마이크로 블랙홀

Micro black hole

미니 블랙홀 또는 양자 기계 블랙홀이라고도 불리는 마이크로 블랙홀은 양자 역학적 효과가 중요한 역할을 [1]하는 가상의 작은 블랙홀입니다.별의 질량보다 작은 블랙홀이 존재할 수 있다는 개념은 1971년 스티븐 [2]호킹에 의해 도입되었다.

이러한 블랙홀은 초기 우주(또는 빅뱅)의 고밀도 환경에서 생성되었을 수도 있고, 이후 상전이를 통해 생성되었을 수도 있습니다.그것들은 천체물리학자들이 호킹 [3]방사선에 의해 방출될 것으로 예상되는 입자들을 통해 관찰될지도 모른다.

추가 공간 치수와 관련된 일부 가설은 거대 강입자 가속기와 같은 입자 가속기에서 이용 가능한 TeV 범위만큼 낮은 에너지에서 마이크로 블랙홀이 형성될 수 있다고 예측합니다.그 후 지구 종말 시나리오에 대한 일반적인 우려가 제기되었다(대형 강입자 충돌의 안전성 참조).하지만, 그러한 양자 블랙홀은 순식간에 증발할 것이고, 완전히 또는 아주 약한 상호작용 [citation needed]잔여물만 남길 것이다.이론적인 주장 외에도, 우주선이 지구에 충돌하는 것은 어떠한 손상도 일으키지 않지만, 그것들은 수백 TeV의 범위에 있는 에너지에 도달한다.

블랙홀의 최소 질량

초기 추측에서 스티븐 호킹은 블랙홀이 약 10−8 kg 이하의 질량(대략 플랑크 질량)[2]으로 형성되지 않을 것이라고 추측했다.블랙홀을 만들기 위해서는 블랙홀이 밀집한 지역으로부터의 탈출 속도가 빛의 속도를 초과할 정도로 질량과 에너지를 집중해야 한다.

현재의 물리학의 일부 확장은 추가 차원의 존재를 가정한다.고차원 시공간에서는 3차원보다 거리가 줄어들수록 중력 강도가 더 빠르게 증가한다.추가 치수의 특정 특수 구성을 사용하면 이 효과는 플랑크 스케일을 TeV 범위로 낮출 수 있습니다.이러한 확장의 예로는 대규모 추가 치수, 랜달-순드럼 모델의 특수한 경우 및 GKP 솔루션과 같은 문자열 이론 구성이 있습니다.이러한 시나리오에서 블랙홀 생성은 거대 강입자 충돌기(LHC)[1][4][5][6][7]에서 중요하고 관측 가능한 효과가 될 수 있다.그것은 또한 우주선에 의해 유발되는 흔한 자연 현상일 것이다.

이 모든 것은 일반 상대성 이론이 이 작은 거리에서도 유효하다고 가정합니다.그렇지 않으면 현재 알려지지 않은 다른 효과로 인해 블랙홀의 최소 크기가 제한될 수 있습니다.소립자는 양자역학적 고유 각운동량(spin)을 갖추고 있다.곡면 시공간에서 물질의 총(궤도 + 스핀) 각 운동량에 대한 올바른 보존 법칙은 시공간이 비틀림을 갖추고 있어야 합니다.비틀림을 수반하는 가장 간단하고 자연스러운 중력 이론은 아인슈타인-카르탄 [8][9]이론이다.비틀림은 중력장의 존재 하에서 디락 방정식을 수정하고 페르미온 입자를 공간적으로 확장시킵니다.이 경우 페르미온의 공간적 확장은 블랙홀의 최소 질량을 10kg 정도로16 제한하며, 이는 마이크로 블랙홀이 존재하지 않을 수 있음을 보여준다.이러한 블랙홀을 만드는 데 필요한 에너지는 거대 강입자 충돌기에서 사용할 수 있는 에너지보다 39배 더 크며, 이는 LHC가 작은 블랙홀을 만들 수 없음을 나타냅니다.하지만 블랙홀이 생성된다면 일반상대성이론은 잘못된 것으로 증명되고 이렇게 짧은 거리에는 존재하지 않는다.일반 상대성 이론의 법칙은 블랙홀의 사건 지평선 주변에서 물질, 공간, 그리고 시간이 어떻게 분해되는지에 대한 이론과 일치하기 때문에 깨질 것이다.이것은 페르미온 한계의 공간적 확장도 부정확하다는 것을 증명할 것이다.페르미온 한계는 블랙홀을 유지하는 데 필요한 최소 질량을 가정하는 반면, 이론적으로 어떤 [10][11]조건에서는 LHC에서 달성할 수 있는 블랙홀을 시작하는 데 필요한 최소 질량을 가정합니다.

안정성.

호킹 복사

주요 기사:호킹 복사

1975년, 스티븐 호킹은 양자 효과로 인해, 블랙홀이 현재 호킹 복사라고 불리는 과정에 의해 "증발"된다고 주장했는데, 이 과정에서 소립자는 광자, 전자, 쿼크, 글루온과 같이 [3]방출된다.그의 계산은 블랙홀의 크기가 작을수록 증발 속도가 빨라지고, 마이크로 블랙홀이 갑자기 폭발하면서 입자가 갑자기 폭발한다는 것을 보여주었다.항상 겸손하기로 유명한 호킹 박사는 "호킹 방사선이라는 용어를 사용할 수 있을 것 같지 않았다"고 말했다.

질량이 충분히 낮은 원시 블랙홀은 우주의 수명 동안 플랑크 질량 근처까지 증발할 것입니다.이 과정에서, 이 작은 블랙홀들은 물질을 방출합니다.대략적인 그림은 이벤트 지평선 근처의 진공에서 한 쌍의 가상 입자가 나타나 한 쌍의 구성원은 포착되고 다른 한 쌍의 구성원은 블랙홀 근처에서 탈출하는 것입니다.결과적으로 블랙홀은 (에너지 보존으로) 질량을 잃게 됩니다.블랙홀 열역학 공식에 따르면, 블랙홀이 질량을 많이 잃을수록 더 뜨거워지고 플랑크 질량에 가까워질 때까지 더 빨리 증발한다.이 단계에서, 블랙 홀.mw-parser-output .sfrac{white-space:nowrap}.mw-parser-output.sfrac.tion,.mw-parser-output.sfrac .tion{디스플레이:inline-block, vertical-align:-0.5em, font-size:85%;text-align:센터}.mw-parser-output.sfrac .num,.mw-parser-output.sfrac .den{디스플레이:블록, line-height:1em, 마진:00.1em}의Hawking 열이 있을 것이다.그것은 방출된 호킹은 입자를 의미한다 Mw-parser-output.sfrac .den{border-top:1px 고체}.mw-parser-output .sr-only{국경:0;클립:rect(0,0,0,0), 높이:1px, 마진:-1px, 오버 플로: 숨어 있었다. 패딩:0;위치:절대, 너비:1px}TP/8π(5.6×1032 K), 에너지 블랙 홀의 질량과 비교했을 것이다.따라서 열역학적 설명은 분해됩니다.이러한 마이크로 블랙홀의 엔트로피는 4µnats에 불과하며, 이는 가능한 최소값입니다.이 시점에서 이 천체는 더 이상 고전적인 블랙홀로 묘사될 수 없으며 호킹의 계산도 무너진다.

호킹 박사가 가끔 방사능에 [12]대해 의문을 제기하는 동안, 레오나드 서스킨드는 그의 저서 블랙홀 전쟁(The Black Hole War)에서 전문가의 관점을 요약합니다: "매번, 블랙홀은 증발하지 않는다고 주장하는 물리학 논문이 등장할 것입니다.그런 종이는 순식간에 수많은 [13]잡동사니로 사라져 버립니다."

최종 상태에 대한 추측

블랙홀의 최종 운명에 대한 추측에는 플랑크 질량 크기의 블랙홀 잔해의 생성과 총 증발이 포함됩니다.이러한 플랑크 질량의 블랙홀은 허용된 에너지 수준 사이의 양자화된 차이가 호킹 입자를 방출하거나 고전적인 블랙홀처럼 중력적으로 에너지를 흡수하는 것을 방해한다면 사실상 안정적인 물체일 수 있다.이런 경우, 그들은 약하게 거대한 입자들을 상호작용하게 될 것이고, 이것이 암흑 [14]물질을 설명할 수 있을 것이다.

원시 블랙홀

주요 기사: 원시 블랙홀

초기 우주의 형성

블랙홀의 생성은 대응하는 슈바르츠실트 반경 내의 질량 또는 에너지의 집중을 필요로 한다.그것은 젤도비치와 노비코프에 의해 처음으로 그리고 호킹에 의해 독립적으로 가설화 되었다. 빅뱅 직후, 우주는 주어진 우주 영역이 슈바르츠실트 반경 내에 들어갈 수 있을 만큼 충분히 밀도가 높았다.그럼에도 불구하고, 그 당시 우주는 균일한 질량 분포와 빠른 성장으로 인해 특이점으로 붕괴될 수 없었다.그러나 이것은 다양한 크기의 블랙홀이 국지적으로 나타났을 가능성을 완전히 배제하지는 않는다.이러한 방식으로 형성된 블랙홀은 원시 블랙홀이라고 불리며, 마이크로 블랙홀의 생성 가능성에 대해 가장 널리 받아들여지는 가설입니다.컴퓨터 시뮬레이션에 따르면 원시 블랙홀이 형성될 확률은 블랙홀의 질량과 반비례합니다.따라서 가장 가능성이 높은 것은 마이크로 블랙홀이 [citation needed]될 것입니다.

예상되는 관측 가능한 효과

초기 질량이 약 10kg인12 원시 블랙홀은 오늘 증발을 완료하고 있으며, 그보다 질량이 작은 원시 블랙홀은 이미 [1]증발했을 것입니다.최적의 조건에서 2008년 6월에 발사된 페르미 감마선 우주 망원경 위성은 감마선 [15][16][17]폭발을 관찰함으로써 인근 블랙홀의 증발에 대한 실험 증거를 탐지할 수 있다.미세한 블랙홀과 별이나 행성 같은 물체 사이의 충돌이 눈에 띄지는 않을 것이다.블랙홀의 작은 반지름과 높은 밀도는 정상 원자로 구성된 어떤 물체든 그대로 통과할 수 있게 하고, 그렇게 하는 동안 소수의 원자와만 상호작용을 하게 할 것이다.하지만 지구를 통과하는 충분한 질량의 작은 블랙홀이 감지할 수 있는 음향 또는 [18][19][20][a]지진 신호를 만들어 낼 것이라는 주장이 제기되었다.달에서, 그것은 수십억 [21]년이 지난 후에도 여전히 보이는 독특한 형태의 분화구를 남길 수 있다.

인간이 만든 마이크로 블랙홀

생산가능성

상세정보 : Kugelblitz (천체물리학)

익숙한 3차원 중력에서 극소형 블랙홀의 최소 에너지는 10TeV(1.6GJ 또는 444kWh에 상당)로16 플랑크 길이 정도의 영역으로 응축되어야 한다.이것은, 현재의 테크놀로지의 한계를 훨씬 웃돌고 있습니다.현재 달성 가능한 자기장 강도로 플랑크 길이의 거리 내에 두 입자를 충돌시키려면 입자를 궤도에 유지하기 위해 약 1,000광년의 직경이 필요한 것으로 추정됩니다[citation needed].

그러나 공간의 추가 차원과 관련된 일부 시나리오에서는 플랑크 질량이 TeV 범위만큼 낮을 수 있습니다.대형 강입자 충돌기(LHC)의 설계 에너지는 양성자-양성자 충돌의 경우 14TeV, Pb-Pb 충돌의 경우 1,150TeV이다.2001년에는 이러한 상황에서 블랙홀 생산이 LHC[4][5][6][7][22] 또는 미래의 고에너지 충돌기에서 중요하고 관측 가능한 효과가 될 수 있다는 주장이 제기되었다.이러한 양자 블랙홀은 이러한 [4][5]시설에서 검출기로 볼 수 있는 입자의 분사를 방출하면서 붕괴해야 한다.2010년 Physical Review Letters에 발표된 Choptuik과 Pretorius의 논문은 컴퓨터 생성으로 마이크로 블랙홀이 충분한 에너지를 가진 두 개의 충돌 입자로 형성되어야 한다는 증거를 제시했으며, 이는 통상적인 4차원(3공간, 1 일시적)이 아닌 다른 차원이 존재할 경우 LHC의 에너지로 허용될 수 있다.알)[23][24]

안전상의 문제

주요 기사: 고에너지 입자 충돌 실험의 안전성

호킹의 계산과[2] 보다 일반적인 양자역학적 주장은 마이크로 블랙홀이 거의 순식간에 증발할 것이라고 예측한다.그러한 호킹 복사에 근거하지 않은 추가 안전 논쟁은 안정적인 마이크로 블랙 홀과 가상의 시나리오에서 지구를 파괴하기에 충분한 그런 블랙 홀 우주 광선에 의해 것이고 이미 행성과 같은 천문학적인 물체, 연예에 파멸했을지도 생산되었을 것이다 보여 준 paper,[25][26]로 진행되었다. 또는 stel중성자별이나 백색왜성과 같은 유충 잔해들

양자 중력 이론의 블랙홀

양자 중력 이론에서는 일반적인 고전적인 블랙홀에 대한 양자 보정을 계산하는 것이 가능하다.일반상대성이론의 중력장 방정식 해법인 기존 블랙홀과 달리 양자중력 블랙홀은 고전적으로 곡률 특이점이 발생하는 원점 부근에 양자중력 효과를 포함하고 있다.양자 중력 효과 모델링에 사용되는 이론에 따르면, 양자 중력 블랙홀에는 루프 양자 블랙홀, 비가환 블랙홀 및 점근적으로 안전한 블랙홀이 있습니다.이러한 접근법에서 블랙홀은 특이점이 [citation needed]없다.

가상 마이크로 블랙홀은 1995년 스티븐[27] 호킹에 의해, 1999년 파비오 스카디글리에 의해 양자 중력 [28]후보로서 대통합 이론의 일부로 제안되었다.

「 」를 참조해 주세요.

메모들

  1. ^ 10kg 블랙홀의12 슈바르츠실트 반경은 약 148fm(1.48×10m−13)로 원자핵보다는 작지만 원자핵보다는 크다.

레퍼런스

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Leo Vuyk Book : "새로운 신의 입자와 자유의지" : 언어 : 영어

페이퍼백: 232페이지 ISBN-10: 1409210316 ISBN-13: 978-1409210313

참고 문헌

외부 링크