Как можно быстро увеличить массу черной дыры?

Скажем, вы использовали черную дыру в качестве движущей силы а-ля Крейн и Уэстморленд http://arxiv.org/pdf/0908.1803.pdf — значит, ваша черная дыра имеет радиус около 0,9 аттометра — сверхмаленькая — около 600 000 тонн. Сколько энергии потребуется, чтобы увеличить его размер, скажем, до 100 масс Земли? И как быстро вы смогли это сделать? Можно ли каким-то образом удержать такое количество энергии в бомбе или оружии? Крейн и Уэстморленд говорят об использовании сферических гамма-лазеров для создания искусственных черных дыр. Есть ли здесь возможное решение? Мы явно говорим о передовых технологиях, но если это слишком абсурдно, я хочу знать.

Недавно вы задали пару вопросов о черных дырах, но ни один из них не кажется мне достаточно изученным. Я бы посоветовал провести больше исследований, прежде чем задавать эти вопросы. Кроме того, для меня они читаются как вопросы чистой физики и как таковые не подходят для этого сайта. Возможно, некоторые более глубокие исследования, прежде чем задавать вопросы, прольют свет на ваши вопросы.
@Aify Заключение о недостаточном исследовании - немного резкое ИМХО. Есть ссылка на arxiv, которая говорит о том, что были предприняты некоторые усилия для понимания вовлеченных концепций, но, учитывая, что многие, кто может интересоваться такими темами, могут не иметь такого фона, терминология/тайная математика часто являются препятствием для обучения. Во-вторых, вопрос построен вокруг заинтересованности в разработке концепции варп-двигателя, которая является чисто спекулятивной, и поэтому я считаю, что здесь это приемлемая форма вопроса. Кроме того, хорошую науку трудно найти, а поощрение — это плюс. Точка взята НТЛ. :)
Что ж... вы можете увеличить массу черной дыры (или любого объекта, если уж на то пошло), просто бросая в нее что-то, при условии, что то, что вы бросаете, существенно меньше объекта. Гравитация заставит их прилипнуть, увеличивая массу.
@Nolo Прежде чем сделать вывод о недостаточных исследованиях, я попытался погуглить тему и его вопросы и нашел на них достаточно ответов, похожих на ссылки и ответы в вашем собственном ответе. Чтение ссылок из вашего ответа также дает более чем достаточно доказательств того, что он мог просто найти и прочитать 2/3 этих ссылок сам, погуглив. Ссылка на arxiv просто означает, что он прочитал что-то интересное — она не показывает каких-либо дополнительных исследований.
Кроме того, при более глубоком чтении связанного PDF-файла есть целый раздел «Теоретическая осуществимость» (Раздел IV), в котором приводятся цифры и аргументы относительно того , что потребуется для реализации идеи звездолета с черной дырой; 1 000 000 тонн массы, срок службы от десятилетий до столетий, как его производить с использованием солнечной энергии и солнечных батарей. Но все, что я только что сказал, спорно, потому что в статье содержится еще БОЛЬШЕ подробностей о точных цифрах, которые OP указал в своем вопросе. Любые дополнительные детали, которые потребуются, будут просто расчетами, которые я бы не рассматривал как построение мира .
@Aify Достаточно честно, в этом случае я согласен с тем, что более конкретные вопросы, связанные с такими расчетами, вероятно, больше подходят для другого форума.
(а) Как уже указывал Бурки, лучший способ вырастить черную дыру — это накормить ее большим количеством массы. Направлять в него лазерные лучи или другое энергетическое оружие довольно бессмысленно. Знаменитое уравнение Эйнштейна, E=MC^2, говорит нам, что можно получить очень много энергии при очень малой массе, поэтому умный подход состоит в том, чтобы питать вещь массой, а не энергией. Теперь установленная масса — 100 масс Земли — является довольно большим препятствием для преодоления в любой отдельной Солнечной системе. Я думаю, что кормить его всеми астероидами и кометами будет гораздо меньше, чем нужно.
(б) В книге Ларри Нивена «МИР ВНЕ ВРЕМЕНИ» предлагается одна возможность: воткнуть в Юпитер гигантскую трубу, выходящую далеко за пределы атмосферы, и зажечь внутри термоядерную реакцию. Трубка всасывает газ, и термоядерный нагрев расширяет его сверху, извергая в космос. Нивен предложил это как способ сдвинуть Юпитер, но мы можем взять газ, испускаемый трубкой, и направить его в черную дыру. Лучше использовать много трубок, размещенных так, чтобы компенсировать тягу друг друга и ускорить процесс. Мы не хотим двигать Юпитер, мы хотим поднять большую часть его массы на орбиту и скормить ее черной дыре.
(c) Однако я подозреваю, что это выходит за рамки того, о чем спрашивал Б. Эветт, в контексте использования черной дыры в качестве двигательного устройства. Тащить за собой массу размером с Юпитер для подачи в вашу ракету-черную дыру довольно контрпродуктивно; теперь вам предстоит разогнать массу Юпитера! Какое торможение... :) На самом деле закачивать большую массу в черную дыру, используемую в качестве двигательной установки, вообще не имеет смысла. Масса черной дыры должна быть ускорена... зачем делать ее более массивной и замедлять? Итак, нам нужно знать, Б. Эветт, почему вы хотите сделать его таким масштабным.
ИМХО давление , а не энергия, будет технологическим узким местом.
В дополнение к тому, что Ленсман писал ранее, пояс астероидов, как предполагается, изначально имел массу около одной массы Земли , но теперь составляет всего 4% массы Луны и составляет около 3e21 кг (Луна весит около 7e22 кг). Не только это, но и огромная часть этой массы приходится всего на четыре астероида, при этом масса Цереры в 9,4x20 кг составляет почти 1/3 нынешней общей массы пояса астероидов.
@Aify, однажды я задал вопрос на Meta, спрашивая, считаются ли элементарные вопросы «Сколько времени потребуется, чтобы добраться из точки A в точку B» полезными для построения мира. Каждый из них различался только типами космических кораблей, препятствиями и т. д. Я обжаловал это, и, похоже, сообщество со мной не согласно. Если это построение мира, то ряд вычислений, подобных этому, мне кажется, тоже в тему. (Я не думаю, что они оба, но если первое, то это, вероятно, тоже.)
@TheAnathema Я не сужу вопросы по прошлому приоритету. Я думаю, что и тип вопроса в вашем комментарии, и вопрос такого типа не по теме, особенно в вашем вопросе AB, поскольку он в основном просит кого-то сделать за них математику.

Ответы (3)

Есть некоторые проблемы Допустим, мы выключились, Испарение черной дыры

Я не могу правильно объяснить детали питания черной дыры, поэтому все, что ниже, — это грубо говоря.

Как указано здесь, радиус Шварцшильда

Малая масса имеет чрезвычайно малый радиус Шварцшильда. Масса, похожая на гору Эверест (оценка 6.3715 е 14 кг) имеет радиус Шварцшильда намного меньше нанометра.

2 ×  6.6738e-11 м 3 кг 1 с 2 ×  6,3715e14 кг/(299 792 458 м/с 1 ) 2 знак равно 9,46e-13 м или 9,46e-4 нм .

Типичный размер атома 1,4e-1 нм или 1,4 Ангстрем
Типичный размер ядра 1 10000 размера атома, так скажем 1e-5nm

Таким образом, масса черной дыры на Эвересте намного меньше размера внешнего атома и 10 100 раз больше размера ядра.

Но насколько велики гравитационные эффекты
на расстояниях 1,4 Å от ЧД.
Атомы получают приращение скорости что-то вроде 20000км/с за каждый 1 Å пройденного пути на расстоянии 1-2 Å от ЧД Эверест. Это означает, что если разместить ЧД и атом на расстоянии 2Å друг от друга, то атом будет набирать скорость от 20к до 40к км/сек, а скорее 25-30 тысяч км/сек.

на расстоянии 1 метра 42522 м/с 2
на расстоянии 10 метров 425 м/с 2
на расстоянии 100 метров 4 м/с 2

Если это твердое тело
. Допустим, вы поместили ЧД в центр масс некоторого твердого тела, и ЧД не движется относительно этого центра.
Можете ли вы ожидать, что ЧД проест 1-метровую дыру внутри - да
Можете ли вы ожидать, что ЧД проест 10-метровую дыру внутри - да, возможно
Можете ли вы ожидать, что ЧД проест 100-метровую дыру внутри - не обязательно, зависит от материала , и окружающую среду. Если это твердый каменный астероид, возможно, он останется, просто с какой-то дырой внутри.
Не принимайте во внимание другие факторы, эта ситуация стабильна, это как 2 тела, вращающиеся вокруг одного центра масс, только одно находится внутри, как и центр масс этой системы из 2 тел.

Если это какое-то газовое облако
. Допустим, что-то в радиусе от 10 до 100 метров будет сжатым газом (из-за силы тяжести), и, допустим, оно было съедено ЧД в мгновение ока, пусть это будет радиус 100 метров.
Как быстро BH получит новые материалы? Ответ в основном зависит от температуры окружающего газа. Типичная скорость атомов и молекул в газе, таком как Воздух, которым мы дышим, равна скорости звука (типичная для нашей среды 300–330 м/с при температуре, близкой к комнатной). Нечто близкое к этой скорости будет максимальной скоростью потребления этого окружающего газового облака. .

В обоих случаях я упрощаю, но это общая картина.

Есть ли другие ограничивающие факторы? Да.

Назад к атомам
На атомарном уровне вблизи ЧД на расстоянии 1 Å будет некоторое давление между атомами, так как они хотят войти внутрь бара ЧД.
Им всем одновременно разрешено идти в БХ? - нет, не знают.
Почему? Из-за этого они большие по сравнению с размером ЧД.
Достаточно ли они надавливают на себя, чтобы слиться и пойти не поодиночке, а как большая стая? Зависит. Даже для ЧД массы Эвереста это может быть не так даже для смеси Водород-Гелий3. В какой-то момент это будет возможно, но в случае H+He3, чтобы смесь могла сплавиться, скорость атомов должна быть близкой или больше 0,1с. На таких скоростях у них есть вероятность слиться, не гарантированная, но возможная. Но для более тяжелых атомов (скажем, C12) эта скорость должна быть еще больше, и они тяжелее, им нужна большая температура (а температура на самом деле пропорциональна скорости 2 ) .
Таким образом, синтез вокруг ЧД возможен в какой-то точке, а объем, в котором он начинается, равен объему размера атома вокруг ЧД, a объем, который все атомы хотят занять, но не вмещаются.

Слишком упрощенно, но что, если они недостаточно быстры, чтобы слиться. Атомы будут сталкиваться с крошечным местом в космосе, некоторые удачливые атомы доберутся до полосы BH, остальные будут сильно сталкиваться друг с другом, но недостаточно сильно, чтобы слиться. Они будут злиться и излучать гамма-лучи, свет и т.д. Они будут кружиться вокруг бара ЧД, а также будут мешать новым особям приближаться к ЧД, рассеивая энергию и удары вокруг ЧД.

Нет слияния. Что это означает на самом деле.
Это означает, теоретически и чрезмерно упрощая, что вы можете разместить конечное количество атомов вокруг сферы в 1 Å вокруг ЧД. 8 атомов будет достаточно, чтобы полностью запечатать ЧД. Это похоже на кристаллическую структуру, но вокруг какой-то пустой и массивной точки во Вселенной. У него будет некоторое эквивалентное давление, высокое, но недостаточно высокое, чтобы произошел синтез этих 8 атомов. Некоторые пределы массы для такого состояния черной дыры могут быть рассчитаны, взгляните , если хотите, на нейтронные звезды , между ними есть что-то подобное.
Если есть только 8 атомов и ЧД и чрезмерное упрощение - эта ситуация устойчива, стабильна, как ЧД стабильна. Если мы возьмем ЧД (думаю, с помощью гравитационного луча) и встряхнем ее, то ничего не произойдет с уплотняющими атомами, пока мы не встряхнем менее 2e6 г или 2e7 м/с 2 .

Как не допустить, чтобы это произошло, и правильно кормить ребенка БГ
или Сила Порядка и Света и чрезмерное упрощение

Поскольку малышу ЧД трудно глотать атомы, вам придется кормить его по одному. Размер ядра атома BH, вероятно, может поглотить единственное ядро, испускающее большинство электронов, которое будет формировать некоторый отрицательный заряд вокруг этого места, и, возможно, скорость подачи электронов будет медленнее, чем скорость подачи ядра, из-за некоторых наблюдений, что электроны являются частицей и волной одинаковы. время. Но это темная сила квантовой механики, которая находится рядом с запретными темнейшими знаниями некромантов о квантовой гравитации. Но, как дитя света и упрощения, мы предполагаем, что малыш ЧД может проглотить входной атом.

Как предотвратить формирование 8-атомного уплотнения? Наступает Порядок: мы должны кормить атомы один за другим, и следить за тем, чтобы каждый атом был съеден, прежде чем мы отправим следующий атом.
Но также мы хотим сделать это как можно быстрее - 1c, скорость света.
Кроме того, мы хотим, чтобы он был настолько плотным, насколько это возможно для нас, поэтому мы не оставляем пространства между атомами.

Таким образом, это будет выглядеть как тонкая веревка толщиной в 1 атом, летящая со скоростью около 1с прямо к ЧД.
Таким образом, для водорода один атом на 1 Å или 1e-10m, или 1e10 атомов на каждый метр, поэтому скорость подачи будет 3e18 атомов в секунду или 9,5e25 атомов в год.
Используя постоянную Авогадро ( 6.022140857 ( 74 ) × 10 23  моль 1 ) и щепотка черных знаний:

Скорость подачи: 150 граммов водорода в год. (или 5,29 унции)

Если мы возьмем более тяжелые атомы с ураном-238, что составляет 238 граммов на моль, это будет 37,39 кг в год (157 моль x 238 г).
Размер маленькой ЧД линейно пропорционален ее массе, поэтому, чтобы вырастить Эверест, как ЧД, на 1 процент, нам нужно 42 476 666 миллионов лет с Водородом и 178 473 миллиона лет с U-238.
Если мы будем кормить его в 10 ручьев, что составляет более 8 атомных уплотнений - и, вероятно, это больше предела, который мы можем накормить младенцем ЧД, это все еще 17000 миллионов лет.

Тут все сложнее, но отключенные групповые факторы облегчают и ускоряют кормление. Эффекты гравитации в таком маленьком масштабе неизвестны, и, возможно, они ускоряют или замедляют скорость кормления. Хочешь ответить на этот вопрос - иди изучай физику.

Некоторые решения? Да (типа).

Есть как минимум 2 решения, которые могут помочь с кормлением.

Первая
специальная теория относительности говорит нам: Е=мс 2 а в общей теории относительности они оба говорят: скорость - это масса, масса - это скорость, энергия - это масса (или что-то подобное, я не уверен)

Итак, черная магия знания, и она говорит: мы действительно можем сделать атом водорода более энергетическим, разогнав его до скоростей 0,9999999999c, и он будет иметь большую массу с точки зрения ЧД. Мы не можем питаться быстрее, чем 1c, но мы можем заставить атомы иметь больше энергии и массы для нашей ЧД. Все зависит от того, насколько близко к скорости света мы сможем разогнать наши атомы. Немного информации о релятивистской массе .
Грубо говоря, он растет так:

м знак равно м 0 1 в 2 с 2
Так что при таком близком 0.9999999999c он будет в 70710 раз тяжелее, все равно миллионы лет на 1% растут но стараются больше, кормить ребенка BH дело серьезное.

Второй вариант
Большинство частей нашей Вселенной слишком пушистые и недостаточно плотные, чтобы быстро вырастить детеныша ЧД, но есть по крайней мере один возможный объект, которым мы можем накормить детеныша ЧД, и он, возможно, будет счастлив и будет расти намного быстрее, чем мы можем сделать, в данный момент. Вероятно, мы можем сбросить ЧД в Нейтронную звезду .
Эта картина поражает меня, поэтому я задам самый смелый вопрос, какой только смогу:

Что будет, если малышка BH будет сброшена в Нейтронную звезду.

Я НЕ ЗНАЮ.

Она может поглотить NS с громом и светом (гамма-лучи, бозоны, кварки, лептоны и т.д.) и будет изрядно выросшей и красивой Черной Дырой.
Или он может быть еще недостаточно плотным, и он будет расти определенно быстрее, чем мы сможем его накормить, но еще миллионы миллионов лет, прежде чем он вырастет.
Или, может быть, и именно это меня забавляет, он может разнести Нейтронную звезду на куски.
Или создаст сферу Света внутри этой НС, и давление этого Света будет эквивалентно давлению внутри Нейтронной Звезды 1,6×10 35 Па , и этот пузырь будет расти, а потом бум всю высвободившуюся энергию, и будут куски везде летают нейтронные звезды(интересно что с ними будет) и Световая Вспышка Бога.

Или, может быть, время от времени будет делать Flashes из-за небольшой асимметрии и несовершенства НС.
Или у него может быть 2 постоянных луча Света из-за вращения НС, разницы потенциальной энергии на полюсах и некоторого магнитного момента.
Или он может выглядеть как корабль DeadStar и стрелять лучами из экваториальных частей этого NS и питаться полюсами.

Я НЕ ЗНАЮ. Но я хотел бы это увидеть.

Поскольку малышу ЧД трудно глотать атомы, вам придется кормить его по одному. Какая ерунда! Черная дыра размером с атом может поглотить более одного атома за одно мгновение. Черная дыра размером с атом будет весить больше, чем гора. Его масса могла притянуть тонны материала вокруг себя.
В качестве примера я взял ЧД размером 9,46e-4 нм с массой Эвереста. Это в 10 ^ 9 раз больше, чем заявил ОП. Но это значительно меньше, чем размер атома. Размером атома называется расстояние, на котором они начинают взаимодействовать друг с другом. Грубо говоря размер электронного облака вокруг атома. Да, ЧД размером с атом легко проглотит атомы, но даже в этом случае это займет много времени. Грубо говоря, скорость зависит от того, сколько атомов вы можете разместить вокруг радиуса Шварцшильда (в какой-то момент это не будет иметь значения, но для малых это будет иметь значение)
Да, мой ответ неверен во всех аспектах. Потому что он сосредоточен только на одной проблеме, которая связана с размером. А оскорблениями считается только одно, утверждающее, что ЧД - это не только время-материя сингулярность, но и сингулярность всего, что так или иначе связано с предметом ЧД. ЧД — это не сверхчеловек, это объект с некоторыми свойствами, и большинство из них конечны. Не стесняйтесь исследовать важность размера BH самостоятельно и опубликовать новый ответ, который я хотел бы прочитать.
Черная дыра в 600 кт безумно горячая, 2E17 K — это вытолкнет материю из черной дыры из-за радиационного давления (среди других эффектов тоже). Еще одна веская причина отключить излучение Хокинга (упражнение предоставляется читателю).

Как создать черную дыру массой 100 земных за 3 простых шага.

  1. Создать черную дыру массой 600 тысяч тонн.
  2. Сбросьте крошечную черную дыру на планету массой в 100 земных масс.
  3. Подождите несколько дней, пока черная дыра поглотит всю массу планеты.

Кроме шуток, это может быть самый простой способ сделать это. Если вы сделаете маленькую черную дыру и бросите ее на Сатурн, то скоро получите черную дыру массой 95 земных. Черная дыра массой 600 000 тонн была бы очень маленькой черной дырой. Чтобы манипулировать им, вы просто бросаете в него кучу электронов. Он будет накапливать заряд, и вы сможете хранить его и перемещать внутри удерживающего магнитного поля. Им было бы легче манипулировать, чем гораздо большим — скажем, о массе Фобоса.

у вас скоро будет, даже если не считать испарения той черной дыры, это скоро будет сотни миллионов лет. Из-за ограничения скорости 1c. Черная дыра размером с атом будет расти примерно на 30 тонн в год, что-то вроде этого, пока почти не закончится, это будет очень-очень медленный процесс.
@MolbOrg Можете ли вы объяснить, как скорость света означает, что черная дыра размером с атом не может потреблять более 30 тонн в год? Это очень маленькая масса по сравнению с огромной массой черной дыры размером с атом.
Я помню, как читал что-то, что предполагало, что маленькая черная дыра, порядка нескольких сотен метрических тонн, обладает свойствами, которые отталкивают большую часть массы на заданном радиусе, пару метров, но она может иметь были спекуляции. Стоит изучить, что на самом деле происходит в отношении всех возможных задействованных сил. Кажется, магнетизм и ионизация были основными факторами на этих масштабах. Приношу свои извинения за то, что не указал источник, но это было много лет назад, и я уверен, что источник не был научным, следовательно, это могло быть просто любопытством и предположением автора.
@ Нет, ты говоришь об испарении черной дыры, это хорошо известная теория излучения Хокинга.
Короче говоря, @RichS из-за конечного размера атомов и из-за того, что BH намного меньше, чем размер взаимодействия атомов. И да, насколько я сейчас помню, после публикации этого ответа, это было вроде 30 т на миллион лет, а не 30 т в год. Вы можете попытаться прочитать этот ответ, если хотите получить более подробную информацию о том, как я пришел к такому цифровому заключению.

Согласно Вольфраму Альфе , массовая энергия 100 земли, по-видимому, 2,684 × 10 43  Джоули .

Как быстро можно произвести такое количество энергии и что для этого требуется? Коллапс ядра типа 1А (сверхновая) производит 1,5   враг ( Ед. изм знак равно 10 44 Дж ) , так что она будет на ~ один порядок меньше, чем самый маленький тип сверхновой .

Таким образом, в качестве приближения временной шкалы (минус порядок величины уровня энергии) - согласно различным ответам на этот вопрос физики. ТАК, событие имплозии происходит в течение нескольких секунд (в течение которых вся энергия события высвобождается из ядра и частично поглощается окружающей массой), но свечение внешней материи может длиться неделями .

Возможное предложение: скормить свою черную дыру другой черной дыре массой 100 земных масс. Я предполагаю, что в этом случае энергии будут сдержаны и не уничтожат все в каком-то (неизвестном) большом радиусе... но тогда остается вопрос - где взять такую ​​черную дыру?

Другая проблема заключается в том, что всю энергию сверхновой невозможно будет сфокусировать в нужной точке.
Кажется, гораздо проще просто питать массу черной дыры напрямую, чем энергетическими безмассовыми частицами, такими как фотоны, тем более что взрывающийся объект, такой как сверхновая, никогда не высвободит больше энергии, чем содержалось в массе покоя исходного взрывающегося объекта.
@Hypnosifl Согласен, я не думал ссылаться на массу звезды, которая разрушится и вызовет такое событие, однако намерение состояло в том, чтобы просто предоставить контекст для сравнения вовлеченных энергий.
@Nolo Возможное предложение, скормите свою черную дыру другой черной дыре массой 100 земных масс. Но если у вас уже есть черная дыра массой 100 земных, то вам вообще не нужно создавать такую ​​черную дыру. Это все равно, что сказать: «Если вы хотите построить замок, начните с одного камня размером с вашу ладонь и добавьте его к уже существующему замку». Видишь ли, на самом деле ты не построил замок. Точно так же, если у вас уже есть дыра в 100 земных масс, вам не нужно ее строить.
@RichS Согласен, я просто исчерпал другие варианты, независимо от их тривиальности, однако я не был ясен и должен был сказать «черная дыра со 100 массами Земли меньше массы той, с которой вы должны начать», но да, я вижу ваша точка зрения. Ваш ответ имеет больше смысла, если начать с планеты с массой 100 земных масс.