Domanda:
Se una massa si muove vicino alla velocità della luce, si trasforma in un buco nero?
shopsinc
2011-01-21 01:59:51 UTC
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Sono un grande fan del podcast Astronomy Cast e tempo fa stavo ascoltando un episodio di Q&A che hanno fatto. Un ascoltatore ha inviato una domanda che ho trovato affascinante e su cui mi sono sempre chiesto da allora.

Dalla trascrizione del programma:

Arunus Gidgowdusk dalla Lituania chiede: "Se prendessi una massa di un chilogrammo e l'accelerassi alla velocità della luce si formerebbe in un buco nero? Rimarrebbe un buco nero se poi diminuissi la velocità? "

Dr. Gay, un astrofisico e uno dei conduttori, ha spiegato che aveva chiesto a diversi suoi colleghi e che nessuno di loro poteva fornire una risposta soddisfacente. Le ho chiesto più di recente su Facebook se qualcuno ne avesse presentato uno e lei ha risposto di no. Quindi ho pensato che forse questo sarebbe stato un buon posto per chiedere.

Ecco un collegamento dal sito di John Baez. http://math.ucr.edu/home/baez/physics/Relativity/BlackHoles/black_fast.html
Quattro risposte:
#1
+64
Ted Bunn
2011-01-21 02:10:10 UTC
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La risposta è no.

La dimostrazione più semplice è proprio il principio di relatività: le leggi della fisica sono le stesse in tutti i sistemi di riferimento. Quindi puoi guardare quella massa di 1 kg in un sistema di riferimento che si muove insieme ad essa. In quel frame, è proprio la stessa massa di 1 kg che era sempre stata; non è un buco nero.

Un addendum: vale la pena fermarsi per chiedere perché si potrebbe pensare che * avrebbe * formato un buco nero e perché queste ragioni non sono corrette. Presumibilmente si pensa che una combinazione di contrazione di Lorentz e "aumento di massa" relativistico comprima l'oggetto al di sotto del suo raggio di Schwarzschild. Allora cosa c'è di sbagliato in questo ragionamento? La cosa principale è solo che la derivazione del raggio di Schwarzschild si applica solo a determinate condizioni. Per lo meno, si applica solo nel frame di riposo dell'oggetto (poiché assume simmetria sferica, cioè nessuna direzione preferita).
ma se si ruota 1kg di massa?
Il campo gravitazionale di una massa rotante di 1 kg è diverso da quello di una massa non rotante. Non ricordo i dettagli, che sono complicati, ma l'attrazione gravitazionale probabilmente diventa più forte perché l'energia cinetica rotazionale gravita. Se inizi con una massa più grande del suo raggio di Schwarzschild, non so se puoi trasformarla in un buco nero fornendo energia cinetica rotazionale.
@TedBunn * "Se inizi con una massa più grande del suo raggio di Schwarzschild, non so se puoi trasformarla in un buco nero fornendo energia cinetica rotazionale." * Ma anche l'energia cinetica è relativa, se accelero a la stessa velocità del tuo oggetto, il tuo oggetto non ha alcuna energia cinetica relativa a me.
@TedBunn: Eppure, una leggera flessione diventerà molto peculiare per una massa molto veloce.L'aberrazione relativistica speciale entrerà in gioco in un regime ultrarelativistico che migliorerà la lente altrimenti debole.Inoltre, il corpo veloce sentirà forze di marea fortemente potenziate nella sua cornice e accadranno molte altre cose interessanti.
@voix, se ruoti una massa, devi fornire molta energia e pressione per mantenerla in rotazione (forze centrifughe).Quelli a loro volta graviteranno da soli, e rovinerà un po 'il problema.
@TedBunn Dimostra che il principio di relatività è corretto e non è solo un presupposto non valido.
quindi in questo caso potremmo avere due realtà contemporaneamente?Uno in cui è un buco nero e uno in cui non lo è?per un osservatore nel fotogramma rispetto al quale l'oggetto si sta muovendo in C le leggi della fisica sembrerebbero violate poiché l'oggetto peserebbe infinito e tuttavia non formerebbe un buco nero.
Questa risposta non è precisa.Op chiaramente significa guardare l'oggetto da una cornice diversa.Perché è così difficile capire cosa significa op?
Quindi stai dicendo che assumiamo semplicemente un "no"?
@user1062760 la risposta è perfettamente "puntuale".Cambiare i sistemi di riferimento _mai_ cambia ciò che accade effettivamente.È una cosa semplice.
@StevenStewart-Gallus non può essere dimostrato, è un'ipotesi.È stato dimostrato valido da un secolo di esperimenti (nel caso di SR / GR) e molti secoli nel caso di Newton.Se ciò non è sufficiente per soddisfare la tua obiezione, nulla lo sarà.
@m4r35n357 è un'affermazione senza spiegazione che contraddice la relatività.Se qualcosa ha cetain massa nel mio quadro di riferimento, perché non si comporterà come dovrebbe con quella massa?L'aumento di massa è il motivo per cui è impossibile accelerare un oggetto in c, quindi è molto reale
@user1062760 no, la tua affermazione contraddice la relatività.Un oggetto ha una sola massa ed è la stessa in tutti i sistemi di riferimento.La tua alternativa porta al caos in cui ogni oggetto ha un numero infinito di masse.Nessuno può fare fisica in questo modo!
Se un oggetto in movimento da un dato punto di riferimento non genera gravità aggiuntiva, l'energia cinetica non gravita?Se è così, come è compatibile con l'equivalenza massa-energia?
#2
+21
Mark Eichenlaub
2011-01-21 02:18:51 UTC
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No, una massa di 1 kg non si trasformerebbe in un buco nero, anche se ti passasse accanto a velocità molto prossime a quella della luce.

Il principio di relatività è un'idea fondamentale in fisica, e una conseguenza di essa è che possiamo comprendere la fisica di qualcosa che si muove immaginando che ci stiamo muovendo al suo fianco.

Ad esempio, stai guardando la gente giocare a biliardo su un treno mentre ti passa accanto di corsa. Vuoi sapere se un certo colpo appena fatto affonderà la palla 8. Lo capisci immaginando di essere all'interno del treno e calcolando tutto ciò che ti aspetteresti che accada da quel punto di vista più semplice in cui il tavolo da biliardo è fermo. Se la bilia 8 finisce in una certa buca da quel punto di vista, puoi stare certo che andrà nella stessa buca se analizzi di nuovo la situazione dal tuo punto di vista originale sulla terraferma.

Applicazione lo stesso principio per la massa di 1 kg, vediamo che muovendoti lungo il lato sembra una massa normale, non un buco nero. Quindi, da un altro punto di vista in cui si avvicina alla velocità della luce, sembra ancora una massa normale, non un buco nero.

Quindi ne consegue che la velocità relativa di una massa non ha alcun rapporto con la forza gravitazionale percepita da una massa stazionaria vicina? Cioè se una massa volasse vicino a me a 0,1 c, sentirei lo stesso strattone come se volasse vicino a .999c? Ci sarebbe una sorta di equivalenza dato il tempo impiegato dall'oggetto per passare? Cioè, la forza totale percepita nel tempo sarebbe la stessa; un po 'come l'area coperta da un'orbita è la stessa in un dato tempo?
@shops Non si può rispondere alla tua domanda usando semplicemente il principio di relatività perché si tratta di diversi tipi di moto relativo. Potresti provare a farla come domanda separata sul sito principale. Non ho una risposta buona e concisa a questa domanda.
@MarkEichenlaub Per favore, spiega perché il principio di relatività è effettivamente vero, forse il principio di relatività è solo una ragionevole buona approssimazione?
No. Un'altra risposta che è completamente inutile e ha mancato il punto.Parla dal punto di vista dell'osservatore.Se una massa diversa da zero lampeggia alla velocità della luce, la sua massa per l'osservatore fermo sarebbe infinita, quindi perché l'osservatore fermo non vede invece un buco nero?
@user1062760 vedi il mio commento nella risposta accettata
#3
+18
Joe Fitzsimons
2011-01-21 13:32:21 UTC
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Anche se buono, penso che alle altre risposte al momento manchi un ingrediente, quindi posterò questa risposta.

Per le particelle che viaggiano a velocità costante non esiste un orizzonte degli eventi, quindi non si comportano come un buco nero. La luce proveniente da altre regioni dello spazio alla fine lo raggiungerà, a differenza di un buco nero. Inoltre, le forze tra gli atomi in qualunque cosa la materia costituisca la massa si muovono contemporaneamente e quindi non c'è una maggiore interazione gravitazionale tra di loro. Mentre le distanze tra di loro sembrano cambiare per un osservatore esterno (poiché la massa viene accelerata) una volta raggiunta la velocità costante, sono fisse.

Ciò che non è stato menzionato in altre risposte è l'effetto dell'accelerazione. Quando una particella viene continuamente accelerata, c'è un apparente orizzonte degli eventi. Vedi la pagina Wikipedia pertinente qui. Quindi questo ha alcune caratteristiche che associamo a un buco nero, tuttavia ci sono ancora differenze importanti. Un oggetto che subisce un'accelerazione costante si comporta infatti come se fosse statico in un campo gravitazionale costante. Tuttavia, nel caso di un tale oggetto, la direzione del campo equivalente è costante (e in una direzione costante) in tutto l'oggetto. Questo non è vero per il campo gravitazionale di un buco nero, che è sfericamente simmetrico.

Ovviamente quando la particella smette di accelerare l'orizzonte apparente scompare.

Vero, ma l'orizzonte apparente in questa situazione è molto diverso dall'orizzonte di un buco nero. Nel caso della particella in accelerazione, il materiale che si trova "dietro" l'orizzonte apparente è lontano dalla particella, proprio l'opposto dell'orizzonte degli eventi del buco nero. Cioè, euristicamente, l'orizzonte degli eventi di un buco nero dice che una volta che sei sufficientemente vicino al buco nero non puoi allontanarti, mentre l'orizzonte della particella accelerata dice che una volta che sei sufficientemente lontano dalla particella non puoi avvicinarsi.
+1 Per aggiungere un contesto più realistico alla risposta, ovviamente una massa accelerata fino a quasi C deve impiegare un tempo finito * accelerando *.
#4
+5
Lawrence B. Crowell
2011-01-21 02:55:15 UTC
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Presumo che l'idea sia che la massa di 1 kg si contrarrà al di sotto della lunghezza di Planck. O è quello o l'energia relativistica (massa) $ E ~ = ~ \ gamma mc ^ 2 $ sarebbe così grande da implodere gravitazionalmente. La domanda però può essere pensata in base a cosa succederebbe a un osservatore sulla massa. La domanda potrebbe essere capovolta: l'universo imploderà? Se una massa $ M $ passa per una massa più piccola $ m ~ << ~ M $ allora si potrebbe pensare che $ M $ potrebbe diventare un buco nero e la piccola massa $ m $ se abbastanza vicina rimarrebbe intrappolata nel buco nero. Tuttavia, dalla cornice della grande massa $ M $ la piccola massa non è un buco nero. Questa è una contraddizione.

Una massa ultra-relativistica si comporterà in modo simile a un'onda gravitazionale quando passa un altro punto di riferimento. Questo ultraboost Aichelburg-Sexl ha un impulso a onde piane dello spaziotempo. La massa relativistica si tradurrà in un impulso di un'onda gravitazionale rilevata da un osservatore fermo. Quindi c'è un'implicazione gravitazionale per questi stimoli relativistici estremi.

Questa risposta sembra che potrebbe essere utile in futuro, ma per ora è un po 'gergo.Inoltre, presuppone che il principio di relatività sia effettivamente vero, il che probabilmente lo è, ma è ancora qualcosa su cui tutti dovrebbero essere rigorosi.


Questa domanda e risposta è stata tradotta automaticamente dalla lingua inglese. Il contenuto originale è disponibile su stackexchange, che ringraziamo per la licenza cc by-sa 2.0 con cui è distribuito.
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