Jak chytit černou díru dřív, než sní svět  
Co by se dalo udělat s černou dírou z LHC? Nejlépe strčit do krabice a vystřelit do vesmíru.

 

Zvětšit obrázek
Simulace rozpadu černé minidíry Kredit: CERN.

Být přivolávačem posledního soudu je jistě nevděčná práce. Musíte sledovat všechny důležité technologické trendy a pak náročně vymýšlet složité konstrukce, jak by nové technologie mohly zničit svět. Ani pak ale nemáte záruku, že najdete dostatečně sdílné médium, které vaše snažení zveřejní. Ne každá oblast lidského poznání je pro konec světa tak slibná, jako počasí. I proto bychom si svých doomsayerů, jak je hezky pokřtila angličtina, měli cenit a přistupovat k nim citlivě a lidsky.

 

 

Zvětšit obrázek
LHC stále ještě stojí. Ale ani nejede. Kredit: Wordpress.

Pozoruhodnou vlnu technofobie a zajímavých obav z konce světa vyvolal slavný LHC - Large Hadron Collider. Řada lidí nejrůznějšího ražení opakovaně vyjadřovala své obavy, že LHC vytvoří něco podivného, v důsledku čehož zanikne náš nedokonalý svět. Rozpačití operátoři LHC už museli čelit výhružným dopisům, e-mailům i telefonátům, do počítačů LHC dokonce údajně pronikla skupina řeckých hackerů.

 

Je poměrně pikantní, že se osud LHC ubíral přesně opačným směrem, než si mysleli strašpytlové. Největší urychlovač částic na světě světu rozhodně neublížil, zato nepřející svět záhy po spuštění 10. srpna 2008 ublížil jemu. 19. září téhož roku totiž LHC vyhořel kvůli elektrickému zkratu mezi dvěma magnety. Z napínavého a mediálně notně masírovaného okamžiku technologické evoluce se tak stala černá komedie, která pokračuje dodnes. Urychlovač stále stojí a bude stát minimálně do konce září.

 

LHC se očividně nepředvedl jako vražedná mašina, která si světy dává k snídani, přesto se ale tvrdé jádro příznivců konce světa stále obává možných komplikací s fatálními následky. Mezi jejich oblíbenými mazlíky jsou i černé díry. Ustrašenci se obávají, že LHC vyrobí maličkou černou díru, která vzápětí zlikviduje celou planetu.

 

Zvětšit obrázek
LHC okem satelitu. Vyrobí černou díru? Kredit: Scienceblogs.

Podle fyziků to je nesmysl. Stát se sice může úplně všechno, náš svět je dostatečně potměšilý, ale i kdyby k tomu nějakou směšnou náhodou došlo, tak není důvod k panice, máme totiž plán. Kupodivu docela reálný a navíc pozoruhodně podobný akci Krotitelů duchů.

 

Zvětšit obrázek
Skončí takhle naše hvězda? Kredit: NASA.

Nejprve trochu omáčky. Je fakt, že jisté divoké teorie zahrnující další rozměry a podobné speciality sice umožňují vznik miniaturních černých děr při vysokoenergetických kolizích, pokud by ale taká černá dírka měla žít déle než nepatrný zlomek sekundy, znamenalo by to znásilnění široce přijímaných fyzikálních principů.

 

Odborníci uklidňují i tím, že zemskou atmosféru už miliardy let bičují kosmické částice s energií větší, než nejsilnější kopance od LHC a naše planeta tu jaksi stále obíhá. Buď při srážkách s kosmickým zářením černé minidíry nevznikají nebo vznikají a jsou evidentně neškodné.

 

Na druhou stranu, i když je šance, že bude Země po zapnutí LHC pozřena černou dírou nejspíš menší, než možnost zítřejší likvidace lidstva zcela neznámým obřím meteoritem, tak je fakt, že LHC vlastně objevuje novou, nevyzkoušenou fyziku a štěstí přece přeje připraveným.

 

Zvětšit obrázek
Černé díry, třeste se! Kredit: collider.com.

Takže zpět k záchrannému plánu. Zaprvé, lze předpokládat, že i v případě toho nejhoršího průšvihu budeme mít moře času. Pokud by LHC nějakým omylem skutečně vytvořil životaschopnou černou dírečku, tak bude mít gravitační přitažlivost zhruba jako pomeranč. Proto by byla zpočátku prakticky bezzubá a rostla by jen velice pomalu.

 

 

Zvětšit obrázek
Ještě chvíli a ta černá díra bude naše ... Kredit: Columbia Pictures Industries, Inc.

Zadruhé, černé díry mohou mít elektrický náboj, podle toho, jaké snědí částice. V případě krize by na zlotřilou černou díru operátoři LHC mohli střílet paprskem záporně nabitých elektronů, aby ji vnutili záporný náboj. Záporně nabitou černou díru by pak bylo možné lapit do pasti ze záporně nabitých kovových destiček. Takové stěny by ji udržely uvnitř.

 

V pasti by pochopitelně muselo být co nejkvalitnější vakuum, aby černá díra nemohla jíst a nevypálila tak lovcům rybník a po něm celou planetu. Kdo kdy viděl, jak Krotitelé duchů loví klienty, má poměrně dobrou představu a kdo ví, jestli právě Ghost Busters neinspirovali autora tohoto kouzelného konceptu.

 

Co s černou dírou v elektrické pasti? Žádný problém. Stačí ji dát do rakety a vystřelit z naší sluneční soustavy. Musela by samozřejmě odletět hodně daleko, aby se k nám neprokousala vesmírem dřív, než se ze Slunce stane červený obr a ze Země briketa.


Pramen: Výtah z článku uveřejněný Short Sharp Science 14.5. 2009

 


 


Jak je to s pastí na černé díry stvořené pomocí LHC doopravdy.

Komentuje Vladimír Wagner

Když mi Osel poslal k posouzení článek Jo Marchantové, který vyšel na stránkách "Short sharp science" časopisu New Scientist, chtěl jsem mu navrhnout, aby ho na své stránky nepouštěl, protože je to celé samý nesmysl. Pokud to nebyl opožděný apríl. Jo Marchantová je v podstatě novinářka, zabývající se popularizací vědy a rozhovory s vědci. Ovšem spíše z oblastí historických věd. Samotná Jo Marchantová sice tvrdí, že nápad má z rozhovoru s nejmenovaným částicovým fyzikem. Ovšem, podle mého názoru, pokud to byl opravdu částicový fyzik, musel si z ní asi dělat srandu nebo rozhovor dělali právě prvního dubna. Pak jsem se ale rozmyslel a vzal to jako šanci ukázat, že každý autor se může dopustit totálního kopance a že i seriozní časopis pro popularizaci vědy někdy uveřejní pitomost. Čtenář by tak měl, jak by zdůraznil Herculé Poirot, zapojovat intenzivně své šedé buňky mozkové, vždy kriticky uvažovat a využívat řady zdrojů. A o tom přece věda a touha po poznání je. Proto bych nyní čtenáře prosil, aby se vrátili k předchozímu textu a zkusili si vypsat hlavní nesmysly, nacházející se v příspěvku o případné pasti na mikroskopické černé díry, a zdůvodnit, proč jimi jsou. Uvidíme pak, zda se ve svém posouzení shodneme.  

 

Novinářka Jo Marchant

       A teď se na fakta podívejme. Pokud by na urychlovači LHC exotické mikroskopické černé díry opravdu vznikaly, nepřesahovala by jejich hmotnost hodnotu řádově 1000 hmotností protonu, tedy zhruba 10-24 kg. To vychází z prostého využití Einsteinova vztahu mezi energií a hmotností E=mc2. Její gravitační vliv ve vzdálenosti větší než rozměr protonu by tak byl nejméně o 23 řádů menší než vliv gravitace pomeranče. Takže zmínka o vlivu srovnatelném s vlivem předmětu hmotnosti pomeranče je mimo mísu. Rozměr mikroskopické černé díry by byl menší než tisícina rozměru protonu.

Mikroskopické černé díry by na LHC vznikaly při vysokoenergetických srážkách. To znamená, že s velmi vysokou pravděpodobností by jejich kinetická energie byla velmi vysoká a rychlost také velmi velká. To znamená, že pro téměř všechny případně vytvořené mikroskopické černé díry je rychlost větší než úniková rychlost ze Země a prostě samotné odletí do vesmíru. Nemusíme je náročně chytat a do vesmíru je dopravovat. Se strašlivě malou pravděpodobností by mohla být tato rychlost menší než 11,2 km/s, tedy zmíněná úniková. Takové mikroskopické černé díry Země zachytí a ty v ní začnou obíhat okolo jejího gravitačního středu. I v tomto případě bude černá díra po pár sekundách mnoho kilometrů od LHC. To, že by byla rychlost mikroskopické černé díry po svém vzniku blízká nule, je přímo astronomicky nepravděpodobné. Ovšem ani v tomto případě by nezůstala stát na místě, ale působila by na ní zemská tíže a padala by ze zrychlením 9,81 m/s2 směrem ke středu Země. Takže by už během pár sekund po svém vzniku byla pěkně daleko od LHC uvnitř Země a daleko z dosahu případných lovců.

Dalším problémem je detekce vzniku černých děr. Ty se budou na experimentech hledat pomocí částic vznikajících při vypaření mikroskopické černé díry Hawkingovým zářením. Ale tím se dovíme o existenci těch nestabilních a ty nás momentálně nezajímají. O těch, které se nevypaří, se můžeme dozvědět jedině z chybějící energie, která se spotřebuje pro vznik černé díry a jakoby zmizí. Taková identifikace se však podaří nejspíše po mnohadenní analýze. Pak už budou i velmi pomalé mikroskopické černé díry kdekoliv uvnitř Zeměkoule.
I kdyby však nějakým zázrakem (opravdu zázrakem, který nemá nic společného s fyzikou) zůstala mikroskopická černá díra v oblasti, kde se srážejí na LHC protony, tak to moc nepomůže. Nelze totiž určit, kde přesně je a zda tam vůbec je. Nijak se neprojevuje, interaguje pouze gravitační interakcí a ta její gravitační síla je o 23 řádů menší než u pomeranče.

 

Zvětšit obrázek
S mikroskopickou černou dírou by si opravdu mohli poradit jedině ghostbusters, popsaná past patří pouze do jejich světa, ne do fyziky.

 
 
Pro chycení mikroskopické černé díry do popsané pasti se navrhuje ji nabít tím, že se do ní vpraví elektrony, které jsou záporně nabité. Jak jsme si ukázali, tak nelze určit polohu mikroskopické černé díry a přitom se člověk strefuje do objektu, který má rozměr tisíciny protonu (10-18m) a s takovou přesností by se musel trefit. Takovou mušku nemá ani Superman či Clint Eastwood. Další problém je, že elektron je vlivem svých kvantových vlnových vlastností rozmazaný. Aby se do naší mikroskopické černé díry vlezl,  musela by jeho vlnová délka být menší než tisícina protonu. Vlnová délka elektronu je nepřímo úměrná jeho kinetické energii. V našem případě by musela být  opravdu velmi vysoká. Museli bychom tedy mít v místě každého z experimentů LHC urychlovač elektronů schopný urychlit je na energie srovnatelné s LHC.  To už snad stačí, pro prokázání, že zmíněná past nepatří do světa fyziky.
Ještě na závěr bych připomenul, že pro nabobtnání na hmotnost pomeranče by potřebovala mikroskopická černá díra čas o mnoho řádů větší než stáří vesmíru. Čím je to způsobeno a další vlastnosti mikroskopických černých děr jsou na Oslovi popsány podrobněji v článku Ohrožuje spuštění LHC naši existenci?

 

 


 

Autor:
Datum: 03.07.2009 07:59
Tisk článku

Darwinova černá skříňka - Behe Michael J.
 
 
cena původní: 321 Kč
cena: 286 Kč
Darwinova černá skříňka
Behe Michael J.

Diskuze:

Vysvětlení pro Enderse Xenocida

Vladimír Wagner,2009-07-05 15:43:08

Pokusím se odpovědět na otázky Enderse Xenocida. Většina z nich vzniká proto, že jako laik nemá cit pro rozměry a škály ať už prostorové, časové či hmotnostní a velikosti daných fyzikálních veličin v mikrosvětě, tedy ve světě elementárních částic. Ale to je pochopitelné. Pokusím se tedy o co nejsrozumitelnější vysvětlení. Mikroskopická černá díra nemůže vzniknout na základě standardního modelu a současné teorie gravitace, to by musel urychlovat na energie o strašně moc řádů vyšší než to dokáže. Může hypoteticky vzniknout na základě velice exotických hypotéz, které jsou blízké strunovým teoriím a které předpovídají velice podivné vlastnosti gravitační síly. Ta se na vzdálenostech menších než tisícina rozměru protonu nemění s kvadrátem vzdálenosti ale mnohem rychleji. S růstem vzdáleností tak klesá velmi rychle a naopak s přibližováním roste velmi rychle. Ale zdůrazňuji, že to je jen pro rozměrovou škálu zhruba těch 10^-18 m. A jenom do těchto vzdáleností je gravitace intenzivní. Na větší vzdálenosti má pak už klasický průběh a při hmotnosti srovnatelné s hmotnostmi i tisícovky protonů (10^-24 kg) je strašlivě malinká (zanedbatelná). Mikroskopická černá díra interaguje pouze gravitační interakcí a tak dokáže interagovat s hmotou na vzdálenost menší než setina rozměru protonu, což je zhruba stomiliontina rozměru atomu. Ve všech těchto exotických (i těch nejexotičtějších) hypotézách se mikroskopické černé díry vypařují díky své malé hmotnosti tak rychle, že ani při maximální jejich rychlosti Lorentzovo prodloužení jejich existence tak, aby uletěly dráhu delší než malý zlomeček rozměru atomu. Vypaří se dříve než mohou s nějakou hmotou interagovat. Zinteragovat s nějakou hmotou mohou mikroskopické černé díry jedině v případě, že se nevypaří. To sice nepředpovídá žádná ze zmíněných hypotéz, ale vezměme to jako faktický předpoklad. Co to pak znamená pro interakci mikroskopické černé díry s hmotou? Musí se k ni přiblížit na vzdálenost menší než tisícina rozměru protonu. Elektrony jsou menší než tisícina protonu, takže jejich rozměr pro naši mikroskopickou díru bude srovnatelný s tímto rozměrem. Průřez pro jejich zasažení je tak milionkrát menší než průřez protonu. A milionkrát je i menší pravděpodobnost, že se díra strefí a zinteraguje do elektronu než do protonu. Interakce s elektrony tak můžeme úplně zanedbat. V tom článku http://www.osel.cz/index.php?clanek=3703 jsem odvozoval jakou střední dráhu uletí mikroskopická černá díra Zemí než se trefí a zainteraguje s prvním jádrem (nukleonem v něm). Jde o vzdálenost zhruba 300 km. Tam je také odvozeno, jak dlouho by trvalo, než by se mikroskopická černá díra přeměnila na „klasickou“, ovšem z hmotností o mnoho řádů menší než pomeranč z článku Jo Marchantové. Je to delší doba než stáří vesmíru. Jen k úvaze o spojení více mikroskopických černých děr. Pravděpodobnost, že během srážky dvojice shluků protonů vzniknou byť jen dvě mikroskopické černé díry je i při těch nejexotičtějších hypotézách zanedbatelný (pravděpodobnost vzniku byť jen jediné je velmi malá). Pokud se však toto stane, tak vzdálenost protonů ve shluku je desetmilionkrát větší než dosah gravitace vzniklých děr, takž se spojit nemohou. Z tohoto rozboru je vidět, že úvahy Enderse Xenocida vycházejí z neznalosti a jsou chybné. Pokud se o těchto věcech chcete dovědět více, jukněte do zmiňovaného článku.

Odpovědět

Co mě tak ještě napadá po pár pivech v 5 ráno...

Enders Xenocida,2009-07-05 05:01:53

Pokud tedy nejprve proletí řadou jader v terči a získá tak velikost pro přežití v Zemi. Třeba i spojením více vzniklých děr naráz.
A pokud bude první průlet skrz Zemi po elipse tak se teoreticky může o dost zvětšit. Zemské jádro je docela husté...
A pokud Zemi následně opustí tak může zůstat na oběžné dráze kolem Slunce a mít minimální hmotnost pro přežití ve vesmíru.
U Měsíce je za 2s.
Eventuelně ke Slunci může dorazit během 9 minut.

Jak hmotná musí být počáteční díra která doletí ze Země do Slunce při maximální možné rychlosti? To bude 8 minut. Nějakou hmotu pohltí ještě cestou... (Měsíc + prach + asteroid + sluneční erupce v cestě.) Mám rád nepravděpodobnost :o)

Jakou musí mít minimální hmotnost pro přežití a růst ve Slunci ? (V koroně s vysokou oběžnou rychlostí a v jádru kde bude muset bejt přece jen pomalejší, eventuelně výpočet pro přímej zásah.)

Nejsou některé obří erupce způsobené průletem takové vesmírné potvory Sluncem ? Zaregistrovali bychom to ?

Jakou musí mít minimální hmotnost černá díra pro přežití a růst v Zemi ?
V ůvahu připadá elipsa a následná oběžná dráha kolem Země s občasným průletem pod povrchem anebo rovnou po spirále k jádru planety.

Rychlost může být po vzniku černé díry a pár prvních kontaktech s hmotou téměř libovolná ? (I při spojení několika děr, náhodně vedle sebe vzniklých.)

Může vzniknout v CERNU zároveň několik (klidně tisíce) malejch děr a spojit se ?

A co na to Higgsův boson na kolizním kurzu ?

Jsou vypočítány všechny potenciální rychlosti a trajektorie ?

Kolik lidí nezávisle na sobě to počítá ?

Dá se jim věřit ?

Tak teď už jen.
-------------------------------------------------------------------------
Emzáckej detektor :o)
Pokud by v okolních galaxiích zhasla sem tam takhle nějaká moc malá hvězda - zaregistrovali bychom to?
Jsou ve vesmíru takhle malé černé díry ? (Asi nebudou moc vidět...)
Nebude pro lidstvo lepší pár desetiletí počkat na výkonější dalekohledy ?
- řeknou nám jestli tenhle "problém" už někdo, někde, někdy neměl...

Elektrárna :o)
Pokud budu ostřelovat miniaturníma černejma děrama hmotu nejlépe tak aby černá díra pohltila jádro.
(Je to i pravděpodobnější než že sežere celej obal) pak to co zbude jsou volné elektrony.)
Dala by se tak vyrábět elektřina.
Tohle by stálo za patent. Takže všechna práva vyhrazena. :o)

Odpovědět

Enders Xenocida,2009-07-05 01:01:56

1 mm je moc, to to mohlo bejt rovnou v jiný galaxii :o) Vzdálenost 1/2 poloměru elektronového obalu je lepší.. :o)
(Sem tam nějakej elektron zdlábne aby se neztratila - ty můžeme dodávat podle potřeby...) a co takhle šplhat po krystalické mřížce za pomoci elektronů coby "vejtahu" od jednoho jádra k druhému. Bude se přitom měnit el. náboj a s jídlem ubude chuť.

Na manipulaci s black hole je to jak dělaný, akorát vám nesmí spadnout na zem a taky jí nesmíte dát víc nažrat jinak přijdete o dráždítko :o)

Odpovědět


Jakub Šenkýř,2009-07-05 02:03:42

Při vší úctě k Vaší vynalézavosti (původně jsem chtěl napsat představivosti, ale to by nebylo přesné), myslím že pomíjíte základní fakta:

1) Pokud se bude vzniklá černá díra pohybovat vůči Zemi relativně pomalu, vypaří se příliš rychle, řádově rychleji než by se stačila uživit (elektrony jsou mnohem-mnohem méně hmotné než baryony a mnohem-mnohem menší, tím to obejít nemůžete). Kdybyste ji krmil neutronovou hvězdou, tak možná. Na Zemi ne.

2) Pokud se bude vůči Zemi pohybovat relativně rychle (a díky relativistickým efektům vydrží déle), pak Zemi prakticky okamžitě opustí a už se nevrátí. Lhostejno, kolik atomů by trefila cestou.

Spočítejte si pro změnu něco víc ze života - jaká je šance, že dopravní letoun vcucne do motoru ptáka dost velkého, aby se letoun následně zřítil přímo na Váš dům? Jaká je šance, že se totéž stane kvůli hejnu žab, které do stratosféry nasálo tornádo o dva dny dříve? Pořád mluvím o mnohem pravděpodobnějších událostech, než je zhoubná černá díra, která vznikne při procesu řádově méně výkonném, než k jakému dochází každý den už stamiliony let (bombardování atmosféry částicemi kosmického záření).

Odpovědět

Jsem rád že vás otázka pobavila.

Enders Xenocida,2009-07-05 00:36:39

Děkuji tedy za vysvětlení - máme tedy mezní hmotnost pro stabilní černou díru pro meziplanetární prostor a teď
Zpátky do CERNU - :o) miniaturní díra trefí olověný terčík který má krystalickou mřížku (středy atomů jsou pěkně vřadě zasebou ale ve "správné" vzdálenosti od sebe (No i když teoreticky by mohli za přispění vysokého tlaku... - tím si to ale komplikovat nebudeme.) a co čert nechtěl zrovna těma jádrama prolétá ta naše dírka rychlost má 299 000 km/s (to aby nám vydržela dost dlouho) a pozor nebude tu platit hmotnost olova podle tabulek - ta počítá i s prázdným prostorem el. obalu.

Jakou počáteční hmotnost musí mít aby přežila přelet od jádra k jádru a neubírala přitom na váze ???

Tohle bez spec. programu asi spočítat nepůjde - je to tedy jen taková řečnická otázka k zamyšlení. Snad to mají hoši z CERNu spočítaný...
a správně.

Odpovědět

Odpověď na další dvě otázky

Vladimír Wagner,2009-07-04 23:23:20

Už je trochu odpověděl Jakub Šenkýř. U druhé otázky. Pokud bychom neuvažovali rotaci Země (černá díra by nesdílela rotační pohyb Země), tak by mikroskopická černá díra v uvažovaném případě kmitala, jak popsal Jakub Šenkýř. V případě započtení složky rychlosti dané rotací by byla trajektorie složitější, ale zase by se po průletu středem Země vynořila na povrchu a pak zase vnořila a letěla zpět. V obou případech by se ovšem vinou rotace Země nevynořila opět v místě LHC. Jedině, kdyby byl LHC na pólu. Jako zbraň je však nanic, protože neinteraguje (proto může prolétat Zemí třeba jako známá neutrina bez ovlivnění) a nemůže tak nic zničit. U třetí otázky je vše dáno gravitační interakcí, jen tou mikroskopická černá díra interaguje. A gravitační přitažlivost Země lze vyvážit jedině hmotností srovnatelnou s hmotností Země jen přepočtenou na vzdálenost na kterou ji k černé díře dostaneme. Vzdálenost od středu Země je 6378 km. Pokud to srovnáte i se vzdáleností vaší špejle zhruba 1 mm, tak je poměr mezi vzdálenostmi špejle od díry a středu Země od ni zhruba devět řádů Gravitační síla klesá s kvadrátem vzdálenosti, tedy 18 řádů je rozdíl v síle při stejné hmotnosti. Abyste vyrovnal vliv Země, musela by mít vaše špejle hmotnost milion kg v rozměru 1 mm (aby byla pro všechnu hmotnost vzdálenost od díry ten mm). Tedy musel byste mít v principu novou černou díru :-) Moment, jde o hustotu 10^15 kg/m^3, takže by stačila miniaturní neutronová hvězda.

Odpovědět

Minimální hmotnost černé díry, která neubývá

Vladimír Wagner,2009-07-04 22:48:03

Otázka Enderse Xenocida je zajímavá, takže jsem se pokusil o odhad této minimální hmotnosti. Černá díra vyzařuje záření se spektrem absolutně černého tělesa s teplotou, která je nepřímo úměrná její hmotnosti. Velikost tohoto záření je úměrné také velikosti horizontu, tedy povrchu koule definované Schwarzschildovým poloměrem černé díry. Při určení vyzařovaného výkonu je třeba započíst i gravitační rudý posuv vyzařovaného záření. Výkon je nepřímo úměrný kvadrátu hmotnosti černé díry a pro černou díru hmotnosti Slunce vychází zhruba 9x10^-29 W. Tak můžeme určit vyzařovaný výkon pro libovolnou hmotnost. Ten můžeme pomocí Einsteinovy rovnice přepočíst na úbytek hmotnosti černé díry. Teď se podívejme na odhad pohlcené hmotnosti. Hustota meziplanetární hmoty je velice různorodá, ale plynu (plazmy) je více než prachu. Zhruba lze uvažovat okolo 10 protonů na cm^3. Budeme předpokládat, že se černá díra pohybuje po stejné dráze okolo Slunce jako Země (jak navrhl Enderse Xenocida). Pro pokrytí prostoru, ze kterého černá díra vychytá meziplanetární hmotu, budeme uvažovat dva limitní případy. Dolní pro případ, že zachytává částice, které se strefí do kruhu ohraničeném Schwarzschildovým poloměrem a horní pro případ, že se zachytávají částice, které se strefí do kruhu ohraničeném poloměrem, ze kterého je úniková rychlost zhruba 100 km/s (což je řádově rychlost pohybu tělesa na orbitě Země kolem Slunce uvedené i Endersem). Spočteme závislost obou poloměrů na hmotnosti černé díry. S využitím obvodu dráhy Země a průřezu pro dané dva poloměry pak určíme, jakou hmotnost nachytá černá díra v daných limitních případech za rok. Vyzářenou hmotnost, kterou máme na sekundu přepočteme na rok. Hmotnost nachytané meziplanetární hmoty roste s hmotností černé díry. Naopak, vyzářená hmotnost s hmotností černé díry klesá. Obě závislosti si zobrazím (například v excelu) a najdeme jejich průsečík. Pokud jsem se někde nesekl, tak by měla být minimální hmotnost černé díry, aby její hmotnost přibývala pohlcováním zhruba stejně jako ubývala vyzařováním být v prvním případě 5,8x10^20 kg (pohlcují se jen částice, které se strefí do průřezu daného Schwarzschildovým poloměrem, ten je 8,6x10^-7 m = 0,9 mikrometrů) a v druhém 2,1x10^17 kg (pohlcují se částice s poloměru, kde je úniková rychlost 100 km/s, ten je 0,0023 m = 2,3 mm, Schwarzschildův poloměr je 3,1x10-10 m). Tedy jde v každém případě o relativně velké těleso s hmotností srovnatelnou s hmotnostmi měsíců a planetek. Jen bych chtěl zdůraznit, že jde jen o kvalitativní odhad s řadou zjednodušujících předpokladů a ještě by bylo fajn, kdyby mě někdo zkontroloval, jestli jsem někde neudělal chybu.

Odpovědět

Hmm a další otázečka

Enders Xenocida,2009-07-04 22:02:44

Pokud mám na povrchu Zeme takovou miniaturní cernou diru.
Pokud ji pustím volným pádem tak bude padat ke stredu Zeme (její rychlost pádu i hmotnost bude vzrůstat - poté co mine střed planety bude pokračovat dál. Vynoří se až na povrch do stejné výšky z jaké byla upuštěna ? Nebo zůstane pod povrchem.. anebo získá unikovou rychlost a opustí gravitační pole Zeme eventualně i Sluneční soustavu? Tak mě napadá. Střílet na protivníka skrz celou planetu - to je sen mnoha generálů...

Otázečka 3
Možná by se dala nalákat na hmotu.
Pokud jí mám na povrchu a než začne volným pádem padat do planety tak do ní strčit třeba koncem tenounké olověné špejle. Bude se přitahovat po té špejli nahoru proti gravitaci? Nejspíš ne ale zase je to hmota která je jí nejblíž a při jejích miniaturních rozměrech se může chovat podivně.. Teoreticky by tak mohla při dost dlouhé a hmotné tyčce dostat unikovou rychlost a opustit Zemi a třeba i Sluneční soustavu.

Odpovědět


Odpovědi od boku

Jakub Šenkýř,2009-07-04 22:44:03

Narozdíl od pana Wagnera nejsem odborník na jadernou ani kvantovou fyziku, ale než Vaše otázky zodpoví někdo povolanější, dovolím si zveřejnit svůj "odhad". Krátce řečeno, všechny tři otázky mi přijdou šílené :-)

Ot. 1) Rychlost tělesa obíhajícího Slunce v dané vzdálenosti je určený hmotností tělesa (vezměte vzorce pro gravitační a odstředivou sílu, položte je do rovnice, dosaďte známé údaje a vyjádřete si rychlost), nemůžete hledat "správnou rychlost" podle nějakého dalšího kritéria. Kromě toho je intenzita vypařování černých děr nepřímo úměrná jejich hmotnosti. Černá mikrodíra se vypaří "okamžitě", rozhodně dřív než náhodně zasáhne byť jedinou částici, kterou by mohla na oběžné dráze pohltit.

Ot. 2) Přiznávám, že kmity nikdy nebyly moje silná stránka, ale buď bude takový objekt kmitat kolem zemského jádra se stále stejnou výchylkou, nebo se budou oscilace tlumit. Určitě nebude mít po průletu na druhou stranu únikovou rychlost, protože co směrem "dolů" na rychlosti získá, cestou "nahoru" zase ztratí. A v případě černé mikrodíry se samozřejmě mnohem dřív vypaří :-)

Ot. 3) Volným pádem získá těleso 10 metrů za sekundu za sekundu. Aby získalo převažující tah jinam, musela by "návnada" být umístěná ve vzdálenosti proporcionálně menší vůči vzdálenosti k zemskému těžišti, než je hmotnost Země vůči hmotnosti návnady (pak tam ještě někde hopsá druhá mocnina nebo odmocnina, ale nechce se mi to počítat). Myslím, že byste dostal vzdálenost ještě mnohem menší, než je Planckova délka :-) A určitě takhle černou mikrodíru "nevytáhnete" na únikovou rychlost - Země by ji pořád tahala zpátky víceméně stejně mocně, naproti tomu částice v návnadě jsou moc daleko od sebe, než aby se po nich dalo "šplhat".

Je to prostě všechno ještě mnohem bláznivější než nápad s nabitou Pandořinou skříňkou :-)

Odpovědět

Otazečka...

Enders Xenocida,2009-07-04 05:16:39

Jaká musí být minimální počáteční hmotnost černé díry která se pohybuje ve vesmíru na oběžné dráze kolem slunce ve vzdálenosti 1AU rychlostí 299 km/s aby v čase rostla její hmotnost? (Předpokládám že občas nějakou tu částici vesmírného prachu trefí při té rychlosti) řekněme tedy že za 1h nabere energii z X atomů a za 1 hodinu se zní Y hmotnosti odpaří.
Tedy při jaké počáteční velikosti se zní odpaří méně než stihne za jednotku času sežrat ???
X>Y ?
Počítal to někdo ?

Odpovědět

Rozbor komentářů Jana Bouzka

Vladimír Wagner,2009-07-03 23:07:48

Většina čtenářů si asi dokáže podle příspěvku nebo podle článku, na který se odkazuji na konci, chyby v uvažování Jana Bouzka identifikovat a vysvětlit. Přesto bych je však rozebral. Jelikož velikost mikroskopické černé díry je tisícina rozměru protonu, musí se potřebná energie = hmotnost pro její vznik „natlačit“ do tohoto rozměru. Pokud vznikají, tak ve srážce jednotlivých částí protonů, tedy kvarků nebo gluonů. Pokud tedy bude mít vzniklá černá díra náboj, tak pouze jednotku nebo zlomek náboje elektronu. Tedy velice malý. Navíc stejné náboje se odpuzují a přitahují se opačné náboje. Stejný náboj tak černá díra odpudí a přitáhne pouze opačný náboj. Pokud opačné náboje pohlcuje, tak se stane nakonec neutrální. To je ostatně taky důvod, proč se nepředpokládá existence nabitých černých děr ve vesmíru. Už Michal Marný připomněl, že se v mých poznámkách nemluví o náboji, ale o hmotnosti tisíce protonů. Jak jsem připomněl před chvíli, náboj je nejvýš nábojem jednoho protonu a „lepit“ se na něj můžou jen opačné náboje, které ji neutralizují. Takže žádné lepení na libovolnou hmotu. A to silné magnetické pole, které ji bude přitahovat k feromagnetickým horninám, už je úplný nesmysl. Svazek v urychlovači je velmi řídká plazma a se svým rozměrem, který je nejméně o deset řádů menší než je vzdálenost mezi protony svazku, mikroskopická černá díra asi těžko může stát v cestě svazku a nemá žádnou možnost, jak by mohla způsobit, aby se na ni nalepovaly protony. Takže vychytání protonů svazku během mikrosekundy je také nesmysl. Jan Bouzek má vůbec o urychlování v urychlovači velice zvláštní představy. V jedné trubici může urychlovač urychlovat pouze jeden typ částic a ty navíc musí mít velice blízkou hybnost a pohybovat se téměř totožným směrem.Takže všechny produkty srážky se svazku vypadnou. Pokud máme objekt s jiným nábojem než protony, tak ho magnetické pole, které drží svazek na kruhové dráze vyhodí ven (zakřiví jeho dráhu úplně jinak). Používání nabitých iontů pro urychlování protonů na LHC je další totální nesmysl. Řekl bych, že past Jo Marchantové je oproti tomu, co tu předložil Jan Bouzek ještě hodně "realistická". Jeho poslední příspěvek pak už nemá cenu komentovat vůbec.

Odpovědět

chycení mikroskopické černé díry do popsané pasti

Jan Bouzek,2009-07-03 18:54:20

Se zbytkem příspěvku pana Wagnera souhlasím, článek na NS je tak kolosální blbost, že jsem ho na NewScientist ani nekomentoval.

Riziko vzniku nepředvídatelných událostí je na LHC o mnoho řádů vyšší, než vědci předpovídají, takže v podstatě hlavní věc, kterou bude LHC testovat je jeho vlastní bezpečnost, protože všechny bezpečnostní analýzy se opírají o vlastnosti částic, které na něm budou přitom testovány.

Dosavadní vývoj LHC je dokonalá ukázka Skynetu, čili sci-fi situace z Terminátora, kdy se skupina fyziků vymkla kontrole zbytku společnosti a na svou obhajobu šíří naivní demagogie, za které by se nemusel stydět ani největší diktátoři.

Odpovědět


Xavier Vomáčka,2009-07-04 00:25:08

Odtud tedy vítr vane... Koukáte moc na sci-fi, pane.

Odpovědět


Moc sci-fi

Jan Novák9,2009-07-08 08:14:28

A přitom tak málo představivosti, stejně jako ve sci-fi.
Uvědomte si milý pane, že při hustotě protonů ve svazku a hustotě běžné hmoty na zemi je pro vzniklou černou díru další potrava stejně blízko jako pro vás sendvič ve vedlejší galaxii. Pro ČD této velikosti je v centru země hlubší vakuum než pro vás v mezigalaktickém prostoru.

Předpokládám že jako člověk znalý základů používání kalkulačky si dokážete přepočítat uvedené vzdálenosti.

Odpovědět

..rozměr mikroskopické černé díry by byl menší ...

Jan Bouzek,2009-07-03 18:46:02

Rozměry částic při jejich vzájemných interakcích nehrají žádnou roli, rozhodující je oblast jejich silového působení. Pokud vznikne černá díra s nábojem tisíc protonů, bude interagovat s libovolnou hmotou velmi prudce a na dálku, bude se na ni totiž lepit elektrostatickými silami. Současně bude kolem sebe vytvářet silné magnetické pole, který bude přitahovaná k ferromagnetickým horninám.

Předpokládám že pan Wagner je fyzik a dovede si tyto triviální děje představit.

Odpovědět


Michal Marny,2009-07-03 19:39:38

V LHC může vzniknout objekt (ČD)o hmotnosti, nikoli náboji tisíce protonů. Je jistě jednoduché si tento triviální rozdíl představit :-)

Odpovědět

..jejich kinetická energie byla velmi vysoká ..

Jan Bouzek,2009-07-03 18:42:02

V případě srážek protonů se dvou protiběžných části svazku je docela dobře možné, že výsledný moment produktu srážky bude nulový. Černá díra se také může vydat na dráhu podél svazku na principu kolektivního urychlování - ostatně i ten se v LHC používá pro urychlování nabitých iontů, které interagují s protony a jsou spolu s nimi urychlovány na relativistické rychlosti. A pokud vznikne černá díra opačně nabitá než protony, nemusí ani přitom jevit snahu svazek opustit.

Předpokládám že pan Wagner je fyzik a dovede si tyto triviální děje představit.

Odpovědět

..a nepřesahovala by jejich hmotnost 1000 protonu

Jan Bouzek,2009-07-03 18:38:02

Pokud by nevznikla jako nabitá se záporným nábojem (a teoretici vědí, že prakticky veškeré černé díry rotují a nabité být mohou). Pak by taková černá díry během mikrosekundy vychytala protony ve svazku LHC, co obíhají prstencem. Dokonce i v případě, že by černá díra vznikla nenabitá, bude stát v cestě svazku a protony se na ni rychle začnou nalepovat.

Předpokládám že pan Wagner je fyzik a dovede si tyto triviální děje představit.

Odpovědět

Past

Štěpán Roučka,2009-07-03 11:24:53

Pěkný článek. Ještě bych dodal, že past ze záporně nabitých destiček zní taky jako nesmysl, pokud nedodáte taky kladně nabité elektrody, mag. pole, RF pole nebo něco podobného. :)

Odpovědět




Pro přispívání do diskuze musíte být přihlášeni














Tento web používá k poskytování služeb, personalizaci reklam a analýze návštěvnosti soubory cookie. Používáním tohoto webu s tím souhlasíte. Další informace