我可以用一个或两个原子做一个黑洞吗?


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所以我在看一些说

如果我们将地球压缩成花生大小:我们将得到一个黑洞;

如果我们将珠穆朗玛峰压缩到几纳米;我们会遇到一个黑洞。

我可以用一个或两个原子做一个黑洞吗?如果是,它会变大并变成正常大小的黑洞吗?


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这里有类似的问题: astronomy.stackexchange.com/questions/12466/… 在一对原子的质量下,您会遇到尚未解决的量子引力问题。
userLTK '17

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这是一个毫无意义的可怜的问题。原子的动力学由量子力学来描述,而黑洞则是对经典(非量子)理论的预测。
Walter

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@Walter我们尚未开发出回答问题所需的理论,这一事实并不会使该问题“毫无意义”或“可怜”。的确,由于有人提出了一个当时的现行理论无法回答的问题,因此理论上取得了每一个进步。
David Richerby

@DavidRicherby我不同意。这个问题的正确答案(不是“是和否” :-))是,它不是一个格式正确的问题。
卡尔·威索夫特

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@CarlWitthoft说这不是一个格式正确的问题。我的反对意见是说这是没有意义的,并且很贫穷,因为我们没有量子引力理论。
David Richerby '17

Answers:


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有两个答案:是和否。

是的,因为每个质量M都有由给出的Schwarzschild半径(其中G是重力常数(大约,c是光速(大约3000)。如果将某物体压缩到其Schwarzschild半径,它将变成黑洞,您可以对一个原子执行此操作,例如,碳原子的质量为因此其Schwartzschild半径为 6.7×1011m/s2×1026kg2×6.7×1011×2×10262GMc26.7×1011m/s2×1026kg

2×(6.7×1011)×(2×1026)30000000023×1053 metres

因此,实际答案是“ 否”,因为没有可行的方法将原子压缩到此大小。这里重要的事实是,该尺寸是如此之小,以至于这个小物体的行为不像小球,而是量子力学对象。但是黑洞是由广义相对论建模的引力物体,相对论和量子力学不能很好地协同工作。换句话说,我们没有科学的模型来描述原子质量黑洞的行为。

斯蒂芬·霍金(Stephen Hawking)已证明,小黑洞不稳定,因此原子质量黑洞非常不稳定,并且会在很短的时间内蒸发掉。


这里没有适用的传递属性吗?在“正常”黑洞中,所有内容是否压缩得如此之快,以至于即使原子都击中了Schwarzschild半径?
大卫说莫妮卡(Monica)恢复职权

实际上,斯蒂芬·霍金(Stephen Hawking)难道不提出一种机制,使小黑洞不稳定并蒸发吗?可以证明这种机制与理论相符,但是并不能证明其确实发生了。
David Richerby '17

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@DavidRicherby是的,爱因斯坦提出了一种吸引群众的机制。都是理论。没有人直接观察到黑洞。但是黑洞和霍金辐射通常被接受。
James K

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由于该值大约是普朗克长度的,因此几乎排除了“是”部分1018
Carl Witthoft

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我认为答案是否定的

如果我们尝试压缩这些原子,我们最终(最终)会使核子靠近得足够近而被迫融合。融合意味着我们已经形成了一个核。

这个阶段是不可避免的。

那么,您的两个原子问题现在简化为单个原子核是否可以形成黑洞?

原子核是一种复杂的夸克-胶子混合物,如果我们对其进行更多压缩,则最终会得到非常密集的版本,而我们基本上没有物理模型可以正确建模。

传统的广义相对论不可能应用到如此之小以至于实际上小于我们认为可以应用量子理论的事物。那时的能量密度太高了,我们目前的理论不再有意义。我们需要一种量子引力理论来做到这一点,而我们还没有一个足够好的理论。实际上,我们甚至不确定重力的量子理论是否可以使我们达到如此小的高能级,即使这是未知的。

因此,我们处于未知领域。

那么为什么“不”呢?

好吧,要迫使原子核如此压缩,我们将不得不在很小的空间区域施加能量-由于不确定性原理的结果,它比我们认为可能做的小。简单地说,超出某些点,我们将无法同时说出原子核在哪里以及其移动速度有多快。不可能局限于一个较小的区域。这很可能在我们到达Schwarzschild半径之前,大约在Planck长度处发生

正如您从@ James-K的答案中看到的那样,Schwarzschild半径大约为10 -53  m,而Planck长度大约为10 -35  m,18个数量级

因此,我们无法现实地将原子核限制并压缩到足够小的空间以至于无法达到其黑洞大小。

现在,我们可以做出笼统的声明,说新理论可能会提供一些漏洞,让我们可以解决这个问题,但是似乎不太可能,因为我们期望新理论能够重现我们在那些极限下已经知道的大多数情况。很难想象不确定性原则会“消失”,所以我看不出有解决办法。

答案是肯定的。

起作用的量子引力论可能(重复可能会可能不会)发现,在该尺度上的引力会改变其特性,并使其能够形成比我们目前预期的质量能范围更大的事件视界。

但是我们缺乏任何证据来支持该想法,并且我不会将“否”转换为“也许是”只是为了留出任何想法。那是科幻小说,不是科学。


MathJax没有显示那样的单位…… m被格式化为变量。
JDługosz

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除了上述答案(我喜欢普朗克长度的答案)之外,还有一点点补充。有人认为,从理论上讲,在欧洲核子研究中心(CERN)可能会制造出非常小的黑洞,但该理论要求存在额外的尺寸。因为没有观察到黑洞,所以额外的尺寸(很小的比例)理论受到了打击。

即使可以创建这些黑洞,也可以预测它们会非常迅速地蒸发。(十亿分之一秒的十亿分之一的十亿分之一),但即使是这样的衰减速度也应该是明显的。没有人注意到。

值得一提的是,欧洲核子研究组织(CERN)是否真的非常快地将两个质子撞在一起,并且,如果这样(理论上)会造成黑洞,则假装这是可能的。。。这个理论上的黑洞是真的由两个质子组成还是由两个质子和14 TeV加上动能组成?我认为说这样一个黑洞确实是由动能产生的,而不是由原子本身产生的,这更准确。

有人可能会说这是在薛定inger的猫上劈毛,但我认为这很重要。接近光速碰撞时产生的巨大动能可能仅会产生一个微黑洞,在这种情况下,应将动能称为主要成分,而不是原子。


一种有趣的查看方式。
StephenG

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具有额外尺寸的理论的想法是,存在额外的(第四,第五等)空间尺寸,这些尺寸非常小,因此,在小于这些额外尺寸的尺寸的比例尺上,引力要强得多。这将普朗克(能量)标度降低到了LHC等对撞机可访问的能量。
Andre Holzner
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