Санчо против ЦЕРНа

[vitalyn]

И таким образом, если стараниями наших физиков-ядерщиков мы свалимся в ту или иную рукотворную чёрную дыру, то это значит, что мы лишаем себя будущего, зато получаем шанс за очень даже короткое своё короткое настоящее очень быстро увидеть то, что произойдёт вокруг в сколь угодно отдалённом будущем.

Прав я, по-вашему, или нет?

Ну с точки зрения частицы так оно и было бы (в соответствии с классической теорией), а вот с точки зрения наблюдателя, состоящего из двух или более частиц, никакого шанса пережить "приливный эффект" нет - градиент гравитационного поля разорвёт не только молекулы или атомы, но и ядра атомов.

[Oktyabrina]

Еще как-то очень давно читала в "науке и жизни",что черная дыра это переход не то в параллельный мир,не то еще куда-то,где человек вполне мог бы существовать,только вот не может преодолеть дыру,которую в статье характеризовали как "трубу" ,в которой чудовищное ускорение,притяжение и т.д. Показывали это на схемах на примере гипотетического космонавта,который угодил в дыру. Вначале его растягивает,затем разрывает на частицы и в итоге из дыры на "другую сторону" вылетает,грубо говоря,прах. Ни о каком горизонте событий и тем более прилипании к нему речи не было. Я так же размышляла на тему-что,если то,что для нас-черная дыра,с изнанки-начало другой вселенной. Впрочем,это уже фантастика,а вот гипотеза,что черная дыра -это всего лишь приспособление для вывода "лишнего" вещества-более "реально",чтоли. Если где-то прибыло,то должно где-то и убывать,дабы сохранялось равновесие.

[Игорь Сотников]

"Ну с точки зрения частицы так оно и было бы (в соответствии с классической теорией), а вот с точки зрения наблюдателя, состоящего из двух или более частиц, никакого шанса пережить "приливный эффект" нет - градиент гравитационного поля разорвёт не только молекулы или атомы, но и ядра атомов." (vitalyn)

Это смотря какая чёрная дыра. Где-то читал, что если речь идёт о сверхмассивной чёрной дыре, типа такой, какая бывает в центрах галактик, то там очень даже есть шанс в достаточной степени приблизиться к чёрной дыре, пережить "приливный эффект" и потом вернуться уже не в настоящее, а в будущее время.

[Игорь Сотников]

"Еще как-то очень давно читала в "науке и жизни",что черная дыра это переход не то в параллельный мир,не то еще куда-то..." (Автор: Oktyabrina)

А вот насчёт переходов в параллельные миры - это уже от лукавого.

Физика является позитивной наукой. Не надо придумывать за природу то, чего у неё нет, что нельзя наблюдать ни прямо, ни косвенно и что не может никоим образом влиять ни на какие объекты или явления в нашем мире.

Физика не изучает потусторонние миры, физика изучает наш мир, изучает объективную реальность, объективную в том смысле, что она не зависит от наблюдателя, что эта реальность может наблюдаться разными наблюдателями.

И из всех теорий, корректно описывающих соотношения между объектами и явлениями реального мира, надо выбирать самую простую. Так вот, такая самая простая теория гласит, что по часам той или иной частицы, свободно падающей в чёрную дыру, с момента пересечения горизонта событий, просто всё перестаёт существовать - не будет ни вещества, ни излучения, ни самой частицы и никаких событий.

Вам кажется это странным? Но ведь все или почти все законы природы мы формулируем применительно к инерциальным системам отсчёта.

А о том, что свободно падающая система отсчёта полностью эквивалентна инерциальной системе, говорится только в принципе эквивалентности общей теории относительности Эйнштейна. Так вот, можно было бы уточнить этот принцип, если ввести оговорку, что для свободно падающей системы отсчёта он верен только в конечном интервале времени от появления этой системы отсчёта из-за горизонта событий при Большом взрыве и до её исчезновения при падении на горизонт событий чёрной дыры. И именно этот конечный интервал времени для свободно падающей системы отсчёта соответствует бесконечному интервалу времени для инерциальной системы, то есть для внешнего наблюдателя.

И никаких до того, и после того по отношению к этому интервалу времени для свободно падающей системы отсчёта не существует.

Конечно, можно было бы придумать какую угодно картину мира до Большого взрыва или после падения за горизонт событий ЧД, но эта картина не обязана подчиняться никаким физическим законам, не является объективной в смысле независимости от наблюдателя и для нас совершенно никакого значения не имеет - следовательно, проще всего считать, что она отсутствует и что до или после пересечения горизонта событий просто ничего не было или не будет.

[Игорь Сотников]

"Насчет черных дыр прочитала в одной статье-если найду,дам ссылку-есть такая гипотеза,что попав однажды на горизонт событий,частица "прилипает" к нему навечно и для нее ничего "нового",никаких изменений не происходит, т.е. процесс поглощения растягивается до бесконечности. Что можно сказать об этом?" (Автор: Oktyabrina)

Вот это - больше всего похоже на правду.

[Oktyabrina]

Ну та статья из "НиЖ" как раз тех времен,когда страна лежала в руинах СССР,и всякое мракобесие проникало всюду и в т.ч. выдавалось за серьезные научные статьи. Теория прохода через дыру любопытна,но уж больно силен был в той статье упор на сверхъестественное,так что среди шелухи и не разглядишь толковую мысль . Ясно,что можно придумывать сколь угодно много теорий про черную дыру и прочие явления,проверить их,вероятно,можно,только вот есть опасность,что сказать о результатах никто никому не успеет. Когда читала статью в "Гранях" о том,что уже вычислили пределы монополя и дело за малым,возник вопрос-насколько необходимо получать этот монополь? Если вы ищете монополя,значит предполагаете его существование,а значит,и осведомлены о его свойствах,так,исходя из этого, нужно ли  и безопасно ли его обнаружение? Отлично,если выяснится,что монополя - домысел,а вот если нет... И тут сослагательное наклонение все-таки должно браться в расчет.

[Бергсон]

Ну, что ребятки? Близится конец света.  +@>
В моём далёком школьном детстве была глупая песенка начинавшаяся так:

Граждане, воздушная тревога!
Все скорей спасайтесь ради бога!
В руки трусики берите,
И на кладбище бегите.
Занимайте лучшие места.

[Русская Свинья]

Ну и?

[Вашкевич Виктор]

Ну, что ребятки? Близится конец света.  +@>

Конец одного "света" всегда начало другого "света".

[CASTRO]

Игорю.

Давайте я немного расскажу Вам про черные дыры, которые можно гипотетически родить на LHC, после чего часть Ваших вопросов отпадет сама собой. Напомню, что испарение дыры - доминирующий процесс - мы тут попросту игнорируем.

1) Для любого тела/объекта, имеющего массу, мы можем посчитать радиус горизонта событий. То есть формально любой объект - черная дыра. Но для элементарных частиц в силу их незначительной массы этот радиус ничтожно мал - для электрона это, например, порядка 1е-57 м. И мы, понимая ничтожность таких величин, особо не пугаемся этих черных дыр, окружающих нас повсюду. К тому же, мы вовсе не уверены, что наша неквантовая теория гравитации вообще работает на тех масштабах. Радиус Шварцшильда для объектов, которые можно родить на LHC тоже ничтожен - порядка 1е-50 м, так что  говорить серьезно о черной дыре как о некой опасности вроде как и нет оснований. (для сравнения, типичный размер атома 1е-10 м, ядра 1е-15 м). Так откуда же берется проблема черных дыр на LHC? А проблема встает, если мы предполагаем существование дополнительных компактифицированных измерений нашего пространства с маленьким радиусом компактификации.  То есть на масштабах много больших масштаба компактификации наше пространство ведет себя как трехмерное, а на масштабах меньших - как пространство более высокой размерности. Кстати, именно струнные теории требуют предположения о высокой размерности нашего пространства на микроуровне для того, чтобы построить единую теорию взаимодействий.

2) Что же происходит в случае, если на микроуровне наше пространство имеет размерность N ? Тогда закон всемирного тяготения 1/R^2 сменяется законом 1/R^(N-1), то есть на малых масштабах гравитационное взаимодействие быстро усиливается и становится по силе сравнимо с остальными фундаментальными взаимодействиями. Если предположить, что N достаточно велико и  гравитация усиливается скачком до большой величины на масштабе компактификации, то оказывается, что на самом деле радиус Шварцшильда объекта имеет масштаб радиуса компактификации.

3) какие экспериментальные оценки мы имеем для масштаба компактификации? Все предыдущие эксперименты по физике частиц показывают, что до масштабов 1е-18 - 1е-19 м никакого скачкообразного услиения гравитации не наблюдается. То есть радиус Шварцшильда черной дыры, рожденной на LHC уж точно не превышает  1е-19 м.  Эта оценка, конечно, заметно больше, чем 1е-50 м, полученные по привычной  формуле r=MG/c^2, но так ли это много ??

4) Поскольку у такой черной дыры гравитация за пределами горизонта событий ничтожно мала, то можно считать, что сечение захвата точечных объектов (электронов, кварков в нейтронах и протонах) по порядку величины не превышает 1е-38 м^2, что на четыре порядка больше сечений нейтринных взаимодействий. А чтобы остановить нейтрино, как мы помним, нужна свинцовая плита толщиной с галактику...

5) Теперь попробуем оценить опасность не прямого попадания точечной частицы за горизонт событий из-за случайного взаимного движения ЧД и частиц, а именно эффект всасывания. Покоящуюся частицу массой m, находящуюся от покоящейся ЧД на расстоянии r ЧД кушает за типичное время корень из r^3/GM, где М - масса ЧД. Заметим, время не зависит от массы съедаемой частицы. Подставьте в качестве r типичное межатомное расстояние -1е-9 м - получите, что неподвижная ЧД будет съедать атом в среднем за ~1000 секунд. То есть время, за которое масса начальной дыры удвоится, составляет по порядку величины от суток до года (в зависимости от сорта пожираемых атомов). Причем процесс этот совсем не экспоненциальный: из формулы видно, что время всасывания от массы зависит только как 1/M^0.5. Кроме того, в силу специфики нашей ЧД рост массы поначалу практически никак не меняет радиус Шварцшильда (он начнет расти только после того, как дыра увеличит массу на ~31 порядок, когда радиус Шварцшильда, рассчитанный по классической формуле сравняется с радиусом компактификации. То есть после этого наша дыра будет расти и развиваться как привычная "трехмерная" черная дыра ).

6) Время "разъедания" дыры до состояния, когда она сможет увеличивать не только массу, но и размер можно оценить . Это 1е4 - 1е6 миллиардов лет. Что значительно больше возраста Вселенной.

Конечно, модельки все примитивные и нестрогие, но суть явления передают вцелом правильно. Дальше играйте сами.

[CASTRO]

Игорю

"Может ли современная теория допустить с какой-то долей вероятности, что такое атомное ядро может быть более или менее стабильно, что оно способно поглощать атомы обычного вещества"

Такого быть не может. Природа ядерных сил такова, что они короткодействующие. Именно поэтому ядерные системы и не могут быть большими. Ядра в нашем мире имеют небольшие размеры не потому, что им что не успевают вырасти, а просто потому, что большие ядра нестабильны и нежизнеспособны. Нейтронная звезда действительно стабильна, но ее  можно получить только в результате коллапса очень массивного объекта, но не в результате роста ядра. Соответственно, никакое сверхтяжелое ядро ничего поглотить не может.

"Только не говорите, что это не так. Вроде бы общеизвестно, что у обычных встречающихся на Земле тяжёлых химических элементов, расположенных ближе к концу таблицы Менделеева, часть внутренних электронных оболочек атомов уже вдавлена в ядро."

Гм. Даже в атоме водорода электрон можно отыскать в ядре. Ну и что ?  При чем тут поглощение?

"Ну или как вариант, можно рассмотреть случай, что это будет не обычное сверхтяжёлое атомное ядро в обычном понимании, а некоторое скопление кварк-глюонной плазмы или странной материи - то есть та же самая "страпелька", о которой говорилось в докладе по безопасности экспериментов на LHC, - но только не отрицательно заряженная, а нейтральная или почти нейтральная. Возможна ли такая ситуация, что эта нейтральная страпелька поглощает какое-нибудь обычное атомное ядро, потом поглощает электроны и снова становится нейтральной, потом снова поглощает ядро, потом снова поглощает электроны и "

Ну, Вы уже поняли из моих предыдущих ответов, ядерная система, начальная масса которой не колоссальна изначально (гравитация сильнее ядерных сил), ничего поглотить не может.

[vitalyn]

Игорю

"Может ли современная теория допустить с какой-то долей вероятности, что такое атомное ядро может быть более или менее стабильно, что оно способно поглощать атомы обычного вещества"

Такого быть не может. Природа ядерных сил такова, что они короткодействующие. Именно поэтому ядерные системы и не могут быть большими. Ядра в нашем мире имеют небольшие размеры не потому, что им что не успевают вырасти, а просто потому, что большие ядра нестабильны и нежизнеспособны. Нейтронная звезда действительно стабильна, но ее  можно получить только в результате коллапса очень массивного объекта, но не в результате роста ядра. Соответственно, никакое сверхтяжелое ядро ничего поглотить не может.

Слиянию ядер препятствует электрическое отталкивание между ними, поскольку для того, чтобы сблизить ядра настолько, чтобы сильное взаимодействие пересилило электрическое, нужно затратить довольно много энергии, и чем массвнее ядра, точнее, чем больше их электрический заряд, тем выше потенциальный барьер, тем менее вероятно взаимодействие, приводящее к слиянию.

Тут получается интересная закономерность - для ядер легче железа энергетически выгодно слияние, а для ядер тяжелее железа - распад. Так что железо можно трактовать, как конечную форму существования вещества. Считается, что у нейтронной звезды наружная оболочка - железная.

"Только не говорите, что это не так. Вроде бы общеизвестно, что у обычных встречающихся на Земле тяжёлых химических элементов, расположенных ближе к концу таблицы Менделеева, часть внутренних электронных оболочек атомов уже вдавлена в ядро."

Гм. Даже в атоме водорода электрон можно отыскать в ядре. Ну и что ?  При чем тут поглощение?

Преодолеть электрическое взаимодействие и облегчить слияние ядер позволяет т.н. "мюонный катализ". Отрицательно заряженные мю-мезоны (мюоны) ведут себя аналогично электронам в плане возможности участвовать в образовании атомов вместо электронов, но из-за значительно большей массы размеры их орбиталей гораздо меньше, так что мюонные орбитали уже "вдавлены" в ядро.

Ещё более интересная конструкция получается в случае с экзотическими ядрами типа гелия-6 или гелия-8. Ядро гелия-8 вообще очень интересно устроено - вокруг внутреннего квартета из двух протонов и двух нейтронов (фактически, самостоятельная альфа-частица) имеется довольно большая и слабо связанная с ним нейтронная оболочка. Если у такого атома электроны заменить на мюоны, то у него получится, что нейтронная оболочка ядра находится снаружи мюонных орбиталей. Период полураспада у гелия-8 - 0.12 секунды, а время жизни мюона - примерно 1 миллисекунда, так что с точки зрения ядерных процессов это достаточно долго, чтобы с этим поэкспериментировать.

[Игорь Сотников]

"Гм. Даже в атоме водорода электрон можно отыскать в ядре. Ну и что ?  При чем тут поглощение?" (CASTRO)

А при том, что наличие электронов не вне ядра, а в пределах объёма атомного ядра ослабляет кулоновское отталкивание между этим ядром и другими атомными ядрами.

Если бы все электронные оболочки были внутри ядра атома, то это означало бы, что вне ядра его электрическое поле просто отсутствовало бы, а значит, к нему могла бы свободно приблизиться вплотную любая отрицательно или положительно заряженная частица или другое атомное ядро.

В случае с водородом и другими лёгкими химическими элементами электрон, конечно, может находиться в ядре с очень малой вероятностью и в течение очень короткого времени, так что за это время никакое другое атомное ядро приблизиться к этому ядру не успеет и поэтому обычные, встречающиеся в природе, химические элементы в обычных условиях не вступают в термоядерные реакции в сколь-нибудь значительных объёмах.

А что касается мюонного катализа, так этот эффект был известен достаточно давно и упоминался даже - конечно, вскользь - в таких популярных изданиях, как серия Что есть что, в томе, посвящённом атомной энергии, который был издан в русском переводе в 93-ем году, а в Германии был издан ещё раньше. Так вот, там говорилось, что использование мюонов в качестве катализаторов может найти применение при "холодном" управляемом термоядерном синтезе. Хотя, конечно, там не оговаривались детали этого процесса.

[Игорь Сотников]

"Такого быть не может. Природа ядерных сил такова, что они короткодействующие." (CASTRO)

Опять же, не такие уж они и короткодействующие. Иначе такие частицы, как обычные свободные нейтроны, проходили бы через обычное вещество совершенно свободно и почти ничем бы не задерживались. Хотя на самом деле с самых первых опытов, когда были открыты нейтроны , известно, что они способны, например, при прохождении через парафин выбивать и ускорять ядра атомов водорода из молекул вещества, содержащего водород - причём в весьма больших количествах.


"Тут получается интересная закономерность - для ядер легче железа энергетически выгодно слияние, а для ядер тяжелее железа - распад. Так что железо можно трактовать, как конечную форму существования вещества." (Vitalyn)

Закономерность получается ещё интереснее - для лёгких атомных ядер легче железа или никеля энергетически выгодно слияние, для более тяжёлых - распад, а для совсем тяжёлых, в которых начинают работать уже не только ядерные силы, но и гравитация, - опять выгодно слияние. И конечная форма существования вещества в этом смысле - нейтронная звезда или чёрная дыра. Железо или никель в этом смысле не стабильны, а только метастабильны по отношению к дальнейшему росту атомного ядра.

Вопрос в другом: во-первых, где именно находится тот предел, начиная с которого снова становится выгодным слияние вплоть до нейтронной звезды? Во-вторых, допускает ли теория существования неких островов стабильности для сверхтяжёлых химических элементов, таких диапазонов атомных номеров этих элементов, у которых период полураспада будет не такой уж мизерный, чтобы эти элементы могли бы не только распадаться, но и участвовать в дальнейших реакциях синтеза? И можно ли по этим островам стабильности с какой-то долей вероятности "доскакать" от обычного атомного ядра до нейтронной звезды?

К слову сказать, первый остров стабильности уже, можно сказать, найден экспериментально в ходе синтеза сверхтяжёлых химических элементов.

[Игорь Сотников]

>> "Ну или как вариант, можно рассмотреть случай, что это будет не обычное сверхтяжёлое атомное ядро в обычном понимании, а некоторое скопление кварк-глюонной плазмы или странной материи - то есть та же самая "страпелька", о которой говорилось в докладе по безопасности экспериментов на LHC, - но только не отрицательно заряженная, а нейтральная или почти нейтральная. Возможна ли такая ситуация, что эта нейтральная страпелька поглощает какое-нибудь обычное атомное ядро, потом поглощает электроны и снова становится нейтральной, потом снова поглощает ядро, потом снова поглощает электроны и "

> "Ну, Вы уже поняли из моих предыдущих ответов, ядерная система, начальная масса которой не колоссальна изначально (гравитация сильнее ядерных сил), ничего поглотить не может." (CASTRO)

Опять же, смотря какая это ядерная система.

Если это система, состоящая из протонов и нейтронов - то есть такая система, в которой кварки упакованы по 3 штуки в протоны и нейтроны, расположенные достаточно далеко друг от друга, то вероятно, такая система дальше расти не может и становится крайне неустойчивой, когда количество протонов и нейтронов превышает несколько сотен.

Другое дело, если это система из кварк-глюонной плазмы, система, в которой кварки размещены более плотно, более компактно и не сгруппированы в протоны и нейтроны. Здесь количество кварков, с которыми взаимодействует тот или иной конкретный кварк и которые находятся от него на расстояниях, не превышающих характерного радиуса действия ядерных сил, будет достаточно велико - на несколько порядков больше, чем в обычных атомных ядрах. Так что здесь возможностей для роста данной ядерной системы куда больше.

И что говорит теория насчёт возможности разрастания такой системы до такого состояния, когда включится гравитация и когда система начнёт превращаться в нейтронную звезду?

Видимо, не всё здесь гладко, если авторы доклада по безопасности LHC не пошли тем же путём, что и вы, и стали рассматривать только отрицательно заряженные "страпельки", но никак не нейтральные и не положительные "страпельки" с вдавленными в них электронами.

[Oktyabrina]

Скажите, Castro, почему вы вначале говорили,что черная дыра -это фантастика,а теперь рассуждаете о ней,приводите расчеты и выясняется,что дыра безопасна. Давайте тогда обсудим и монополя,и страпельку,и прочие явления.

[CASTRO]

Виталину

"Слиянию ядер препятствует электрическое отталкивание между ними, поскольку для того, чтобы сблизить ядра настолько, чтобы сильное взаимодействие пересилило электрическое, нужно затратить довольно много энергии,"

Да копеечная, в сущности, энергия. Это при комнатной температуре кулоновский барьер кажется высоким... . Если мы здесь говорим не о физике вообще, а о столкновениях на LHC, то предлагаю вопрос с ядрами закрыть. Характерная энергия связи ядра 8 МэВ/нуклон. В сравнении с 14 ТэВ на LHC - мизер. Причем это мизер даже в сравнении с энергиями уже существующих ускорителей. Так что с точки зрения собственно ядерной физики на LHC ничего нового быть не может.

Игорю

"А при том, что наличие электронов не вне ядра, а в пределах объёма атомного ядра ослабляет кулоновское отталкивание между этим ядром и другими атомными ядрами."

Гм. И чего ? У Вас в свинце термоядерный синтез начинается чтоли? Какое это вообще имеет отношений к столкновениям на LHC ?

"Если бы все электронные оболочки были внутри ядра атома, то это означало бы, что вне ядра его электрическое поле просто отсутствовало бы"

Какое это имеет отношение к обсуждаемой теме?

""Так вот, там говорилось, что использование мюонов в качестве катализаторов может найти применение при "холодном" управляемом термоядерном синтезе""

В настоящее время мюонному катализу далеко до практического применения. Число слияний, вызванное одним мюоном, слишком мало пока.

"Опять же, не такие уж они и короткодействующие. Иначе такие частицы, как обычные свободные нейтроны, проходили бы через обычное вещество совершенно свободно и почти ничем бы не задерживались"

Они ОЧЕНЬ короткодействующие. 1е-15 метра всего. А что толку Вы при водите нейтрон, ни с чем его не сравнивая? А Вы лучше сравните пробег в веществе свободного нейтрона и протона той же энергии. Тогда картинка Вам предстанет совсем другая ))

"Другое дело, если это система из кварк-глюонной плазмы, система, в которой кварки размещены более плотно, более компактно и не сгруппированы в протоны и нейтроны. Здесь количество кварков, с которыми взаимодействует тот или иной конкретный кварк и которые находятся от него на расстояниях, не превышающих характерного радиуса действия ядерных сил, будет достаточно велико - на несколько порядков больше, чем в обычных атомных ядрах. "

Откуда Вы сию глупость взяли ??? С точностью до наоборот. Потенциал межкваркового взаимодействия таков, что чем меньше расстояние между ними, тем слабее сила взаимодействия. Это называется асимптотической свободой. То есть в КГП сильное взаимодействие между кварками практически выключено. Ее поэтому плазмой и незвали -  полная аналогия обычной плазмы - газа свободных заряженных частиц. А теперь, учитывая заряды сталкивающихся ядер, легко видеть, что кулоновские силы стремятся развалить КГП на адроны.

[CASTRO]

"Скажите, Castro, почему вы вначале говорили,что черная дыра -это фантастика,а теперь рассуждаете о ней,приводите расчеты и выясняется,что дыра безопасна."

У меня создается впечатления, что Вы либо меня не читаете вообще, либо логика у Вас уж очень особенная.

Я ж Вам просто в деталях расписал фантастичность черной дыры. Или наличие дополнительных компактифицированных измерений нашего пространства для Вас не фантастика, а тяжелая обыденность ? :-)

"Давайте тогда обсудим и монополя,и страпельку,и прочие явления."

Отличная идея. Возьмите в качестве домашнего задания.

[CASTRO]

"Видимо, не всё здесь гладко, если авторы доклада по безопасности LHC не пошли тем же путём, что и вы, и стали рассматривать только отрицательно заряженные "страпельки", но никак не нейтральные и не положительные "страпельки" с вдавленными в них электронами."

А где я вообще рассматривал страпельки ?

[Oktyabrina]

Я просто к тому,что вы то не хотели обсуждать эту тему,а тут вдруг начали. Я не могу категорично отрицать ни дыры,ни струны,ни браны,так же как соглашаться с их существованием. Но надеюсь,что их нет и что они не вылезут в ускорителе.