 |
| Στιγμιότυπο από την προσομοίωση με γ = 10, που δείχνει δύο σωματίδια να συγκρούονται σχηματίζοντας μια μαύρη τρύπα. (Ευγενική παραχώρηση: .. Phys . Lett αναθ ) |
Νέες προσομοιώσεις με μετωπικές συγκρούσεις σωματιδίων που ταξιδεύουν σχεδόν με την ταχύτητα του φωτός δείχνουν ότι ο σχηματισμός μελανών οπών μπορεί να συμβεί σε χαμηλότερες ενέργειες σύγκρουσης από ότι αναμενόταν, σύμφωνα με μια ομάδα ερευνητών στις ΗΠΑ.
Οι ερευνητές αποδίδουν αυτό το γεγονός σε μια "βαρυτική επίδραση εστίασης" σύμφωνα με την οποία τα δύο σωματίδια που συγκρούονται δρουν σαν βαρυτικοί φακοί, με επίκεντρο την ενέργεια της σύγκρουσης σε δύο διακριτές περιοχές παγίδευσης φωτός, που τελικά καταρρέουν σε μια ενιαία μαύρη τρύπα. Παρά το γεγονός ότι η μελέτη δείχνει ότι οι μαύρες τρύπες μπορούν να γίνουν σε χαμηλότερες ενέργειες σύγκρουσης από ότι αναμενόταν, η ομάδα λέει ότι το αποτέλεσμα δεν έχει καμία επίδραση στην πραγματική σύγκρουση σωματιδίων λαμβάνει χώρα στο Μεγάλο Επιταχυντή Αδρονίων (LHC) στο CERN.
Από το 2008 και μετά, όταν ο LHC ενεργοποιήθηκε για πρώτη φορά, υπήρχαν φήμες για το τι το πείραμα μπορεί να δημιουργήσει - επιπλέον διαστάσεις και παράξενη, φυσαλίδες κενού και, φυσικά, μαύρες τρύπες θα κατέστρεφαν τον πλανήτη. Αν και το πείραμα λειτούργησε απρόσκοπτα από το Νοέμβριο του 2009 για περισσότερα από δύο χρόνια και οι επιστήμονες δεν βρήκαν απολύτως ένδειξη για το σχηματισμό των πολύ μικρών μαύρων οπών, η γοητεία με τις μαύρες τρύπες συνεχίζεται μεταξύ των ερευνητών και των μέσων μαζικής ενημέρωσης.
Πέρα από τις κλίμακες Planck
Οι Frans Pretorius και William East του Πανεπιστημίου του Princeton στις ΗΠΑ θέλουν να καταλάβουν καλύτερα τη δυναμική των συγκρούσεων σωματιδίων σε υπερ-Planck κλίμακα.
Οι μονάδες Planck είναι ένα σύστημα μονάδων που αποτελούνται από τους απλούστερους αλγεβρικούς συνδυασμούς των θεμελιωδών σταθερών της φύσης - η ταχύτητα του φωτός c, η σταθερά του Νεύτωνα G, η σταθερά του Planck h και ούτω καθεξής. Για παράδειγμα, ένας συνδυασμός των σταθερών για να σχηματίσουν μια μονάδα ενέργειας Planck (Εp) είναι περίπου 2 × 10^9 J. O Pretorius εξηγεί ότι μια σύγκρουση σε κλίμακα υπερ-Planck- είναι μια σύγκρουση ανάμεσα σε δύο θεμελιώδη σωματίδια όπου η συνολική ενέργεια (ενέργεια ηρεμίας ( Εr ), καθώς και η κινητική ενέργεια) υπερβαίνει Εp. Στην κλίμακα Planck, τα κβαντικής βαρύτητας αποτελέσματα αναμένεται να αρχίσουν να παίζουν ένα ρόλο στην αλληλεπίδραση. Ωστόσο, σε ενέργειες μεγαλύτερες από Εp (και κανείς δεν ξέρει ακριβώς πόσο πολύ μεγαλύτερες), η κλασική βαρύτητα κυριαρχεί στην αλληλεπίδραση.
Έτσι, οι ερευνητές ήθελαν ένα εντελώς κλασικό υπολογισμό, και αυτό, εξηγεί ο Pretorius, είναι το "κρίσιμο συστατικό στο επιχείρημα ότι οι συγκρούσεις κλίμακα υπερ-Planck- δημιουργούν μαύρες τρύπες, ανεξάρτητα από οποιεσδήποτε μη-βαρυτικές αλληλεπιδράσεις μεταξύ των σωματιδίων". Πηγαίνει να εξηγήσει ότι αυτό είναι σημαντικό, καθώς επί του παρόντος δεν γνωρίζουμε ακριβώς τι αλληλεπιδράσεις κβαντικής βαρύτητας συμβαίνουν στην κλίμακα Planck. Σύμφωνα με τον Pretorius, τα νέα αποτελέσματα δείχνουν ότι για ενέργειες αρκετά πάνω από την κλίμακα Planck δεν έχει σημασία - αν μια μαύρη τρύπα σχηματιστεί γύρω από την αλληλεπίδραση, κρύβοντας όλα τα κβαντικά φαινόμενα, τουλάχιστον προσωρινά.
Κρίσιμες ενέργειες
Κατά την εξέταση της κατάστασης σε σούπερ-Planck-κλίμακες, οι ερευνητές εξετάζουν συγκεκριμένες "γάμμα" (γ) τιμές στις συγκρούσεις. Ο Pretorius εξηγεί ότι το γ είναι ένα μέτρο της κινητικής ενέργειας της αλληλεπίδρασης. Δηλαδή, εάν η ενέργεια ηρεμίας ενός εκ των συγκρουόμενων σωματιδίων μάζας πι είναι Ε r = mc 2 , τότε η συνολική ενέργεια του σωματιδίου σε κίνηση είναι E t = γ × E r . Έτσι, όταν δύο σωματίδια μάζας m συγκρούονται, το καθένα κινείται με ταχύτητα ν προς το άλλο στο πλαίσιο αναφοράς του εργαστηρίου, η συνολική ενέργεια της σύγκρουσης είναι 2 × γ × Ε r .
Σύμφωνα με τους ερευνητές, το κρίσιμο γ εξαρτάται από το συγκεκριμένο μοντέλο ενός σωματιδίου, και τις προσομοιώσεις τους, τα σωματίδια της επιλογής είναι "ρευστά αστέρια" - ένα υποθετικό και τέλειο "αστέρι" ή σωματίδιο που ο Pretorius περιγράφει ως "κλασικό μοντέλο φερμιονίου ένα αστέρι ". Χρησιμοποίησαν το ρευστό αστέρι, επειδή η τιμή του γ είναι αρκετά υψηλή ώστε η συνολική ενέργεια σύγκρουσης θα επέτρεπε να σχηματίσει μια μαύρη τρύπα.
Κατά την εξέταση της κατάστασης σε σούπερ-Planck-κλίμακες, οι ερευνητές εξετάζουν συγκεκριμένες "γάμμα" (γ) τιμές στις συγκρούσεις. Ο Pretorius εξηγεί ότι το γ είναι ένα μέτρο της κινητικής ενέργειας της αλληλεπίδρασης. Δηλαδή, εάν η ενέργεια ηρεμίας ενός εκ των συγκρουόμενων σωματιδίων μάζας πι είναι Ε r = mc 2 , τότε η συνολική ενέργεια του σωματιδίου σε κίνηση είναι E t = γ × E r . Έτσι, όταν δύο σωματίδια μάζας m συγκρούονται, το καθένα κινείται με ταχύτητα ν προς το άλλο στο πλαίσιο αναφοράς του εργαστηρίου, η συνολική ενέργεια της σύγκρουσης είναι 2 × γ × Ε r .
Σύμφωνα με τους ερευνητές, το κρίσιμο γ εξαρτάται από το συγκεκριμένο μοντέλο ενός σωματιδίου, και τις προσομοιώσεις τους, τα σωματίδια της επιλογής είναι "ρευστά αστέρια" - ένα υποθετικό και τέλειο "αστέρι" ή σωματίδιο που ο Pretorius περιγράφει ως "κλασικό μοντέλο φερμιονίου ένα αστέρι ". Χρησιμοποίησαν το ρευστό αστέρι, επειδή η τιμή του γ είναι αρκετά υψηλή ώστε η συνολική ενέργεια σύγκρουσης θα επέτρεπε να σχηματίσει μια μαύρη τρύπα.
Μια προηγούμενη εκτίμηση για σχηματισμό μαύρης τρύπας - γνωστή ως "Εικασία Hoop" και αναπτύχθηκε από τον Kip Thorne το 1994 - λέει ότι ένα αντικείμενο συμπιέζεται σε ένα πολύ σφαιρικό τρόπο θα "αποτελέσει μια μαύρη τρύπα γύρω από τον εαυτό του, όταν και μόνο όταν περιφέρεια της σε όλες τις διευθύνσεις καθίσταται μικρότερη από την κρίσιμη περιφέρεια ". Αυτή η "κρίσιμη περιφέρεια" έχει άμεση σχέση με την ακτίνα Schwarzschild ( r s ) του αντικειμένου. Αλλά στην περίπτωση των συγκρούσεων με ρευστά αστέρια υπερ-Planck-κλίμακας, οι Pretorius και Εast διαπίστωσαν ότι ο σχηματισμός μαύρης τρύπας" στην πραγματικότητα αρχίζει σε ένα κλάσμα του περίπου το ένα τρίτο αυτής της [εκτίμηση εικασία Hoop] ενέργεια".
Προσομοίωση σύγκρουσης αστέρων
Σε όρους πραγματικών προσομοιώσεων, οι ερευνητές αρχίζουν με δύο σωματίδια μοντέλα - ρευστά αστέρια - να κινούνται το ένα προς το άλλο με υψηλή ταχύτητα. Όταν συγκρούονται αρχικά, είναι κατά μία έννοια τόσο υψηλές ταχύτητες ώστε τα σωματίδια απλά συνθλίβονται το ένα με το άλλο. "Ωστόσο, το βαρυτικό πεδίο του καθενός είναι τόσο ισχυρό, λόγω της επιπλέον ενέργειας που προέρχεται από τα μεγάλα gamma, έτσι η βαρυτική δύναμη, η οποία είναι ελκτική, εστιάζει έντονα κάθε σωματίδιο προς τον άξονα σύγκρουσης", λέει ο Pretorius. Το "ρευστό" υλικό συμπιέζεται λόγω αυτής της εστίασης και τελικά τόσο πολύ ώστε κάθε σωματίδιο καταρρέει για να σχηματίσει μια μαύρη τρύπα. "Έχουμε μετρήσει αυτή την προσομοίωση από τους προφανείς ορίζοντες, με τεχνικές λεπτομέρειες και είναι ουσιαστικά οι ορίζοντες γεγονότων των μαύρων οπών. Αυτοί οι αρχικά δύο ξεχωριστοί ορίζοντες γεγονότων στη συνέχεια, ενώνονται για να σχηματίσουν μια μεγαλύτερη μαύρη τρύπα", λέει.
Μπορείτε να δείτε τις προσομοιώσεις εδώ - το πρώτο βίντεο είναι για γ = 8, που είναι αρκετά ισχυρό για να παράγει κάποια εστίαση, αλλά δεν αρκεί για να σχηματίσει οποιαδήποτε μαύρη τρύπα. Το δεύτερο είναι για γ = 10 και έτσι σχηματίζονται οι μαύρες τρύπες.
Σε όρους πραγματικών προσομοιώσεων, οι ερευνητές αρχίζουν με δύο σωματίδια μοντέλα - ρευστά αστέρια - να κινούνται το ένα προς το άλλο με υψηλή ταχύτητα. Όταν συγκρούονται αρχικά, είναι κατά μία έννοια τόσο υψηλές ταχύτητες ώστε τα σωματίδια απλά συνθλίβονται το ένα με το άλλο. "Ωστόσο, το βαρυτικό πεδίο του καθενός είναι τόσο ισχυρό, λόγω της επιπλέον ενέργειας που προέρχεται από τα μεγάλα gamma, έτσι η βαρυτική δύναμη, η οποία είναι ελκτική, εστιάζει έντονα κάθε σωματίδιο προς τον άξονα σύγκρουσης", λέει ο Pretorius. Το "ρευστό" υλικό συμπιέζεται λόγω αυτής της εστίασης και τελικά τόσο πολύ ώστε κάθε σωματίδιο καταρρέει για να σχηματίσει μια μαύρη τρύπα. "Έχουμε μετρήσει αυτή την προσομοίωση από τους προφανείς ορίζοντες, με τεχνικές λεπτομέρειες και είναι ουσιαστικά οι ορίζοντες γεγονότων των μαύρων οπών. Αυτοί οι αρχικά δύο ξεχωριστοί ορίζοντες γεγονότων στη συνέχεια, ενώνονται για να σχηματίσουν μια μεγαλύτερη μαύρη τρύπα", λέει.
Μπορείτε να δείτε τις προσομοιώσεις εδώ - το πρώτο βίντεο είναι για γ = 8, που είναι αρκετά ισχυρό για να παράγει κάποια εστίαση, αλλά δεν αρκεί για να σχηματίσει οποιαδήποτε μαύρη τρύπα. Το δεύτερο είναι για γ = 10 και έτσι σχηματίζονται οι μαύρες τρύπες.
Θάνατος της Μαύρη Τρύπας;
Είναι σαφές ότι τα αποτελέσματα της προσομοίωσης των Pretorius και East δεν έχουν καμία πραγματική σχέση με τα ζητήματα ασφάλειας σε οποιαδήποτε υψηλής ενέργειας πειράματα. Λένε ότι ακόμη και αν σχηματίζονται μαύρες τρύπες, θα εξακολουθεί να είναι εντελώς ακίνδυνες δεδομένων των όσων γνωρίζουμε γι 'αυτές. Σύμφωνα με την ομάδα, τα αποτελέσματα μπορεί να δώσουν στους ερευνητές μια καλύτερη ιδέα για τις ενέργειες στις οποίες οι μαύρες τρύπες θα μπορούσαν να αρχίσουν να σχηματίζονται. "Αν και το βασικό ερώτημα είναι ποια είναι η πραγματική κλίμακα Planck" του Pretorius. Οι μονάδες που αναφέρονται παραπάνω δείχνουν ότι η ενέργεια Planck είναι 10^16 TeV στο LHC, έτσι περίπου 15 τάξεις μεγέθους πάνω από ενέργειες του LHC. Αν αυτή είναι η περίπτωση, δεν είναι δυνατό ακόμη και από απόσταση από τον LHC να σχηματίσουν μαύρες τρύπες, ακόμη και με παράγοντα μείωσης κατά ένα τρίτο της ενέργειας κατωφλίου. "Ωστόσο, εάν υπάρχουν επιπλέον, μικρές διαστάσεις, όπως προβλέπει η θεωρία των χορδών, τότε η πραγματική κλίμακα του Planck θα μπορούσε να είναι χαμηλότερη.
Είναι σαφές ότι τα αποτελέσματα της προσομοίωσης των Pretorius και East δεν έχουν καμία πραγματική σχέση με τα ζητήματα ασφάλειας σε οποιαδήποτε υψηλής ενέργειας πειράματα. Λένε ότι ακόμη και αν σχηματίζονται μαύρες τρύπες, θα εξακολουθεί να είναι εντελώς ακίνδυνες δεδομένων των όσων γνωρίζουμε γι 'αυτές. Σύμφωνα με την ομάδα, τα αποτελέσματα μπορεί να δώσουν στους ερευνητές μια καλύτερη ιδέα για τις ενέργειες στις οποίες οι μαύρες τρύπες θα μπορούσαν να αρχίσουν να σχηματίζονται. "Αν και το βασικό ερώτημα είναι ποια είναι η πραγματική κλίμακα Planck" του Pretorius. Οι μονάδες που αναφέρονται παραπάνω δείχνουν ότι η ενέργεια Planck είναι 10^16 TeV στο LHC, έτσι περίπου 15 τάξεις μεγέθους πάνω από ενέργειες του LHC. Αν αυτή είναι η περίπτωση, δεν είναι δυνατό ακόμη και από απόσταση από τον LHC να σχηματίσουν μαύρες τρύπες, ακόμη και με παράγοντα μείωσης κατά ένα τρίτο της ενέργειας κατωφλίου. "Ωστόσο, εάν υπάρχουν επιπλέον, μικρές διαστάσεις, όπως προβλέπει η θεωρία των χορδών, τότε η πραγματική κλίμακα του Planck θα μπορούσε να είναι χαμηλότερη.
"Εάν δημιουργηθούν μαύρες τρύπες, τότε θα προκύπτουν ισχυρές ενδείξεις ότι υπάρχουν επιπλέον διαστάσεις, η οποία θα είναι μια πολύ μεγάλη ανακάλυψη", λέει ο Pretorius.
Πηγή, physicsworld
Απόδοση, Δ. Γιάκας
Δεν υπάρχουν σχόλια:
Δημοσίευση σχολίου