Tôi có thể tạo một lỗ đen với một hoặc hai nguyên tử không?

Vì vậy, tôi đã xem một cái gì đó nói

nếu chúng ta nén Trái đất thành kích thước của một hạt lạc: chúng ta sẽ có một lỗ đen;

nếu chúng ta nén đỉnh Everest vào một vài nano mét; chúng ta sẽ có một lỗ đen.

Tôi có thể tạo một lỗ đen với một hoặc hai nguyên tử không? Nếu có, nó sẽ trở nên lớn hơn và biến thành lỗ đen có kích thước bình thường?

Có hai câu trả lời: có và không.

Có bởi vì mọi khối lượng M có bán kính Schwarzschild được cho bởi (trong đó G là hằng số hấp dẫn (khoảng và c là tốc độ ánh sáng (khoảng 300 000 000 ). Nếu một cái gì đó được nén vào bán kính Schwarzschild của nó, nó sẽ trở thành một lỗ đen. Bạn có thể làm điều này cho một nguyên tử. Một nguyên tử carbon (ví dụ) có khối lượng vì vậy bán kính Schwartzschild của nó là 6,7×10-11m/s2×10-26kg2×(6,7×10-11)×(2×10-26$\frac{2GM}{c^2}$$6.7\times10^{-11}$$\mathrm{m/s}$$2\times10^{-26}\mathrm{kg}$

Vì vậy, câu trả lời thực tế là không vì không có cách nào khả thi để nén một nguyên tử đến kích thước này. Điều quan trọng ở đây là thực tế là kích thước này nhỏ đến mức các vật thể nhỏ này không hoạt động như những quả bóng nhỏ mà là các vật thể cơ học lượng tử. Nhưng lỗ đen là một vật thể hấp dẫn được mô hình hóa bởi Thuyết tương đối rộng, và Thuyết tương đối và cơ học lượng tử không hoạt động tốt với nhau. Nói cách khác, chúng ta không có một mô hình khoa học để mô tả cách một lỗ đen khối lượng nguyên tử hoạt động.

Stephen Hawking đã chỉ ra rằng các lỗ đen nhỏ không ổn định, do đó, một lỗ đen khối lượng nguyên tử sẽ rất không ổn định, bay hơi trong một thời gian rất ngắn.

Tôi nghĩ câu trả lời là Không .

Nếu chúng ta cố gắng và nén các nguyên tử này, cuối cùng chúng ta sẽ có các hạt nhân đủ gần để buộc phải hợp nhất. Sự kết hợp có nghĩa là chúng ta đã hình thành một hạt nhân duy nhất.

Giai đoạn này là không thể tránh khỏi.

Vì vậy, câu hỏi hai nguyên tử của bạn bây giờ giảm xuống liệu một hạt nhân duy nhất có thể tạo thành một lỗ đen? .

Hạt nhân là một loại hỗn hợp quark-gluon phức tạp và nếu chúng ta nén nó nhiều hơn, chúng ta sẽ có một phiên bản rất dày đặc mà về cơ bản chúng ta không có mô hình vật lý để mô hình đúng.

Rất khó có khả năng thuyết tương đối rộng thông thường có thể được áp dụng cho một cái gì đó quá nhỏ, nó thực sự nhỏ hơn chúng ta nghĩ rằng chúng ta có thể áp dụng lý thuyết lượng tử. Và mật độ năng lượng liên quan tại thời điểm đó sẽ rất cao, các lý thuyết hiện tại của chúng ta không còn ý nghĩa nữa. Chúng ta cần một lý thuyết lượng tử hấp dẫn để làm điều này và chúng ta không có một lý thuyết nào hoạt động đủ tốt. Trên thực tế, chúng ta thậm chí không chắc chắn một lý thuyết hấp dẫn lượng tử sẽ cho phép chúng ta đi đến quy mô năng lượng nhỏ, nhỏ như vậy - thậm chí điều đó chưa được biết.

Vì vậy, chúng tôi đang ở trong vùng biển chưa được khám phá.

Vậy tại sao "không"?

Chà, để ép một hạt nhân như vậy, chúng ta sẽ phải sử dụng năng lượng cho một vùng không gian rất nhỏ - nhỏ hơn chúng ta nghĩ là có thể làm được, vì hậu quả của nguyên lý bất định. Nói một cách đơn giản, vượt quá một số điểm chúng ta không thể đồng thời nói hạt nhân ở đâu và tốc độ di chuyển của nó. Nó sẽ không thể giới hạn trong một khu vực nhỏ hơn. Điều này sẽ xảy ra rất lâu trước khi chúng ta đạt đến bán kính Schwarzschild, ở khoảng chiều dài Planck .

Như bạn sẽ thấy từ câu trả lời của @ James-K, bán kính Schwarzschild khoảng 10 ⁻⁵³  m, nhưng chiều dài Planck lớn hơn 18 bậc độ lớn khoảng 10 ⁻³⁵  m.

Vì vậy, chúng tôi không thể giới hạn thực tế và nén hạt nhân của mình vào một không gian đủ nhỏ để đạt được kích thước lỗ đen của nó.

Bây giờ chúng ta có thể đưa ra một tuyên bố chung chung rằng một lý thuyết mới có thể cung cấp một số lỗ hổng cho phép chúng ta khắc phục điều đó, nhưng dường như chúng ta không thể ngờ rằng một lý thuyết mới sẽ tái tạo hầu hết những gì chúng ta đã biết ở những giới hạn đó. Thật khó để tưởng tượng nguyên tắc không chắc chắn "đi xa" vì vậy tôi không thấy cách nào khác.

Có một khả năng chưa được chứng minh là có.

Một lý thuyết hấp dẫn lượng tử hoạt động có thể (lặp lại có thể hoặc không ) thấy rằng lực hấp dẫn ở quy mô đó thay đổi tính chất của nó và cho phép nó hình thành các chân trời sự kiện ở kích thước lớn hơn chúng ta mong đợi đối với các dải năng lượng lớn như vậy.

Nhưng chúng tôi thiếu bất kỳ bằng chứng nào để hỗ trợ cho ý tưởng đó và tôi sẽ không chuyển đổi "không" thành "có thể có" chỉ đơn giản là để có chỗ cho bất kỳ ý tưởng hoang dã nào. Đó là khoa học viễn tưởng, không phải khoa học.

Một bổ sung nhỏ cho các câu trả lời ở trên (tôi thích câu trả lời của Planck). Người ta đã nghĩ rằng có thể tạo ra các lỗ đen rất nhỏ tại CERN, về mặt lý thuyết, nhưng lý thuyết đó đòi hỏi phải có thêm kích thước để tồn tại. Bởi vì không có lỗ đen nào được quan sát, nên các kích thước phụ (trên quy mô rất nhỏ) đã bị ảnh hưởng.

Ngay cả khi những lỗ đen đó có thể được tạo ra, chúng được dự đoán sẽ bốc hơi rất nhanh. (một phần tỷ của một phần tỷ của một phần tỷ giây), nhưng ngay cả tốc độ phân rã đó cũng đáng chú ý. Không ai được chú ý.

Cũng đáng để hỏi, nếu Cern đập hai proton lại với nhau thực sự rất nhanh, và, nếu điều đó tạo ra một lỗ đen (theo lý thuyết), như trong, giả vờ là có thể. . . Lỗ đen lý thuyết này thực sự sẽ được tạo thành từ hai proton hay nó được tạo thành từ hai proton và 14 TeV cộng với động năng? Tôi nghĩ chính xác hơn khi nói rằng một lỗ đen như vậy thực sự được tạo ra từ động năng chứ không phải chính các nguyên tử.

Một số người có thể gọi đó là chia tóc trên con mèo của Schrodinger, nhưng tôi nghĩ đó là một điểm quan trọng. Động năng cực lớn của một vụ va chạm tốc độ ánh sáng gần, có thể tạo ra một lỗ đen siêu nhỏ, và trong trường hợp đó, đó là động năng nên được gọi là thành phần chính không phải là nguyên tử.