Comments 63
Вот кто-то целые галактики куда-то к себе в уголок «тащит»: Великий аттрактор
Скорее всего этот кто-то — банальная гравитация (правда темной материи там тогда должно быть аномально много). Но может быть кто-то замыслил не просто большой кабум, а вселенский и окончательный.
Хотя и там не все перечислены. Что вероятно невозможно — так это уменьшать энтропию ЧД (НЕ равно уменьшению ее энергии/массы). Хотя излучение Хокинга если работает как описано в текущих теориях, даже закон не убывания энтропии может нарушать. Правда скорее всего не на текущем этапе эволюции вселенной, которая еще слишком «теплая» для этого.
Ну вообще-то если ее оставить в покое то она будет излучать пары частица-античастица и разогреваться, причем экспоненциально и когда-то (ну оооочень когда-то) исчезнет с большим выделением энергии
Просто это такой вот «неправильный» объект — увеличение энтропии у него приводит к снижению эффективной температуры, а не ее росту.
Так или иначе, от падения в дыру вещества и излучения она только охлаждается. Никаких других возможностей воздействовать на дыру у нас нет. Поэтому и невозможно нагревать дыру. Можно только ждать, пока она сама не нагреется, теряя массу от излучения Хокинга.
Только БАК надо заменить на название ускорителя который на самом деле сможет достичь нужных энергий.
А так эти хохмы, так же как и страшилки с образованием черных дыр в БАК, которые уничтожат Землю появились из-за того, что эти вопросы в серьез (на научном уровне) рассматривались при его проектировании и строительстве. Разумеется проведя нужный анализ и расчеты все пришли к однозначному выводу, что никакой реальной опасности нет, т.к. энергии на много порядков ниже потенциально опасного уровня. Но сам факт рассмотрения таких вопросов был.
И для реально мощных установок (далеко за пределами земных технологий) это не исключается.
А еще автор упустил из виду интересные системы, в которых можно ввести отрицательную термодинамическую температуру. В таких системах ограничена максимальная энергия составляющих частиц, поэтому бесконечной температуре соответствует конечная (и не очень большая) энергия, а при дальнейшем подводе энергии к системе ее температура становится отрицательной и стремится к абсолютному нулю снизу. Таким образом, абсолютный нуль в таких системах по-прежнему недостижим, а переход к отрицательным температурам происходит через бесконечность, а не через нуль.
Ну и на БАК при желании можно экспериментально получать и изучать кварк-глюонную плазму сталкивая тяжелые ядра — температуры(энергии) даже земных ускорителей для этого уже хватает.
Как раз при взрывах крупных сверхновых дело доходит как минимум до распада атомных ядер на отдельные нуклоны
Но этот распад происходит не от высокой температуры, а от вырождения вещества при высоких плотностях — см. нейтронизация. То же касается и распада барионов на кварки.
Что же касается БАК — то там области кварк-глюонной плазмы не существуют равновесно, как это было бы при поддержании высокой температуры. Такие области создаются лишь на короткое время и быстро распадаются.
Так что это просто 2 разных подхода к описанию одного и того же процесса.
При самых крупных вспышках сверхновых происходящих по схеме гравитационного коллапса, когда гравитацию уже ничто не может остановить и ядро сжимается в ЧД — верхнего лимита по температуре уже вообще нет.
Да, в БАК это неравновесно и довольно быстро. Но все-таки там на относительно продолжительное (достаточное, чтобы потом все это можно было реконструировать по показаниям детекторов) время образуются системы из десятков-сотен тысяч связанных частиц, к которым в отличии от отдельных частиц вполне применимы понятия средней температуры, плотности, давления и т.д. которые можно изучать и оценивать.
Естественно все это очень быстро остывает и распадается, но наблюдать можно. В частности выяснили что кварк-глюонная плазма при триллионных температурах по своим свойствам и динамике намного больше похожа на жидкость, чем на газ или обычную плазму.
«Но если придать отдельной квантовой частице достаточно энергии – даже если это безмассовая частица, двигающаяся со скоростью света – она обратится в чёрную дыру!»
Ни разу не так, разумеется! Ну давайте, придайте энергии отдельной(!) частице, чтобы она превратилась в ЧД. Я посмотрю.
Придать энергии отдельной частице — это значит разогнать её. Но, заметит нам первокурсник, можно даже не разгонять частицу, а просто рассмотреть покоящийся протон в системе отсчёта, где он будет ультра-гига-релятивистским. Наверное в тот же момент протон превратится в ЧД… Что?!.. Как не превратится?.. Вот вам, Итан, и ответ.
Подсказка: требуется повысить энергию покоя(!) системы. А это возможно только при столкновениях, например. Тут да, можно и ЧД родить. Но столкновение это уже никак не отдельная частица, а как минимум две.
В современном коллайдере энергии столкновений никак не хватает для этого. Спектр масс чёрных дыр начинается на 10^26 эВ, против «смешных» 10^13 эВ в БАК. Можно говорить лишь о возникновении промежуточных (виртуальных) ЧД. Но вклад таких чернодырных петель в диаграммах, сами понимаете, ничтожен, и не может быть замечен. (В конце 90-х у меня на эту тему была дипломная работа).
Можно ли поддерживать её массу постоянной?
То есть мы получим конвертер масса энергия?
Надо заметить, что чем меньше ЧД, тем быстрее она испаряется. Т.е. процесс идёт по нарастающей, что означает взрыв в конце. Лавинообраным процесс становится при массе ЧД в тысячи тонн. Это довольно приличный бабах. Т.е. последние несколько тысяч тонн масс ЧД превращаются в энергию взрывоподобно. Землю должно разнести, если чёрную дыру вовремя не подкормить материей, чтобы она увеличилась и подостыла.
А насчёт конвертера вы правы. Это был бы отличный реактор, неразборчивый к топливу.
Землю должно разнести
Энергия выделяемая в последние 2 часа эквивалентна энергии столкновения с Чиксулубом. В последний год — с 16 Чиксулубами. Маловато чтобы самой планете навередить.
Но вот например провалившейся в ядро планеты ЧД можно не особо опасаться — скорее всего все ограничится вполне умеренными землятресениями (правда по всей поверхности одновременно) при выходе ударной волны ну и совсем маленькой дозой излучения от самых энергичных частиц смогших пройти всю толщю материи.
У меня вот смешанный чувства каждый раз как я это осознаю. С одной стороны взрыв такой мощности это "всего лишь" сравнимо с ударом 10 километровой кометы. С другой стороны удар кометы высвобождает чудовищные 5 тысяч тонн массы в энергетическом эквиваленте.
С центром земли единственное с чем я до сих пор не разобрался (каюсь, стыдно) — это если уронить 3 и более черных дыр (вроде влияние земли пренебрежимо мало на близких расстояниях и для 2х их можно рассматривать как бинарный мерджер с ожидаемым временем слияния больше жизни вселенной) — то каким будет влияние гравитационных волн?
2. Насчёт гравитационных волн я не понял проблемы. Ну будут в центре Земли вращаться несколько ЧД, и чего? Если ЧД большие, то основная потеря энергии системы на гравитационные волны, если маленькие на излучение Хокинга. Однако, на уровне ощущений, что такие ЧД, для которых важны ГВ уже достаточно велики, чтобы свободно двигаться в толще Земли, и уже будут кушать вещество.
3. Кстати когда-то давно мы делали оценку наличия скопления чёрных дыр в центре Земли (имеются ввиду ЧД наноразмеров) на основании характерного потока и спектра нейтрино от них. Значительного количества их там нет. :)
Для тех/того кто окажется близко разницы нет, т.к. в любом случае полное и гарантированное уничтожение.
Для тех/того кто в момент взрыва будет достаточно далеко разницы нет, т.к. даже простой воздух при толщине его слоя хотя бы в несколько десятков км это уже почти идеальный поглотитель рентгена. Рентген будет поглощен и потом преобразован в ионизацию и простой нагрев самого воздуха, а чуть позже эта поглощенная энергия будет переизлучена уже в виде ИК и видимого излучения и расширения быстро нагревающего от излучения воздуха.
В общем для тех кто окажется достаточно далеко от эпицентра поражающие факторы будут теми же самыми как и от падения крупного астероида/кометы или от взрыва сверхмощной термоядерной бомбы — сначала сильное тепловое излучение, потом ударная волна (воздушная, поземная, на побережье еще цунами). Позже в долгосрочной перспективе — проблемы с атмосферой из-за загрязнение ее радиоактивными элементами(наведенная радиация) и большим количеством пыли выброшенной в стратосферу и вызывающей похолодание и дефицит солнечного света («ядерная зима»).
А вот время непосредственно самого слияния (финальной фазы сближения) должно быть на порядки больше чем у ЧД зведных масс. Т.е. как таковой яркой «вспышки» грав. волн не будет — будет постепенно растущая мощность и частота излучения.
Другой вопрос что вероятность этого крайне мала — скорее они будут независимо вращаться вокруг глобального центра масс, а не вокруг друг дружки — и в данном случае этот центр будет задаваться массой Земли, плотность которой хоть и мала, но вот общая масса на много(12-14) порядков больше интересующего нас диапазона масс ЧД.
Чтобы притяжение соседней ЧД оказалось сильнее гравитации Земли и сильнее взаимного отталкивания излучением — они должны пройти ну очень близко друг от друга.
Влияние грав. волн должно стремиться к нулю — в любом случая в виде грав. волн может выделиться только относительно небольшая часть общей массы-энергии системы и эти волны имеют очень слабое влияние на материю через которую они проходят. По грубой прикидке амплитуда грав. волн должна быть не намного выше чем у недавних открытий грав. волн, которые вообще с огромным трудом засекли на грани чувствительности самых совершенных детекторов. Но при этом на много порядков выше максимальная частота этих колебаний и их продолжительность.
не оттолкнув друг дружку излучением хокинга в процессе?ЧД размером 1/6 протона не должны сильно особо отталкиваться этим.
массой Земли, плотность которой хоть и мала, но вот общая масса на много(12-14) порядков больше интересующего нас диапазона масс ЧД.В центре земли притяжение колеблется вокруг нуля. земля же в разные стороны почти равномерно тянет.
По грубой прикидке амплитуда грав. волн должна быть не намного выше чем у недавних открытий грав. волн, которые вообще с огромным трудом засекли на грани чувствительности самых совершенных детекторов. Но при этом на много порядков выше максимальная частота этих колебаний и их продолжительность.По грубой прикидке при переходе нескольких процентов масс таких ЧД в гравитационные волны на расстоянии 6000км (от центра земли до поверхности) они будут очень даже заметны.
Точно в центре Земли — да. Но ЧД провалившиеся к центру не будут неподвижно висеть где-то около центра — с учетом очень высокой проникающей способности квантовых ЧД, для которых материя практически «прозрачна» провалившаяся ЧД падая к центру сильно разгонится (преобразовав свою потенциальную энергию гравитационной связи ЧД-центр масс Земли в кинетическую) и пролетит этот самый центр на высокой скорости практически вылетев с обратной стороны Земли. По прошествии очень большого времени эти скачки к поверхности и падения обратно к центру будут постепенно затухать, но очень и очень медленно — инерция у таких ЧД очень большая (речь же о массах от миллионов тонн до тысяч тонн на самом последнем этапе), а сечение при этом меньше чем у элементарных частиц (на последнем этапе — на неск. порядков меньше), заряда и взаимодействий с материей кроме гравитации никаких нет — даже если ЧД и была изначально заряжена, без целенаправленного поддержания этого заряда она быстро его нейтрализует как за счет собственного излучения (у заряженной ЧД оно становится не симметричным по заряду — она с большей вероятностью излучает частицы имеющие тот же знак заряда что и сама и за счет этого разряжается) так и за счет предпочтительного поглощения частиц материи с противоположным зарядом при пролете сквозь материю. Поэтому «тормозить» двигаясь сквозь материю им практически нечем.
В результате такие ЧД должны выйти на какие-то весьма широкие орбиты вокруг центра Земли и летать под поверхностью. Для каждой ЧД эта орбита должна быть своей, зависящей от точки входа, массы, времени и начальной скорости. Перейти на орбиту друг вокруг друга вместо общего центра возможно, но с очень низкой вероятностью — 2 ЧД должны пройти либо очень близко к друг другу, где сила взаимного притяжения будет досаточно высокой. Либо оказаться на сходных орбитах и скоростях, чтобы взаимные (относительные) скорости были малы. Иначе втречающиеся ЧД будут просто пролетать мимо друг друга на скорости двигаясь по орбитам вокруг центра Земли.
По грубой прикидке при переходе нескольких процентов масс таких ЧД в гравитационные волны на расстоянии 6000км (от центра земли до поверхности) они будут очень даже заметны.
Частоту и время слияния учитывали? Общая энергия ушедшая в грав. волны будет значительной и дошедшей до повехности Земли тоже. Но чем мельче ЧД, тем дольше растягивается процесс финального слияния — эта энергия будет выделяться в течении очень большого времени, а не за секунды как при слиянии ЧД звездных масс.
Ну и частота так же на порядки выше — энергия грав. волны пропорциональна квадрату частоты и амплитуды. Частота тут будет очень большая, а вот амплитуда (собственно искажения метрики пространства-времени) невысокие.
Касательно финальной мощности — где я не прав?
Формула мощности:
Гравитационный радиус линейно пропорционален массе, в числителе масса в 5 степени, в знаменателе радиус в 5 степени. Т.е. в конце мощность вроде должна быть примерно равной?
Заметны — я имел ввиду по плотности энергии.
Не совсем неправы, просто не точно. Это классическая формула работающая до тех пор пока расстояния между телами (ЧД в нашем случае) много больше чем их радиусы, скорости их движения много меньше скорости света, а форма тел близка к шару или по крайней мере симметричная относительно центра массы.
На конечном этапе слияния ЧД все эти три условия нарушаются и формула дает сильную ошибку (до нескольких порядков). Аналитического решения для этого этапа нет, только моделированием.
Самый мощный всплеск(на много порядков) мощности волн происходит в момент соприкосновения горизонтов событий. И чем больше были размеры/массы ЧД тем раньше произойдет этот скачкообразный переход ок от процесса сближения по спирали(примерно описываемый приведенной формулой) к ультрарелятивистским процессам непосредственно финального слияния в котором собственно и выделяется основная часть энергии, а мощность грав. волн достигает максимума.
Как там считается(моделируется) это на последнем этапе я не знаю, но примеры моделей которые попадались (и которые пока согласуются с той парой экспериментальных наблюдений что пока есть), показывают что со снижением масс ЧД этот финальный этап занимает все больше времени, а излучаемая в процессе мощность снижается.
Для примера 2 официально подтвержденных наблюдения слияний ЧД:
GW150914 — масса пары ЧД 36+29 солнечных, финальный этап слияния занял порядка 0.2 секунды(основной всплеск вообще меньше 0.1с), за которые выделилась энергия эквивалентная массе порядка 3х солнечных, т.е. мощность излучения в конце слияния 2.5*10^48 Вт
GW151226 — масса пары ЧД 14+7.5 солнечных, финальный этап слияния занял порядка 1 секунды, за которые выделилась энергия эквивалентная массе порядка 1 солнечной, т.е. мощность излучения в конце слияния 1.8*10^47 Вт
Т.е. 3х кратное снижение массы системы (пары ЧД) приводит к аналогичному примерно 3х кратному снижению общей энергии выделяющейся на конечном этапе слияния и более чем 3х кратному увеличению длительности этого процесса, а мощность излучения на конечном этапе соответственно снижается больше чем в 10 раз. Моделей для ЧД меньшей чем зведных масс я правда не видел, так что не знаю как оно дальше в сторону очень маленьких ЧД масштабируется. Видимо из-за того что их практическое существование вообще под большим вопросом, то никто всерьез этим вопросом не занимается сейчас…
Ну и насчет плотности энергии — насколько я понимаю, до тех пор пока амплитута волн много меньше чем характерные расстояния атомных(сильных) и электромагнитных взаимодействий в материи никаких макроскопических эффектов от прохождения грав. волн вообще не будет — независимо от мощности или плотности их энергии. А амплитуда с уменьшением размеров ЧД снижается еще намного быстрее чем мощность.
Очень тонкий баланс получается и на таких размерах не понятно как быстро если что подпитать дыру, зато «легко» в случае чего её изолировать пока не начала жрать матерю вокруг. Это мне кажется гораздо перспективней, чем уже набившая оскомину «сфера Дайсона» своей унылостью времён паровоза
Спросите Итана №92: есть ли ограничение на максимальную температуру?