Azərbaycan
Deutschland
Lietuva
ශ්රී ලංකාව
Türkiyə
Juodoji mikrobedugnė maža hipotetinė juodoji bedugnė taip pat vadinama kvantmechanine juodąja bedugne arba juodąja bedug
Juodoji mikrobedugnė
Juodoji mikrobedugnė – maža hipotetinė juodoji bedugnė, taip pat vadinama kvantmechanine juodąja bedugne arba juodąja bedugne, kurią veikia kvantinės mechanikos dėsniai.
Spėjama, jog šios kvantinės pirmykštės juodosios bedugnės susikūrė didelio tankio aplinkoje ankstyvojoje visatos egzistavimo fazėje arba Didžiojo sprogimo metu arba per vėlesnį visatos augimo laikotarpį. Netolimoje ateityje astrofizikai galbūt galės jas fiksuoti, dėl Hokingo spinduliavimo, kurį, spėjama, šios juodosios bedugnės spinduliuoja.
Kai kurios teorijos, naudojančios papildomus erdvės matavimus, teigia, jog juodosios mikrobedugnė gali būti susiformavusios teraelektronvoltų energijose, kurias įmanoma išgauti dalelių greitintuvuose, tokiuose kaip Didysis hadronų priešpriešinių srautų greitintuvas.
Dėl šios priežasties yra iškeltos su tuo susijusios pasaulio pabaigos scenarijaus teorijos. Tačiau susikūrusios šios kvantinės juodosios bedugnės tuojau pat išnyktų visiškai arba palikdamos po savęs labai silpnai sąveikaujančių liekanų. Be to, netgi be teorinių argumentų, mes žinome, jog kosminiai spinduliai, atkeliaujantys iki Žemės, nesukelia jokios žalos, nors ir siekia energijas iki šimtų TeV.
Minimali juodosios bedugnės masė
Iš esmės juodoji bedugnė gali turėti bet kokią masę, didesnę nei . Tam, kad susiformuotų juodoji bedugnė, reikia sukoncentuoti pakankamai masės arba energijos, kad ištrūkimo iš sferos, kurioje ji yra sukoncentruota, greitis būtų didesnis arba lygus šviesos greičiui. Ši sąlyga mums duoda –
– kur G yra Niutono gravitacijos konstanta, c yra šviesos greitis, M yra masė.
Antra vertus, λ = h / Mc, kur h yra Planko konstanta, nusako minimalius matmenis objekto, kurio masė M ramybės būsenoje gali būti aptikta.
Dėl to jokia bedugnė negali būti mažesnė nei pusė Švarčšildo spindulio. Ši mažiausia juodosios bedugnės masė dėl to maždaug atitinka Planko masę.
Kai kurios šiuolaikinės fizikos teorijos teigia egzistuojant papildomus erdvės matavimus. Aukštesnės dimensijos kosmoso laike, gravitacijos jėga didėja sparčiau, sumažindama atstumą tarp trijų dimensijų. Su tam tikromis specialiomis papildomų dimensijų konfigūracijomis, šis efektas gali nuleisti Planko skalę į TeV spektro sritį. Šių teorijų pavyzdžiais galėtų būti didelio matmens, specialūs Randall-Sundrum modeliai ir stygų teorijos variantai.
Pagal šiuos scenarijus, juodųjų bedugnių kūrimas gali būti svarbus ir didžiajame hadronų priešpriešinių srautų greitintuve įmanomas stebėti efektas. Tai taip pat būtų dažnas natūralus kosminės spinduliuotės sukeltas fenomenas.
Juodosios mikro bedugnės stabilumas
1974 metais Stivenas Hokingas ėmė teigti, jog dėl kvantinių efektų juodosios bedugnės išnyksta proceso, kuris dabar vadinamas Hokingo spinduliavimas, metu. Šio proceso metu susidaro elementariosios dalelės (fotonai, elektronai, kvarkai ir t. t.). Skaičiavimai rodo, kad juo mažesnė yra juodoji bedugnė, juo greičiau ji išnyksta. Tai vyksta juodajai bedugnei sprogstant, o šios sprogimo metu ir susidaro daugybė minėtųjų dalelių.
Bet kuri pirmykštė, pakankamai mažos masės, juodoji bedugnė turėtų išnykti beveik iki Planko (Planck) masės per laikotarpį atitinkantį Visatos gyvavimo trukmę. Šio proceso metu mažosios juodosios bedugnės išspinduliuoja materiją. Grubiai tariant, tai turėtų atrodyti, kaip virtualių dalelių poros atsirandančios iš vakuumo, kurių viena būna sulaikyta, o kita išsiveržia iš juodosios bedugnės lauko. To rezultatas yra juodosios bedugnės masės praradimas, vykstantis dėl energijos tvermės dėsnio. Remiantis juodųjų bedugnių termodinamikos (black hole thermodynamics) formule, kuo daugiau juodoji bedugnė netenka masės, tuo ji tampa karštesnė it tuo greičiau išnyksta iki lygmens, kol pasiekia Planko masę. Šiame etape juodoji bedugnė įgyja Hokingo temperatūrą apskaičiuojamą TP / 8π (5.6×1032 K), kas reiškia, jog Hokingo dalelė įgyja energiją palyginamą su juodosios bedugnės mase. Todėl termodinaminis apibūdinimas tampa nebetinkamu. Tokia mini juodoji bedugnė taip pat turėtų tik 4π nitų (nats) entropiją, esančia apytiksliai mažiausios įmanomos vertės. Tad nuo šio momento, objektas nebegali būti vadinamas klasikine juodąja bedugne ir Hokingo skaičiavimai taip pat nebegali būti taikomi.
Kadangi dėl Hokingo spinduliavimo teorijos kartais kyla klausimų, Leonardas Suskindas (Leonard Susskind) savo paskutinėjė knygoje apibendrindamas teigia, jog net jei dėl to ir yra keliamas klausimas, visada atsiras teigiančių, jog juodosios bedugnės neišnyksta. Tačiau, to paties autoriaus teigimu, šios idėjos turėtų būti greitai atmestos, nes yra niekinės.
Galutinės būsenos hipotezė
Galutinės būsenos hipotezė nagrinėjant juodąsias bedugnes teigia, kad jos susinaikina ir pavirsta Planko (Planck) masės dydžio juodosios bedugnės liekana. Jei spėjimas apie kvantines juodąsias bedugnes yra teisinga, tada priartėjus prie Planko masės galimų kvantinių jos būsenų skaičius turėtų būti toks mažas, kad sąveika turėtų būti neaptinkama. Teigiama, jog Planko masės juodosios bedugnės daugiau nebepajėgia nei absorbuoti energijos gravitaciškai, kaip klasikinės juodosios bedugnės, dėl padidėjusio atotrūkio tarp energijos lygių, nei išspinduliuoti Hokingo dalelių dėl tos pačios priežasties. Todėl jos turėtų būti stabilūs objektai. Tokiu atveju jos būtų silpnai veikiančios milžiniškos dalelės (WIMPs), kas paaiškintų tamsiosios medžiagos egzistavimą.
Formavimasis ankstyvojoje visatoje
Tam, kad susidarytų juodoji bedugnė reikalinga atitinkama masės ir energijos koncentracija Švarčšildo spindulyje. Teigiama, jog iškart po Didžiojo sprogimo Visata buvo tokia tanki, jog tilpo savo pačios Švarčšildo spindulyje. Nepaisant to, net tada Visata negalėjo susmegti į juodąsias bedugnes, dėl to, kad jos masė buvo tolygiai pasiskirsčiusi ir ji labai greitai plėtėsi. Tačiau įvairaus dydžio juodosios bedugnės galėjo atsirasti lokaliai. Tokiu būdu susiformavusios juodosios bedugnės yra vadinamos pirmykštėmis juodosiomis bedugnėmis (primordial black hole).
Tikėtinai pastebimi efektai
Pirmykštės juodosios bedugnės, kurių masė būtų apie 1015 gramų turėtų kaip tik baigti savo išnykimo procesą šiuo metu; lengvesnės jau apskritai būtų išnykę. Optimistinėmis aplinkybėmis 2008 metų birželį paleistas Fermi Gamma-ray Space Telescope palydovinis teleskopas, galėtų aptikti eksperimentinių įrodymų, dėl netoliese esančių ar buvusių juodųjų bedugnių, susekdamas jų skleidžiamą gama spinduliuotę.
Visgi mažai tikėtina, jog sąveiką tarp mikroskopinės juodosios bedugnės ir objekto, tokio kaip žvaigždė ar planeta, būtų įmanoma pastebėti. Taip yra dėl to, kad mažas spindulys ir didelis juodosios bedugnės tankis leistų jai prasiskverbti tiesiai pro bet kokį objektą sudarytą iš normalių atomų, sąveikaujant vos su keliais objekto atomais. Vis dėlto, teigiama ir tai, jog mažai juodajai bedugnei (esančiai pakankamos masės) skverbiantis per Žemės planetą, būtų įmanoma akustiškai ar seismiškai aptikti jos buvimą.
Dirbtinai sukurtos juodosios bedugnės
Ar žmonės gali sukurti juodąsias bedugnes?
Mums pažįstamoje trijų dimensijų gravitacijoje minimalus energijos kiekis reikalingas mikroskopinei juodajai bedugnei yra 1019 GeV, kuris turėtų būti sukoncentruotas maždaug 10-33 cm skersmens regione. O tai yra dar toli palyginus su tuo, ką šiuo metu gali pasiūlyti dabartinės technologijos. Skaičiuojama, jog tam, kad sukelti reikiamą dviejų dalelių susidūrimą Planko ilgio nuotolyje su šiuo metu pasiekiamu magnetinio lauko stiprumu, reikėtų žiedinio greitintuvo su maždaug 1000 šviesmečių ilgio diametru, kad dalelės būtų išlaikytos reikiamoje trajektorijoje. Stivenas Hokingas taip pat savo knygoje „Trumpa laiko istorija“ (Brief History of Time) taip pat teigia, jog fizikas Džonas Archibaldas Vyleris (John Archibald Wheeler) kartą apskaičiavo, jog labai galinga vandenilinė bomba, kuriai pagaminti būtų sunaudotas visas žemėje esantis vanduo, taip pat galėtų sukurti juodąją mikrobedugnę, tačiau knygos autorius su juo nesutinka, nes tam trūkstama įtikinamų įrodymų.
Vis dėlto, kai kuriuose hipotetiniuose scenarijuose, kuriuose veikia papildomos erdvės dimensijos, Planko masė gali būti tokia maža, kad įsitektų TeV spektre. Didysis hadronų priešpriešinių srautų greitintuvas arba ateities dar galingesni greitintuvai, kaip buvo teigiama 2001 metais, gali sumodeliuoti tokią situaciją, kurią būtų net galima stebėti atitinkamų detektorių pagalba.
Saugumo argumentai
Ar gali tai pakenkti Žemei?
Remiantis Hokingo skaičiavimais ir kvantinės fizikos dėsniais, teigiama, jog juodosios mikrobedugnės išnyksta beveik akimirskniu. Taip pat teigiama, kad jei sukurtos juodosios bedugnės galėtų pakenkti Žemės planetai, pastaroji jau būtų sunaikinta kosminės spinduliuotės, kuri turėtų kurti analogiškas juodąsias bedugnes. O tai, kaip žinia, nėra įvykę. Taip pat mikroskopinės juodosios bedugnės sukurtos dalelių greitintuve būtų ypač mažos ir turinčios didelį greitį, kas reikštų, jog jos negalėtų įgauti pavojingai didelės masės prieš palikdamos Žemės planetą.
Nuorodos
- D. Page, Phys. Rev. D13 (1976) 198: first detailed studies of the evaporation mechanism
- B.J. Carr & S.W. Hawking, Mon. Not. Roy. Astron. Soc 168 (1974) 399: links between primordial black holes and the early universe
- A. Barrau et al., Astron. Astrophys. 388 (2002) 676, Astron. Astrophys. 398 (2003) 403, Astrophys. J. 630 (2005) 1015: experimental searches for primordial black holes thanks to the emitted antimatter
- A. Barrau & G. Boudoul, Review talk given at the International Conference on Theoretical Physics TH2002: cosmology with primordial black holes
- A. Barrau & J. Grain, Phys. Lett. B 584 (2004) 114: searches for new physics (quantum gravity) with primordial black holes
- P. Kanti, Int. J. Mod. Phys. A19 (2004) 4899: evaporating black holes and extra-dimensions
- D. Ida, K.-y. Oda & S.C.Park, [1]: determination of black hole’s life and extra-dimensions
- Sabine Hossenfelder: What Black Holes Can Teach Us, hep-ph/0412265
Autorius: www.NiNa.Az
Išleidimo data:
vikipedija, wiki, lietuvos, knyga, knygos, biblioteka, straipsnis, skaityti, atsisiųsti, nemokamai atsisiųsti, mp3, video, mp4, 3gp, jpg, jpeg, gif, png, pictu, mobilusis, porn, telefonas, android, iOS, apple, mobile telefl, samsung, iPhone, xiomi, xiaomi, redmi, pornografija, honor, oppo, Nokia, Sonya, mi, pc, web, kompiuteris, Informacija apie Juodoji mikrobedugnė, Kas yra Juodoji mikrobedugnė? Ką reiškia Juodoji mikrobedugnė?
Juodoji mikrobedugne maza hipotetine juodoji bedugne taip pat vadinama kvantmechanine juodaja bedugne arba juodaja bedugne kuria veikia kvantines mechanikos desniai Spejama jog sios kvantines pirmykstes juodosios bedugnes susikure didelio tankio aplinkoje ankstyvojoje visatos egzistavimo fazeje arba Didziojo sprogimo metu arba per velesnį visatos augimo laikotarpį Netolimoje ateityje astrofizikai galbut gales jas fiksuoti del Hokingo spinduliavimo kurį spejama sios juodosios bedugnes spinduliuoja Kai kurios teorijos naudojancios papildomus erdves matavimus teigia jog juodosios mikrobedugne gali buti susiformavusios teraelektronvoltu energijose kurias įmanoma isgauti daleliu greitintuvuose tokiuose kaip Didysis hadronu priespriesiniu srautu greitintuvas Del sios priezasties yra iskeltos su tuo susijusios pasaulio pabaigos scenarijaus teorijos Taciau susikurusios sios kvantines juodosios bedugnes tuojau pat isnyktu visiskai arba palikdamos po saves labai silpnai saveikaujanciu liekanu Be to netgi be teoriniu argumentu mes zinome jog kosminiai spinduliai atkeliaujantys iki Zemes nesukelia jokios zalos nors ir siekia energijas iki simtu TeV Minimali juodosios bedugnes maseIs esmes juodoji bedugne gali tureti bet kokia mase didesne nei Tam kad susiformuotu juodoji bedugne reikia sukoncentuoti pakankamai mases arba energijos kad istrukimo is sferos kurioje ji yra sukoncentruota greitis butu didesnis arba lygus sviesos greiciui Si salyga mums duoda rsh 2GMc2 displaystyle r sh frac 2GM c 2 kur G yra Niutono gravitacijos konstanta c yra sviesos greitis M yra mase Antra vertus l h Mc kur h yra Planko konstanta nusako minimalius matmenis objekto kurio mase M ramybes busenoje gali buti aptikta Del to jokia bedugne negali buti mazesne nei puse Svarcsildo spindulio Si maziausia juodosios bedugnes mase del to mazdaug atitinka Planko mase Kai kurios siuolaikines fizikos teorijos teigia egzistuojant papildomus erdves matavimus Aukstesnes dimensijos kosmoso laike gravitacijos jega dideja sparciau sumazindama atstuma tarp triju dimensiju Su tam tikromis specialiomis papildomu dimensiju konfiguracijomis sis efektas gali nuleisti Planko skale į TeV spektro sritį Siu teoriju pavyzdziais galetu buti didelio matmens specialus Randall Sundrum modeliai ir stygu teorijos variantai Pagal siuos scenarijus juoduju bedugniu kurimas gali buti svarbus ir didziajame hadronu priespriesiniu srautu greitintuve įmanomas stebeti efektas Tai taip pat butu daznas naturalus kosmines spinduliuotes sukeltas fenomenas Juodosios mikro bedugnes stabilumas1974 metais Stivenas Hokingas eme teigti jog del kvantiniu efektu juodosios bedugnes isnyksta proceso kuris dabar vadinamas Hokingo spinduliavimas metu Sio proceso metu susidaro elementariosios daleles fotonai elektronai kvarkai ir t t Skaiciavimai rodo kad juo mazesne yra juodoji bedugne juo greiciau ji isnyksta Tai vyksta juodajai bedugnei sprogstant o sios sprogimo metu ir susidaro daugybe minetuju daleliu Bet kuri pirmykste pakankamai mazos mases juodoji bedugne turetu isnykti beveik iki Planko Planck mases per laikotarpį atitinkantį Visatos gyvavimo trukme Sio proceso metu mazosios juodosios bedugnes isspinduliuoja materija Grubiai tariant tai turetu atrodyti kaip virtualiu daleliu poros atsirandancios is vakuumo kuriu viena buna sulaikyta o kita issiverzia is juodosios bedugnes lauko To rezultatas yra juodosios bedugnes mases praradimas vykstantis del energijos tvermes desnio Remiantis juoduju bedugniu termodinamikos black hole thermodynamics formule kuo daugiau juodoji bedugne netenka mases tuo ji tampa karstesne it tuo greiciau isnyksta iki lygmens kol pasiekia Planko mase Siame etape juodoji bedugne įgyja Hokingo temperatura apskaiciuojama TP 8p 5 6 1032 K kas reiskia jog Hokingo dalele įgyja energija palyginama su juodosios bedugnes mase Todel termodinaminis apibudinimas tampa nebetinkamu Tokia mini juodoji bedugne taip pat turetu tik 4p nitu nats entropija esancia apytiksliai maziausios įmanomos vertes Tad nuo sio momento objektas nebegali buti vadinamas klasikine juodaja bedugne ir Hokingo skaiciavimai taip pat nebegali buti taikomi Kadangi del Hokingo spinduliavimo teorijos kartais kyla klausimu Leonardas Suskindas Leonard Susskind savo paskutineje knygoje apibendrindamas teigia jog net jei del to ir yra keliamas klausimas visada atsiras teigianciu jog juodosios bedugnes neisnyksta Taciau to paties autoriaus teigimu sios idejos turetu buti greitai atmestos nes yra niekines Galutines busenos hipotezeGalutines busenos hipoteze nagrinejant juodasias bedugnes teigia kad jos susinaikina ir pavirsta Planko Planck mases dydzio juodosios bedugnes liekana Jei spejimas apie kvantines juodasias bedugnes yra teisinga tada priartejus prie Planko mases galimu kvantiniu jos busenu skaicius turetu buti toks mazas kad saveika turetu buti neaptinkama Teigiama jog Planko mases juodosios bedugnes daugiau nebepajegia nei absorbuoti energijos gravitaciskai kaip klasikines juodosios bedugnes del padidejusio atotrukio tarp energijos lygiu nei isspinduliuoti Hokingo daleliu del tos pacios priezasties Todel jos turetu buti stabilus objektai Tokiu atveju jos butu silpnai veikiancios milziniskos daleles WIMPs kas paaiskintu tamsiosios medziagos egzistavima Formavimasis ankstyvojoje visatojeTam kad susidarytu juodoji bedugne reikalinga atitinkama mases ir energijos koncentracija Svarcsildo spindulyje Teigiama jog iskart po Didziojo sprogimo Visata buvo tokia tanki jog tilpo savo pacios Svarcsildo spindulyje Nepaisant to net tada Visata negalejo susmegti į juodasias bedugnes del to kad jos mase buvo tolygiai pasiskirsciusi ir ji labai greitai pletesi Taciau įvairaus dydzio juodosios bedugnes galejo atsirasti lokaliai Tokiu budu susiformavusios juodosios bedugnes yra vadinamos pirmykstemis juodosiomis bedugnemis primordial black hole Tiketinai pastebimi efektaiPirmykstes juodosios bedugnes kuriu mase butu apie 1015 gramu turetu kaip tik baigti savo isnykimo procesa siuo metu lengvesnes jau apskritai butu isnyke Optimistinemis aplinkybemis 2008 metu birzelį paleistas Fermi Gamma ray Space Telescope palydovinis teleskopas galetu aptikti eksperimentiniu įrodymu del netoliese esanciu ar buvusiu juoduju bedugniu susekdamas ju skleidziama gama spinduliuote Visgi mazai tiketina jog saveika tarp mikroskopines juodosios bedugnes ir objekto tokio kaip zvaigzde ar planeta butu įmanoma pastebeti Taip yra del to kad mazas spindulys ir didelis juodosios bedugnes tankis leistu jai prasiskverbti tiesiai pro bet kokį objekta sudaryta is normaliu atomu saveikaujant vos su keliais objekto atomais Vis delto teigiama ir tai jog mazai juodajai bedugnei esanciai pakankamos mases skverbiantis per Zemes planeta butu įmanoma akustiskai ar seismiskai aptikti jos buvima Dirbtinai sukurtos juodosios bedugnesAr zmones gali sukurti juodasias bedugnes Mums pazįstamoje triju dimensiju gravitacijoje minimalus energijos kiekis reikalingas mikroskopinei juodajai bedugnei yra 1019 GeV kuris turetu buti sukoncentruotas mazdaug 10 33 cm skersmens regione O tai yra dar toli palyginus su tuo ka siuo metu gali pasiulyti dabartines technologijos Skaiciuojama jog tam kad sukelti reikiama dvieju daleliu susidurima Planko ilgio nuotolyje su siuo metu pasiekiamu magnetinio lauko stiprumu reiketu ziedinio greitintuvo su mazdaug 1000 sviesmeciu ilgio diametru kad daleles butu islaikytos reikiamoje trajektorijoje Stivenas Hokingas taip pat savo knygoje Trumpa laiko istorija Brief History of Time taip pat teigia jog fizikas Dzonas Archibaldas Vyleris John Archibald Wheeler karta apskaiciavo jog labai galinga vandeniline bomba kuriai pagaminti butu sunaudotas visas zemeje esantis vanduo taip pat galetu sukurti juodaja mikrobedugne taciau knygos autorius su juo nesutinka nes tam trukstama įtikinamu įrodymu Vis delto kai kuriuose hipotetiniuose scenarijuose kuriuose veikia papildomos erdves dimensijos Planko mase gali buti tokia maza kad įsitektu TeV spektre Didysis hadronu priespriesiniu srautu greitintuvas arba ateities dar galingesni greitintuvai kaip buvo teigiama 2001 metais gali sumodeliuoti tokia situacija kuria butu net galima stebeti atitinkamu detektoriu pagalba Saugumo argumentaiAr gali tai pakenkti Zemei Remiantis Hokingo skaiciavimais ir kvantines fizikos desniais teigiama jog juodosios mikrobedugnes isnyksta beveik akimirskniu Taip pat teigiama kad jei sukurtos juodosios bedugnes galetu pakenkti Zemes planetai pastaroji jau butu sunaikinta kosmines spinduliuotes kuri turetu kurti analogiskas juodasias bedugnes O tai kaip zinia nera įvyke Taip pat mikroskopines juodosios bedugnes sukurtos daleliu greitintuve butu ypac mazos ir turincios didelį greitį kas reikstu jog jos negaletu įgauti pavojingai dideles mases pries palikdamos Zemes planeta NuorodosD Page Phys Rev D13 1976 198 first detailed studies of the evaporation mechanism B J Carr amp S W Hawking Mon Not Roy Astron Soc 168 1974 399 links between primordial black holes and the early universe A Barrau et al Astron Astrophys 388 2002 676 Astron Astrophys 398 2003 403 Astrophys J 630 2005 1015 experimental searches for primordial black holes thanks to the emitted antimatter A Barrau amp G Boudoul Review talk given at the International Conference on Theoretical Physics TH2002 cosmology with primordial black holes A Barrau amp J Grain Phys Lett B 584 2004 114 searches for new physics quantum gravity with primordial black holes P Kanti Int J Mod Phys A19 2004 4899 evaporating black holes and extra dimensions D Ida K y Oda amp S C Park 1 determination of black hole s life and extra dimensions Sabine Hossenfelder What Black Holes Can Teach Us hep ph 0412265