาดนี้ ที่สำคัญนี่คือความจริงที่ว่าขนาดนี้เล็กมากที่วัตถุขนาดเล็กนี้ไม่ทำงานเหมือนลูกบอลเล็ก ๆ แต่เป็นวัตถุเชิงกลควอนตัม แต่หลุมดำเป็นวัตถุความโน้มถ่วงที่จำลองโดยทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปและทฤษฎีสัมพัทธภาพและกลศาสตร์ควอนตัมทำงานร่วมกันไม่ได้ กล่าวอีกนัยหนึ่งเราไม่มีแบบจำลองทางวิทยาศาสตร์สำหรับอธิบายว่าหลุมดำมวลอะตอมจะทำงานอย่างไร

สตีเฟ่นฮอว์คิงแสดงให้เห็นว่าหลุมดำขนาดเล็กไม่เสถียรดังนั้นหลุมดำมวลอะตอมจะไม่เสถียรมากระเหยในเวลาอันสั้น

— เจมส์เค
แหล่งที่มา

มีคุณสมบัติสกรรมกริยาที่ใช้ที่นี่ไม่ได้ใช่ไหม ในหลุมดำ "ปกติ" ไม่ใช่ทุกสิ่งที่ถูกบีบอัดจนแม้กระทั่งอะตอมชนกับรัศมีชวาร์สชิลด์

— David พูดว่า Reinstate Monica

สตีเฟ่นฮอว์คิงไม่ได้เสนอกลไกที่หลุมดำขนาดเล็กจะไม่เสถียรและระเหยไปหมดหรือ? หนึ่งสามารถพิสูจน์ได้ว่ากลไกนี้สอดคล้องกับทฤษฎี แต่ไม่ได้พิสูจน์ว่ามันเกิดขึ้นจริง

— David Richerby

@DavidRicherby ใช่แล้วและ Einstein ได้เสนอกลไกการดึงดูดมวลชนซึ่งกันและกัน มันเป็นทฤษฎีทั้งหมด ไม่มีใครสังเกตหลุมดำโดยตรง แต่โดยทั่วไปจะยอมรับหลุมดำและรังสีฮอว์คิง

— James K

เนื่องจากค่าดังกล่าวมีค่าประมาณของความยาวของพลังค์จึงค่อนข้างออกกฎส่วน "ใช่"

10^{- 18}

$10^{-18}$

— Carl Witthoft

ผมคิดว่าคำตอบคือไม่มี

ถ้าเราลองและบีบอัดอะตอมเหล่านี้เราจะจบลง (ในที่สุด) โดยมีนิวเคลียสอยู่ใกล้พอที่จะถูกบังคับให้หลอมรวม ฟิวชั่นจะหมายความว่าเราได้สร้างนิวเคลียสเดียว

ขั้นตอนนี้ไม่สามารถหลีกเลี่ยงได้

ดังนั้นคำถามสองอะตอมของคุณตอนนี้ลดลงว่านิวเคลียสเดียวสามารถสร้างหลุมดำได้หรือไม่? .

นิวเคลียสเป็นชนิดผสมควาร์ก - กลูออนที่ซับซ้อนและถ้าเราอัดมันมากขึ้นเราจะจบลงด้วยรุ่นที่หนาแน่นมากซึ่งโดยพื้นฐานแล้วเราไม่มีฟิสิกส์ที่จะทำโมเดลอย่างถูกต้อง

มันไม่น่าเป็นไปได้อย่างยิ่งที่สัมพัทธภาพทั่วไปทั่วไปสามารถนำไปใช้กับบางสิ่งที่จะมีขนาดเล็ก แต่จริง ๆ แล้วมันเล็กกว่าที่เราคิดว่าเราสามารถใช้ทฤษฎีควอนตัม และความหนาแน่นของพลังงานที่เกี่ยวข้อง ณ จุดนั้นจะสูงมากทฤษฎีของเราในปัจจุบันก็ไม่สมเหตุสมผลอีกต่อไป เราต้องการทฤษฎีแรงโน้มถ่วงควอนตัมเพื่อทำสิ่งนี้และเราไม่มีมันที่ทำงานได้ดีพอ ในความเป็นจริงเราไม่แน่ใจด้วยซ้ำว่าทฤษฎีแรงโน้มถ่วงของควอนตัมจะช่วยให้เราไปยังเครื่องชั่งพลังงานสูงขนาดเล็กเช่นนี้ - แม้จะไม่เป็นที่รู้จัก

ดังนั้นเราอยู่ในน่านน้ำที่ไม่จดที่แผนที่

ดังนั้นทำไม "ไม่"

ทีนี้เพื่อบังคับให้แรงอัดของนิวเคลียสนั้นเราต้องใช้พลังงานกับพื้นที่ขนาดเล็กมาก - เล็กกว่าที่เราคิดว่าเป็นไปได้ที่จะทำเพราะผลของหลักการความไม่แน่นอน พูดง่ายกว่าจุดอื่นเราไม่สามารถบอกได้ทันทีว่านิวเคลียสอยู่ที่ไหนและเคลื่อนที่เร็วแค่ไหน คงเป็นไปไม่ได้ที่จะ จำกัด ขอบเขตให้เล็กลง นี้จะเกิดขึ้นนานก่อนที่เราไปถึงรัศมีที่รอบความยาวพลังค์

ดังที่คุณจะเห็นจากคำตอบของ @ James-K รัศมี Schwarzschild นั้นอยู่ที่ประมาณ 10 ⁻⁵³ m แต่ความยาวของพลังค์คือ18 คำสั่งที่มีขนาดใหญ่กว่าประมาณ 10 ⁻³⁵ m

ดังนั้นเราจึงไม่สามารถ จำกัด และบีบอัดนิวเคลียสของเราให้เป็นพื้นที่ขนาดเล็กพอที่จะถึงขนาดหลุมดำได้

ตอนนี้เราสามารถสร้างคำสั่งทั่วไปที่จับได้ว่าทฤษฎีใหม่อาจให้ช่องโหว่บางอย่างที่ช่วยให้เราสามารถแก้ไขได้ แต่ดูเหมือนไม่น่าจะเป็นเพราะเราคาดหวังว่าทฤษฎีใหม่จะทำซ้ำสิ่งที่เรารู้มากที่สุดในขอบเขต มันยากที่จะจินตนาการถึงหลักการที่ไม่แน่นอนว่า "กำลังจะหนี" ดังนั้นฉันจึงไม่เห็นวิธีการนั้น

มีความเป็นไปได้ที่ไม่สามารถพิสูจน์ได้ของใช่

ทฤษฎีควอนตัมของแรงโน้มถ่วงที่ทำงานอาจ (ซ้ำอาจจะหรืออาจจะไม่ ) พบว่าแรงโน้มถ่วงในระดับที่มีการเปลี่ยนแปลงตัวละครและช่วยให้รูปแบบอันไกลโพ้นของเหตุการณ์ที่มีขนาดใหญ่กว่าขณะนี้เราคาดหวังสำหรับช่วงมวลพลังงานดังกล่าว

แต่เราไม่มีหลักฐานสนับสนุนแนวคิดนั้นและฉันจะไม่แปลง "ไม่" เป็น "อาจจะใช่" เพียงเพื่อให้มีที่ว่างสำหรับแนวคิดที่แปลกใหม่ นั่นเป็นนิยายวิทยาศาสตร์ไม่ใช่วิทยาศาสตร์

— StephenG
แหล่งที่มา

MathJax ไม่แสดงหน่วยเช่นนั้น ... mได้รับการจัดรูปแบบเป็นตัวแปร

— JDługosz

นอกจากนี้เล็กน้อยสำหรับคำตอบข้างต้น (ฉันชอบคำตอบความยาวพลังค์) มันคิดว่ามันอาจเป็นไปได้ที่จะสร้างหลุมดำขนาดเล็กมากที่ CERN ในทางทฤษฎีแล้วอย่างไรก็ตามทฤษฎีนั้นต้องการมิติเพิ่มเติมเพื่อดำรงอยู่ เนื่องจากไม่มีการตรวจพบหลุมดำขนาดพิเศษ (ในเครื่องชั่งขนาดเล็กมาก) จึงได้รับความนิยม

แม้ว่าจะสามารถสร้างหลุมดำเหล่านั้นได้ แต่พวกมันก็ทำนายว่าจะระเหยอย่างรวดเร็วมาก (หนึ่งในพันล้านของหนึ่งในพันล้านต่อวินาที) แต่ถึงแม้อัตราการสลายตัวนั้นก็ควรจะสังเกตได้ ไม่มีใครสังเกตเห็น

มันก็คุ้มค่าที่จะถามว่าถ้าเซิร์นชนโปรตอนสองตัวเข้าด้วยกันอย่างรวดเร็วจริง ๆ หรือไม่และถ้านั่นทำให้หลุมดำ (ในทางทฤษฎี) เป็นไปได้ . . หลุมดำในเชิงทฤษฎีนี้จะถูกสร้างขึ้นจากสองโปรตอนหรือมันประกอบด้วยสองโปรตอนและ 14 TeV บวกกับพลังงานจลน์ ฉันคิดว่ามันแม่นยำมากกว่าที่จะบอกว่าหลุมดำนั้นสร้างพลังงานจลน์ไม่ใช่อะตอมเอง

บางคนอาจเรียกว่าการแยกขนบนแมวของ Schrodinger แต่ฉันคิดว่ามันเป็นจุดสำคัญ พลังงานจลน์มหาศาลของการชนความเร็วใกล้แสงอาจจะสามารถสร้างหลุมดำขนาดเล็กได้และในกรณีนี้มันเป็นพลังงานจลน์ที่ควรเรียกว่าส่วนผสมหลักไม่ใช่อะตอม

— userLTK
แหล่งที่มา

วิธีที่น่าสนใจในการดู

— StephenG

แนวคิดของทฤษฎีที่มีมิติเพิ่มเติมคือมีมิติของพื้นที่พิเศษ (4, 5 และอื่น ๆ ) ซึ่งมีขนาดเล็กมากและด้วยเหตุนี้ความโน้มถ่วงจึงแข็งแกร่งกว่าในขนาดเล็กกว่าขนาดของมิติเพิ่มเติมเหล่านี้ สิ่งนี้จะทำให้สเกลพลังค์ (พลังงาน) ลดลงเป็นพลังงานที่สามารถเข้าถึงได้ที่ colliders เช่น LHC

— Andre Holzner