Я большой поклонник подкаста Astronomy Cast, и некоторое время назад я слушал серию вопросов и ответов, которую они сделали. Слушатель прислал вопрос, который показался мне увлекательным и с тех пор меня интересует.
Из стенограммы выступления :
Арунус Гидгоудуск из Литвы спрашивает: «Если бы вы взяли массу в один килограмм и разогнали ее до скорости света, образовалась бы она в черную дыру? Осталась бы она черной дырой, если бы вы затем уменьшили скорость?»
Доктор Гей, астрофизик и одна из ведущих, объяснила, что она спрашивала нескольких своих коллег, и ни один из них не смог дать удовлетворительного ответа. Недавно я спросил ее на Facebook, выдвигал ли кто-нибудь такое, и она ответила, что нет. Так что я подумал, может быть, это будет хорошее место, чтобы спросить.
Ответ - нет.
Самое простое доказательство — это просто принцип относительности: законы физики одинаковы во всех системах отсчета. Таким образом, вы можете посмотреть на эту массу в 1 кг в системе отсчета, которая движется вместе с ней. В этом кадре это та же масса в 1 кг, что и всегда; это не черная дыра.
Нет, масса в 1 кг не превратилась бы в черную дыру, даже если бы она пронеслась мимо вас со скоростью, близкой к скорости света.
Принцип относительности — это фундаментальная идея в физике, и одно из его следствий состоит в том, что мы можем понять физику чего-то, что движется, представляя, что мы движемся вместе с ним.
Например, вы наблюдаете, как люди играют в бильярд в поезде, который проносится мимо вас. Вы хотите знать, потопит ли только что сделанный бросок восьмерку. Вы понимаете это, представляя, что находитесь внутри поезда, и вычисляя все, что вы ожидаете, с той более простой точки зрения, когда бильярдный стол неподвижен. Если с этой точки зрения восьмерка попадет в определенную лузу, вы можете быть уверены, что она попадет в ту же лузу, если вы снова проанализируете ситуацию с исходной точки зрения на твердой земле.
Применяя тот же принцип к массе в 1 кг, мы видим, что, двигаясь сбоку от нее, она выглядит как обычная масса, а не как черная дыра. Следовательно, с другой точки зрения, в которой он движется со скоростью, близкой к скорости света, он все же выглядит как обычная масса, а не как черная дыра.
Хотя это хорошо, я думаю, что в других ответах в настоящее время отсутствует один ингредиент, поэтому я опубликую этот ответ.
Для частиц, движущихся с постоянной скоростью, горизонта событий нет, и поэтому они не ведут себя как черная дыра. В отличие от черной дыры, свет из других областей космоса в конечном итоге достигнет ее. Кроме того, силы между атомами того вещества, которое составляет массу, движутся совместно, и поэтому между ними нет повышенного гравитационного взаимодействия. В то время как расстояния между ними кажутся сторонним наблюдателям изменившимися (по мере того, как масса ускоряется), когда она достигает постоянной скорости, они фиксируются.
Что не упоминалось в других ответах, так это эффект ускорения. Когда частица непрерывно ускоряется, существует очевидный горизонт событий. См. соответствующую страницу Википедии здесь . Так что у него есть некоторые особенности, которые мы связываем с черной дырой, однако есть и существенные отличия. Объект, подвергающийся постоянному ускорению, действительно ведет себя так, как будто он статичен в постоянном гравитационном поле. Однако в случае такого объекта направление эквивалентного поля постоянно (и в постоянном направлении) во всем объекте. Это неверно для гравитационного поля черной дыры, которая сферически симметрична.
Конечно, как только частица перестает ускоряться, видимый горизонт исчезает.
Я предполагаю, что идея в том, что масса 1 кг сократится до длины ниже планковской. Либо это, либо релятивистская энергия (масса) был бы настолько велик, что взорвался бы под действием гравитации. Однако этот вопрос можно рассматривать в соответствии с тем, что произошло бы с наблюдателем на массе. Вопрос можно было бы перевернуть: взорвется ли Вселенная? Если масса проходит меньшая масса то можно подумать, что может стать черной дырой и небольшой массой если бы он был достаточно близко, он бы оказался в ловушке черной дыры. Однако из рамы большой массы небольшая масса не является черной дырой. Это противоречие.
Ультрарелятивистская масса будет вести себя подобно гравитационной волне, когда она проходит через другую контрольную точку. Этот ультрабустер Айхельбурга-Сексла имеет импульс плоской волны пространства-времени. Релятивистская масса приведет к импульсу гравитационной волны, обнаруженному стационарным наблюдателем. Таким образом, в таких экстремальных релятивистских ускорениях есть гравитационный подтекст.
МБН