Wyobraźcie sobie reakcję przeciętnej osoby, zapytanej o opinie na temat ewentualnego wytwarzania czarnych dziur w ośrodku CERN. Zakładając, że taka osoba ma jako takie pojęcie na temat tego czym jest czarna dziura, raczej trudno oczekiwać aprobaty. Czy rzeczywiście powinniśmy się obawiać?

Przecież dziury powstają z gwiazd

Każdej osobie zain­te­re­so­wa­nej kosmosem, czarne dziury będą się koja­rzyły przede wszyst­kim ze śmiercią gwiazd. I jest to sko­ja­rze­nie jak naj­bar­dziej słuszne. Czarne dziury powstają w sposób natu­ralny, będąc końcowym efektem ewolucji naj­więk­szych gwiazd, posia­da­ją­cych masę przy­naj­mniej kilku Słońc.

Gdy taki olbrzym umiera, procesy ter­mo­ją­drowe bijące z jego serca prze­stają rów­no­wa­żyć ścisk z zewnątrz i gra­wi­ta­cja zwycięża. Nie­wy­obra­żalna ilość materii, w sposób natu­ralny, zostaje ści­śnięta na obszarze tak małym, że poja­wiają się efekty z jakimi nie mamy do czy­nie­nia na Ziemi. Natura naj­de­li­kat­niej obchodzi się z gwiaz­dami lekkimi, których zgnia­ta­nie powinno zostać zaha­mo­wane przez siły dzia­ła­jące między elek­tro­nami — w ten sposób powstaje biały karzeł. Gwiazdy półtora razy masyw­niej­sze od Słońca również sobie jakoś radzą — opór gra­wi­ta­cyj­nemu ciśnie­niu stawiają neutrony, rodząc gwiazdę neu­tro­nową.

Tacy badacze jak Schwarz­schild, Chan­dra­se­khar czy Oppen­he­imer, już przed II wojną światową zdawali sobie sprawę z tego, że równania Ein­ste­ina dopusz­czają moż­li­wość ist­nie­nia obiektów, dla których nie ma ratunku. Gra­wi­ta­cja gwiazd wie­lo­krot­nie więk­szych od Słońca jest na tyle duża, że żadna siła, ani żadne prawo przyrody nie będzie w stanie zatrzy­mać jej dzia­ła­nia. Fizycy mówią o prze­kro­cze­niu granicy Schwarz­schilda — ciało próbuje się kurczyć bez umiaru, zapaść do punktu o nie­skoń­cze­nie wielkiej gęstości.

Tylko gwiazdy?

Pierwsi teo­re­tycy czarnych dziur skupiali się głównie na gwiaz­dach i nie ma w tym nic dziwnego. Tylko życiu gwiazd, i to tych naj­więk­szych, towa­rzy­szą procesy umoż­li­wia­jące natu­ralne zejście poniżej pro­mie­nia Schwarz­schilda. Ale czy, choćby na papierze, nie możemy założyć powsta­nia czarnej dziury w wyniku zapad­nię­cia innego ciała? To istotne, bo naukowcy pragnący roz­po­cząć “pro­duk­cję” dziur, raczej nie będą dys­po­no­wać pod­ręcz­nymi gwiaz­dami.

Teo­re­tycz­nie nie ma tu żadnych prze­ciw­wska­zań. Zasad­ni­czo każdy obiekt może ulec zapad­nię­ciu w samym sobie, jeżeli tylko prze­kro­czy punkt kry­tyczny, a ten jest ściśle związany z masą — im mniejsza masa tym bardziej musimy zmiaż­dżyć ciało. W takim razie, czy nie­wielka w kosmicz­nej skali Ziemia może prze­kształ­cić się w czarną dziurę? Oczy­wi­ście — wystar­czy­łoby ścisnąć naszą planetę do roz­mia­rów piłeczki golfowej. A nie­sym­pa­tyczny sąsiad? Powinno się udać, jeżeli tylko znaj­dziemy sposób na zgnie­ce­nie całej materii jego ciała do rozmiaru jądra ato­mo­wego lub mniej­szej. Kłopot polega jedynie na tym, że oddzia­ły­wa­nie gra­wi­ta­cyjne małych obiektów nie zaini­cjuje spon­ta­nicz­nego zapa­da­nia i konieczna byłaby pomoc z zewnątrz. 
Takiej pomocy, naukowcy chcą udzielać poje­dyn­czym cząstkom, dając początek bardzo, bardzo malutkim czarnym dziurom. Fizycy ciągle mają nadzieje, iż takie eks­pe­ry­menty dojdą do skutku w Wielkim Zder­za­czu Hadronów, po osią­gnię­ciu przezeń mocy 14 TeV. Tak roz­pę­dzone protony zde­rzy­łyby się na tyle mocno aby zbliżyć się na odle­głość mniejszą niż promień Schwarz­schilda. Nie­któ­rzy naukowcy pra­cu­jący w CERN, utrzy­mują że mikro­dziury mogły już powstać, ale… detek­tory nie zdążyły ich zare­je­stro­wać!

Dziura wyparuje

Przyj­mijmy jednak, że LHC na razie żadnej czarnej dziury nie wytwo­rzyło i powróćmy do pier­wot­nego pytania. Czy jest się czego obawiać?

W latach 70. młody Stephen Hawking zadziwił świat wysu­wa­jąc teorię paro­wa­nia i powol­nego zani­ka­nia czarnych dziur. Bry­tyj­czyk oparł swoje twier­dze­nie na fakcie wystę­po­wa­nia w prze­strzeni fluk­tu­acji kwan­to­wych. Nawet w naj­czyst­szej próżni, samo­ist­nie powstają pary cząstka-anty­cząstka, które bły­ska­wicz­nie ulegają ani­hi­la­cji nie pozo­sta­wia­jąc po sobie śladu. Może się jednak zdarzyć, że para cząstek wir­tu­al­nych powsta­nie na granicy hory­zontu zdarzeń — zewnętrz­nej sfery czarnej dziury. Hawking założył, że gdy jedna z nich zostanie natych­miast wcią­gnięta to druga odfrunie w prze­strzeń, już jako rze­czy­wi­sta cząstka i do ani­hi­la­cji nie dojdzie. Jed­no­cze­śnie, umy­ka­jące znad hory­zontu cząstki pobie­rają z czarnej dziury energię przy­czy­nia­jąc się do jej kur­cze­nia. Właśnie ten efekt znamy obecnie pod nazwą pro­mie­nio­wa­nia Hawkinga. 

Dla nas istotne jest to, że im mniejsza dziura tym gorzej “znosi” paro­wa­nie. Zwykła czarna dziura, powstała w wyniku śmierci gwiazdy, będzie topnieć znacznie dłużej niż istnieje obecny wszech­świat, i to przy zało­że­niu, że nie posili się nową materią. Oznacza to tyle, że nawet po wypa­le­niu wszyst­kich ogniw energii w kosmosie, jeszcze przez długie biliony lat prze­strzeń będzie wypeł­niać blade pro­mie­nio­wa­nie Hawkinga.
hawking radiationIm mniejsza czarna dziura, tym mocniej paruje. Gdyby czarna dziura posia­dała masę rzędu kilku tysięcy ton — a to bardzo niewiele dla takiego obiektu — nad hory­zon­tem zdarzeń można by odno­to­wać tem­pe­ra­turę miliar­dów stopni, a sam obiekt znik­nąłby w mgnieniu oka. Uczeni prze­ko­nują, że mikro­sko­pijna dziura możliwa do stwo­rze­nia w akce­le­ra­to­rze, powinna wypa­ro­wać w trudnym do wyobra­że­nia czasie jednej kwa­dry­liar­do­wej części sekundy. Stąd też wynika ogromny trud uchwy­ce­nia ewen­tu­al­nej mikro­dziury przez detek­tory. Z drugiej jednak strony, część fizyków twierdzi, iż taki obiekt wypa­ro­wałby przy tem­pe­ra­tu­rze rzędu sep­ty­lio­nów stopni — a coś takiego trudno prze­oczyć, nawet w skali sub­a­to­mo­wej.

Przepis na koniec świata

Śro­do­wi­sko naukowe z pełnym zaufa­niem przyj­muje teorię Hawkinga i poza rzadkimi wyjąt­kami, z nie­cier­pli­wo­ścią wycze­kuje pierw­szych badań nad mikro­dziu­rami. Niskie ciśnie­nie panujące wewnątrz tunelu LHC ma zapewnić brak materii, która mogłaby zasilić ewen­tu­alną dziurę. A nawet gdyby potworek zerwał się z magne­tycz­nego łańcucha, zgodnie z obli­cze­niami nie zdążyłby niczego wciągnąć. Pra­cu­jący w CERN Steve Giddings i Miche­an­gelo Mangano, wzięli również pod uwagę sce­na­riusz, w którym mikro­dziura nie uległaby roz­pa­dowi. Według nich obiekt — pro­por­cjo­nal­nie do swojego rozmiaru — pobie­rałby materię z oto­cze­nia bardzo powoli, a spusz­czony ze “smyczy” niczym neutrino mógłby po prostu prze­le­cieć bez szwanku przez całą planetę i spo­koj­nie pod­ry­fo­wać w prze­strzeń kosmiczną.

Entu­zja­ści pod­pie­rają się również hipotezą natu­ral­nego powsta­wa­nia mikro­dziur w ziem­skiej atmos­fe­rze. Teoria zakłada, że cząstki pro­mie­nio­wa­nia kosmicz­nego z ogromną energią zderzają się z materią powie­trza co od czasu do czasu, owocuje naro­dzi­nami maleń­kiej czarnej dziury. Oczy­wi­ście takiej, która niemal natych­miast znika. Jeżeli do takiego zda­rze­nia doszło chociaż raz, a Ziemia nadal ma się dobrze, to badania pro­wa­dzone w LHC tym bardziej w niczym nam nie zagra­żają, jeśli zaś mikro­dziury nie powstały nigdy w sposób natu­ralny — to praw­do­po­dob­nie nam sztucz­nie tym bardziej nie uda się ich wypro­du­ko­wać. W obu przy­pad­kach, nie ma się czego obawiać.

Jeśli to kogoś przekona, powstała nawet strona inter­ne­towa w krótki sposób odpo­wia­da­jąca na pytanie: Has the Large Hadron Collider destroyed the world yet?
Literatura uzupełniająca
L. Randall, Pukając do Nieba Bram. Jak fizyka pomaga zrozumieć wszechświat, Warszawa 2013;
S. Hawking, Teoria wszystkiego, czyli krótka historia wszechświata, Poznań 2004;
I. Nowikow, Czarne Dziury i Wszechświat, Warszawa 1995;
A. Szozda, Mamy małe czarne dziurki, [online: http://www.polskieradio.pl/23/266/Artykul/187879,Mamy-male-czarne-dziurki].
podpis-czarny
  • http://www.blogger.com/profile/11677277361773570515 Piotr Gładysz

    Mimo, że myślę racjo­nal­nie, to jakaś cząstka mnie obawia się, że jednak coś pójdzie nie tak. Ale wiadomo, że cie­ka­wość nie zna granic i wiele bym dał za zna­le­zie­nie się wśród tych naukow­ców, którzy będą badać te mikro­dziury. Zasta­na­wia mnie tylko, czego można się z takich badań dowie­dzieć?

    P.S. Jeżeli autor nie ma nic prze­ciwko, chciał­bym zaprosić na mojego bloga:
    fizykadlakazdego.blogspot.com

    Dobrze gada? Dobre 0 Słabe 0

  • http://www.blogger.com/profile/10794809137083463607 Sergi

    “Fizycy mówią o prze­kro­cze­niu granicy Schwarz­schilda” — A nie granicy Chan­dra­se­khara? Czy to dwa różne pojęcia?

    Co do paro­wa­nia czarnych dziur — Czy nie jest czasem tak, że równie często co anty­cząstki, do czarnych dziur dostaje się zwykła materia? Praw­do­po­do­bień­swo jest przecież takie same (Czy nie jest? I z czego to wynika?). A wtedy efekt byłby rów­no­wa­żony i żadne paro­wa­nie by nie zacho­dziło.

    Dobrze gada? Dobre 0 Słabe 0

    • http://www.blogger.com/profile/11677277361773570515 Piotr Gładysz

      Granica Chan­dra­se­khara mówi o mak­sy­mal­nej masie białego karła, czyli pozo­sta­ło­ści po dosyć masywnej gwieź­dzie. Powyżej tej masy otrzy­mu­jemy wybuch i gwiazdę neu­tro­nową.
      Nato­miast promień Schwarz­schilda to mini­malny promień sfery w jaką trzeba “upchnąć” kon­kretną masę, aby otrzymać czarną dziurę.

      Co do paro­wa­nia czarnych dziur, w powyż­szym opisie chodzi o to, że cząstka która pozo­staje poza czarną dziurą niejako pobiera od niej energię i odlatuje (energia ~ masa). Jest to niestety tylko niejakie przy­bli­że­nie, uła­twia­jące zro­zu­mie­nie, a sam problem jest znacznie bardziej skom­pli­ko­wany.

      Jeżeli coś powie­dzia­łem nie tak, proszę mnie poprawić, nie jestem eks­per­tem.

      Dobrze gada? Dobre 0 Słabe 0

  • Ano­ny­mous

    Dobra, wiem że to zabrzmi jak zabrzmi, ale muszę to opo­wie­dzieć. Błagam nie potrak­tuj­cie mnie jako “inter­ne­to­wego wariata” piszą­cego o Bogu, polityce i kosmi­tach XD.

    Mam wspo­mnie­nie z dzie­ciń­stwa, które nie wiem czy jest snem (w końcu dziecko może chyba(?) zapa­mię­tać sen jako realne wspo­mnie­nie), innego rodzaju fał­szy­wym wspo­mnie­niem, czy może jakimś cho­ler­nie rzadkim zja­wi­skiem fizycz­nym…
    Inte­re­suje mnie więc czy istnieje jakie­kol­wiek racjo­nalne, naukowe wyja­śnie­nie dla tego co opiszę poniżej. Opiszę to więc naj­do­kład­niej jak pamiętam. 

    Ze wcze­snego dzie­ciń­stwa (poniżej ośmiu lat) nie mam wielu “wyraź­nych” wspo­mnień. Wśród nich jest jedno dla którego od dawna szukam wyja­śnie­nia. Jako, że po latach sko­ja­rzyło mi się, że może to mnieć związek z “bardzo maleńką czarną dziurą” (czy czym­kol­wiek takim), stąd…

    No ale… wspo­mnie­nie.
    Mam jakieś może siedem lat. Idę z kuzynem wzdłuż brzegu jeziora, po kostki/łydki w wodzie, on rok młodszy idzie jakieś z dziesięć, dwa­dzie­ścia metrów przede mną (dalej za nami, ale dość sporo dalej, idą oczy­wi­ście mama z babcią). Jezioro, głębokie dość znacznie mam po lewej stronie, po prawej jest las i bardzo gęste trzciny.
    Idziemy już dość długo, taki dłuższy spacer, jesteśmy dalej od plaży w ustron­nym i cichym leśnym zakątku.
    Nagle słyszę szelest, szum. Brzmi jak… roz­chla­py­wana woda, ale dość cicho. Dochodzi od strony trzcin. Odwracam się w tamtym kierunku i potem wszystko dzieje się bardzo szybko… sekundy? Ciężko powie­dzieć…
    Od strony trzcin, pomiędzy mną a kuzynem prze­biega pionowy strumień wody. Gdy jest przy trzci­nach jest wysoki, sięgałby mi (w tamtym wieku) jakoś do ramion, potem jego czubek się zniża, ku powierzchni. Wygląda jakby coś na jego czubku “wsysało” wodę, a potem roz­chla­py­wało ją z drugiej strony (taki punkt co jed­no­cze­śnie wsysa a z drugiej strony wypluwa, nie wiem jak to opisać), albo, jakby ta wsysana woda roz­chla­py­wała się na czymś na czubku, bo cała nie może być wessana na raz… ciężko powie­dzieć, jest cho­ler­nie szybkie. Tak jakby odwró­cony wir w powie­trzu. Jeżeli widzie­li­ście wir w wannie, pod wodą, to przy­po­mina taki “warkocz” wsysanej wody. To było war­ko­czem wody nad wodą. A na czubku miało jakby hmm… palemkę roz­chla­py­wa­nej wody? To było cho­ler­nie dawno, zazna­czam, więc pamiętam jak przez mgłę, ale pie­lę­gnuje to wspo­mnie­nie, starając się nie zapo­mnieć.
    Nigdy nie widzia­łam czegoś takiego, więc stanęłam jak wryta, wle­pia­jąc się w to. Chyba wołałam coś do kuzyna, by się zatrzy­mał i odwrócił.
    To coś “prze­bie­gło” między nim a mną, cały czas jakby się… obra­ca­jąc? Woda się obracała, jakby wsysana do tego.
    Jego punkt na górze zniżał swój “lot”, aż gdzieś na głę­bo­kiej wodzie po lewej zniżył go zupełnie i wpadł pod wodę. Powstał — już całkiem normalny — wir. Po nie­dłu­gim czasie (obra­ca­jąc się coraz wolniej i wolniej, będąc coraz mniej hm “zapadłym wirem” XD, jakby ktoś zatkał korek) zniknął.
    Kuzyn zauważył już sam “roz­wie­wa­jący się” wir. 

    Od tamtego czasu myślałam, że tak po prostu tworzą się wiry i potem w szkole, jako dziecko, jak zapy­ta­łam kogoś o to, to byłam zdzi­wiona że tak nie jest. 

    Do dziś nie daje mi to spokoju. 

    Zazna­czam, że inne wspo­mnie­nia z dzie­ciń­stwa mam w 100% normalne, acz­kol­wiek zakładam, że to może być jakiś sen, czy cokol­wiek…

    Brzmi jednak… nad wyraz jak na dziecko zwy­czaj­nie. Żadnych wróżek, smoków, jed­no­roż­ców, kosmitów ;).

    Właśnie ta zwy­czaj­ność zasta­na­wia. Czy takie coś mogło by się, tak zupełnie teo­re­tycz­nie, wydarzyć? A jeżeli tak, to jakie zjawisko fizyczne mogłoby to spo­wo­do­wać?

    Dobrze gada? Dobre 0 Słabe 0

    • http://www.blogger.com/profile/17443465129484666492 Kuba Grom

      Czasem gdy wir powie­trza typu dust devil zapędzi się nad wodę, może dawać taki efekt.
      Porównaj z:
      https://www.youtube.com/watch?v=qwMdjzezn-s

      https://www.youtube.com/watch?v=_0uugP3pxOs

      Dobrze gada? Dobre 0 Słabe 0

    • http://www.blogger.com/profile/16960383320130692433 Fran­ci­szek N.

      Ja kiedyś też coś podob­nego widzia­łem, ale z piaskiem. Takie małe piaskowe tornado 😀

      Dobrze gada? Dobre 0 Słabe 0

  • Ano­ny­mous

    Ja widzia­łem ama­tor­ski filmik nakrę­cony podczas two­rze­nia się kręgów w zbożu.Były to wiry świetlne robiące w ciągu ułamku sekundy te piękne wzoryCo to było -fizycy nie wiedzą-dlatego twierdzą że to misty­fi­ka­cja

    Dobrze gada? Dobre 0 Słabe 0

    • http://www.blogger.com/profile/04842367139356695435 Hubert Michalak

      Może gdyby fizykom również dane by było obejrzeć ten “ama­tor­ski filmik” to zmie­ni­liby na ten temat zdanie?

      Dobrze gada? Dobre 0 Słabe 0

  • Ano­ny­mous

    A mnie sie wydaje ze g…no wiedza o powsta­wa­niu czarnych dziur, nigdzie ludzie nie ladowali poza ksie­zy­cem! predkosc jaka osiagaja ludzie w prze­strzeni kosmicz­nej jest komiczna a nie kosmiczna. Nie znaja zadnych planet, bzdury o laziku ktory przez kilka lat prze­je­dzie kilka kilo­me­trow.. to sredniej wiel­ko­sci park, ludzie. Sto lat jeszcze zanim bedziemy swiadomi pred­ko­sci, ktorymi powinny sie poruszac pojazdy kosmieczne, ksztalty i “paliwa” ktore nie sa plynne! A tym­cza­sem mozemy sobie poczytac o takich fiki miki jak CZE>RN ktore za wszelka cene proboje stwo­erzyc maszyne do skakania w prze­szlosc.. to oczy­wi­ste, poniewaz rzadza pie­nia­dza jest naj­wiek­sza. Fizyka jest taka dzie­dzina ktora bedzie zawsze odkry­wana a jej postepo bedzie wpro­st­pro­por­cjo­nalny do postepu czlo­wieka. Dopiero jak ludzie beda mieli liczona pamiec i inte­li­gen­cje w Tera­Baj­tach a nie w IQ, dopiero wtedy, tworca Ziemii zacznie inge­ro­wac w zycie tu utwo­rzone, kim­kol­wiek jest.

    Dobrze gada? Dobre 0 Słabe 0

  • Ano­ny­mous

    Jak chodzi o pro­mie­nio­wa­nie Hawkinga, to cho­ler­nie przykry jest fakt, iż ów nauko­wiec potwier­dził jego hipotezę, gdy… próbował ją obalić. Kto inny to wymyślił i przed­sta­wił argu­menty za, a śmie­tankę spija Stephen Hawking za swój brak racji, nazwanie zjawiska na jego cześć to jak nagroda pocie­sze­nia za pokorne przy­zna­nie się do błędu.

    Dobrze gada? Dobre 0 Słabe 0

    • Barzel

      A to mnie zacie­ka­wiło. Czyżby Hawking niczym Higgs zgarnął dla siebie wszyst­kie laury wysłu­gu­jąc się innymi?
      Jeśli możesz przybliż coś więcej.

      Dobrze gada? Dobre 0 Słabe 0

  • Ano­ny­mous

    Witam,
    mam kilka pytań dot. powyż­szego artykułu. Jestem amatorem który swoją wiedzę na tematy oko­ło­kwan­towe czerpie z popu­lar­no­nau­ko­wych publi­ka­cji więc niektóre mogą wydać się głupie, jednak proszę o wyja­śnie­nie w przy­stępny sposób:

    1. W innym artykule który czytałem tu na blogu “paro­wa­nie” czarnych dziur było opisane jako pochwy­ce­nie cząstki anty­ma­te­rii z pary która pojawia się spon­ta­nicz­nie na skutek fluk­tu­acji kwan­to­wych. Zro­zu­mia­łem to tak, że ta pochwy­cona anty­ma­te­ria ani­hi­luje z materią wewnątrz czarnej dziury zmniej­sza­jąc jej masę a druga cząstka z pary leci w kosmos i to jest to co nazywamy pro­mie­nio­wa­niem Hawkinga. Nie rozumiem tylko z czego wynika zało­że­nie że zostanie pochwy­cona akurat cząstka anty­ma­te­rii? Przecież praw­do­po­do­bień­stwo tego, że dziura złapie cząstkę materii powinno być takie samo jak tego że złapie anty­ma­te­rię a wtedy efekt paro­wa­nia powinien być rów­no­wa­żony poprzez pasienie się na cząst­kach materii.

    2. To już pytanie dot. tego artykułu. Dlaczego “Im mniejsza czarna dziura, tym mocniej paruje”? Powierzch­nia hory­zontu zdarzeń dużej dziury jest wprze­cież iększa niż małej więc logiczny wydaje mi się wniosek że proces paro­wa­nia powinien zacho­dzić szybciej na dużej powierzchni (więcej fluk­tu­acji na granicy hory­zontu w danej jed­no­stce czasu) niż na małej.

    3. Dlaczego parująca mała dziura wytwarza wyższą tem­pe­ra­turę niż parująca mała dziura?

    4. Ten fragment: “spusz­czony ze smyczy niczym neutrino mógłby po prostu prze­le­cieć bez szwanku przez całą planetę i spo­koj­nie pod­ry­fo­wać w prze­strzeń kosmiczną”. Przecież neutrina prak­tycz­nie nie oddzia­łują gra­wi­ta­cyj­nie a czarna dziura bardzo mocno. Powinna więc raczej na skutek oddzia­ły­wa­nia Ziemi pod­ry­fo­wać w stronę centrum gra­wi­ta­cyj­nego naszej planety a nie odlecieć w prze­strzeń kosmiczną?

    Dzięki z góry za odpo­wie­dzi,
    Tomek

    PS: Będę wdzięczny również za linki do mate­ria­łów które pomagają zro­zu­mieć 🙂

    Dobrze gada? Dobre 0 Słabe 0

    • http://www.blogger.com/profile/11397196611078180548 Adam Adamczyk

      1. Przede wszyst­kim nazy­wa­nie drobin materii cząst­kami lub anty­cząst­kami to tylko nasza kon­wen­cja; obie grupy są tak samo peł­no­praw­nymi obiek­tami fizycz­nymi. Przy pro­mie­nio­wa­niu Hawkinga nie tyle chodzi o wcią­gnię­cie za horyzont zdarzeń koniecz­nie pozytonu czy anty­kwarku, co po prostu jednej z cząstek wir­tu­al­nych. O ile się nie mylę, równie dobrze schwy­tany może zostać przy­kła­dowy elektron a urze­czy­wist­nić się pozyton. Ważne żeby bilans energii się zrów­no­wa­żył, a więc aby czarna dziura “zapła­ciła” za pokarm utratą masy.

      2 i 3. Właśnie — powierzchni. My cały czas mówimy o tym, co dzieje się na samym skraju dziury, a przecież pod nią znajduje się mniejsze lub większe, “schła­dza­jące” cielsko. Zasta­na­wiam się również jakie zna­cze­nie ma tu sama prędkość paro­wa­nia dziury. Gdy obiekt jest duży, zasysa na tyle materii z oto­cze­nia, że wszelkie ubytki uzu­peł­nia z olbrzy­mią nawiązką. Mały stworek, równie szybko albo nawet szybciej będzie wypro­mie­nio­wy­wać masę niż ewen­tu­al­nie coś wciągnie. Powszech­nie uważa się, że w ostatnim momencie swego żywota czarna dziura wręcz eks­plo­duje. Ale muszę przyznać, że nie pamiętam żadnej popu­lar­nej publi­ka­cji, która by tłu­ma­czyła dokład­nie ten proces.

      4. Neutrino prak­tycz­nie nie oddzia­łuje gra­wi­ta­cyj­nie, bo jego masa ledwie wykracza poza zero (do niedawna sądzono, że w ogóle nie posiada masy). Z mikro­dziurą może być podobnie. Przecież jeśli zderzymy dwie cząstki ele­men­tarne, to i powstała czarna dziura będzie zawod­ni­kiem wagi super­piór­ko­wej =). Gra­wi­ta­cja to naj­słab­sze z oddzia­ły­wań pod­sta­wo­wych i w przy­padku tak małych obiektów jak poje­dyn­cze atomy, cząstki czy mikro­dziury, odgrywa trze­cio­rzędną rolę.

      Jeśli jesteś zain­te­re­so­wany czarnymi dziurami, to chciał­bym Cię od razu prze­strzec: http://www.kwantowo.pl/2014/02/hawking-powiedzia-czarnych-dziur-nie-ma.html Obecnie astro­fi­zyka znajduje się na zakręcie i być może wszyst­kie publi­ka­cje, które teraz prze­czy­tasz, niedługo będą nadawały się jedynie na papier toa­le­towy. Sam dopiero czekam na nowe infor­ma­cje i książki, dzięki którym uak­tu­al­nię swoją wiedzę.

      Dobrze gada? Dobre 0 Słabe 0

    • Sta­ni­sław Mił­kow­ski

      Ad 2. Twoje pytanie skłoniło mnie do prze­my­śleń i wydaje mi się, że znam odpo­wiedź. Wir­tu­alne cząstki w silnym polu (w tym przy­padku gra­wi­ta­cyj­nym) stają się realnymi dzięki energii tego pola. Biorą więc sobie energię potrzebną do zaist­nie­nia z pola, zmniej­sza­jąc jego energię. Dlatego mniejsza energia pola = mniejsza masa CD = paro­wa­nie CD. Czyli proces paro­wa­nia napędza bez­po­śred­nio i wprost pro­por­cjo­nal­nie masa czarnej dziury. Masa ta jest pro­por­cjo­nalna do pro­mie­nia CD, czyli dziura 2 razy lżejsza ma dwa razy mniejszy promień. Jednak ze wzoru na powierzch­nię kuli P = 4pi * r^2 wynika, że powierzch­nia CD maleje wraz z kwa­dra­tem jej pro­mie­nia. Czyli dziura o dwa razy mniej­szej masie, będącej źródłem energii ma cztery razy mniejszą powierzch­nię, emi­tu­jącą pro­mie­nio­wa­nie Hawkinga. Większa czarna dziura, suma­rycz­nie emituje więcej pro­mie­nio­wa­nia, ale jej powierzch­nia “świeci” mniej inten­syw­nie od powierzchni dziury małej. Ana­lo­gicz­nie dioda, o dużo mniej­szej mocy potrafi bardziej oślepić, niż większa od niej świe­tlówka. Taka dziura traci więcej masy na sekundę, ale mniej masy w pro­por­cji do tego ile “waży” jako całość, porów­nu­jąc ją z dziurą małą.

      Dobrze gada? Dobre 0 Słabe 0

  • Pingback: 7 wielkich fobii trapiących ludzkość |()

  • Sta­ni­sław Mił­kow­ski

    Temat jest na tyle ciekawy, że posta­no­wi­łem popełnić dłuższą notkę (może ktoś prze­czyta po latach, tak jak ja prze­czy­ta­łem ten
    artykuł).

    1. Dlaczego czarna dziura mogłaby powstać w LHC? W tym wypadku nie chodzi o skon­cen­tro­wa­nie na małym obszarze wystar­cza­ją­cej ilości materii, tylko o skon­cen­tro­wa­nie masy pocho­dzą­cej wprost od energii (zde­rze­nia cząstek), a energia jak wiemy też ma masę, zgodnie z naj­słyn­niej­szym wzorem E=mc^2. Dla CD o pro­mie­niu Schwarz­schilda równym połowie długości Plancka (czyli o średnicy Plancka) energia taka musia­łaby mieć w przy­bli­że­niu wartość równą 10^10 mas protonu (poda­wa­nych w giga­elek­tro­no­wol­tach) czyli byłaby o sześć rzędów wiel­ko­ści (inaczej mówiąc milion razy) większa, niż wytwa­rzana obecnie w LHC. Długość Plancka dla CD jest tylko zało­że­niem, które przy­ją­łem, ponieważ nie wiemy jakie są naprawdę wiel­ko­ści cząstek ele­men­tar­nych a to naj­mniej­sza możliwa odle­głość. Większa CD wyma­ga­łaby większej energii cał­ko­wi­tej, choć jej pro­por­cjo­nalna gęstość musia­łaby być dużo niższa.

    2. Czy taka CD wypa­ro­wa­łaby? Pro­mie­nio­wa­nie Hawkinga jest wciąż tylko hipotezą, ponieważ ze zro­zu­mia­łych przyczyn nie udało się go zaob­ser­wo­wać eks­pe­ry­men­tal­nie (były pewne eks­pe­ry­menty pole­ga­jące na symu­lo­wa­niu hory­zontu zdarzeń za pomocą zjawisk kwan­to­wych, i podobno natra­fiono na ślady pro­mie­nio­wa­nia ale to nie to samo). Dlaczego CD znik­nę­łaby w mgnieniu oka? Wynika to ze wzoru Hawkinga a ja nie będę nawet udawał, że wiem jak go wypro­wa­dzono. Wiem jedynie tyle, że popraw­nie, bowiem inni teo­re­tycy go nie zakwe­stio­no­wali tylko prze­ciw­nie, zachwy­cili się nim. Pragnę tylko pod­kre­ślić, że wzory nie mówią w jaki sposób CD paruje, a jedynie że ma to miejsce. W szcze­gól­no­ści opis kre­owa­nia par cząstka-anty­cząstka na powierzchni hory­zontu nie jest ele­men­tem wzorów a jedynie powszech­nie przy­ję­tym sposobem tłu­ma­cze­nia sobie tego zjawiska przez fizyków. Jak bowiem inaczej wytłu­ma­czyć pro­mie­nio­wa­nie ciała, które z defi­ni­cji pro­mie­nio­wać nie może?

    3. A gdyby CD nie wypa­ro­wała? Dys­ku­syjne jest, czy nasza boha­terka potra­fi­łaby pożreć cokol­wiek. Musia­łaby przecież pochła­niać cząstki ele­men­tarne, o jej roz­mia­rach lub większe w całości, bowiem cząstek ele­men­tar­nych nie da się już podzie­lić. Jej przy­cią­ga­nie byłoby też za małe aby rozerwać jakie­kol­wiek wiązania jądrowe, musia­łaby zatem trafić wprost w kwark, elektron czy neutrino. Zasta­na­wia mnie, czy na gruncie obecnych teorii fizycy zary­zy­ko­wa­liby odpo­wiedź na to pytanie.

    4. Co stałoby się później? Jeśli wypad­kowa prędkość CD po zde­rze­niu wyno­si­łaby 0, spadłaby ona do środka ziemi i tyle. Jeśli zaś wypad­kowa prędkość, w dowolnym kierunku byłaby wyższa niż prędkość ucieczki (a tak niemal na pewno by było), nie­za­leż­nie od kierunku, w którym CD by się poru­szała, opu­ści­łaby naszą planetę, nawet prze­la­tu­jąc przez nią na wylot i poszy­bo­wa­łaby w kosmos. Zwykła materia dla takiej egzo­tycz­nej mikro dziury jest bowiem niemal zupełnie prze­zro­czy­sta.

    Dobrze gada? Dobre 0 Słabe 0