¿Qué pasaría si colisionáramos dos partículas de energía de Planck? ¿Harán un agujero negro o destruirán el universo?

Pregunta respondida: ¿Qué sucedería si colisionáramos dos partículas de energía de Planck? ¿Harán un agujero negro o destruirán el Universo?

¿ Partículas de energía de Planck ? La energía de Planck ( E [matemática] _P [/ matemática]) es la equivalencia energética de la masa de Planck ( m [matemática] _P [/ matemática] ≈ 22 μg) calculada como:

E [matemática] _P [/ matemática] = m [matemática] _P [/ matemática] c [matemática] ^ 2 [/ matemática] = ћ / t [matemática] _P [/ matemática] = ( ћc [matemática] ^ 5 [ / matemáticas] / G ) [matemáticas] ^ {0.5} [/ matemáticas] ≈ 2 GJ,

donde c = velocidad de la luz en el espacio libre, ћ = constante de Dirac, t [matemáticas] _P [/ matemáticas] = un tiempo de Planck, y G = constante de Newton.

Como no está claro, supondré que por “dos partículas de energía de Planck”, se refiere a dos partículas, cada una con una masa de un m [matemática] _P [/ matemática] … Eso es aproximadamente equivalente a dos granos de arena fina , cada una con un peso de ≈ 22 microgramos.

Lo que sucedería si colisionáramos dos masas de 22 μg, dependería de las densidades y velocidades de las masas respectivas en el momento de la colisión: velocidad y dirección (el efecto de una colisión frontal sería más grave que una mirada lateral golpe (lo que se conoce como “casi falla”)) – mayor velocidad = más energía cinética liberada como calor y ruido = más fuegos artificiales potenciales.

Y no creo que tengas que preocuparte demasiado por formar agujeros negros, y mucho menos destruir el Universo …

OTOH, si por ” partículas de energía de Planck ” se entiende partículas de punto de masa de Planck (en teoría, m [matemática] _P [/ matemática] es la masa de partículas puntuales más grande posible), entonces podría formarse un “micro agujero negro” , independientemente de las velocidades de colisión, presumiblemente un BH con una masa de 2 m [matemática] _P [/ matemáticas] (todo en teoría. Los colisionadores existentes no reúnen suficiente energía (por mucho) para que esto suceda).

Ahora, si reformulamos la pregunta para que lea ” ¿Qué pasaría si dos bolitas de plomo de 22 ug, cada una moviéndose a velocidades relativistas, chocaran de frente? “, Podríamos observar algunos efectos interesantes … No importa las energías imposibles que necesitaría para acelerar dos” partículas de plomo en masa de Planck “a una velocidad de la luz cercana.

Encontré un artículo de la física teórica Sabine Hossenfelder, titulado Micro Black Holes, en el que describe lo que podría suceder mucho mejor que yo. Esta muestra está cortada de la sección del artículo Producción de agujeros negros :

Consideremos dos partículas elementales, que se aproximan entre sí con una energía cinética muy alta en el sistema de centro de masa cercano a la nueva escala fundamental. A esas altas energías, las partículas pueden acercarse mucho entre sí, ya que su alta energía permite un paquete de ondas apretadas a pesar de la relación de incertidumbre. Si el parámetro de impacto es lo suficientemente pequeño, lo que sucederá con una cierta fracción de las partículas, tenemos las dos partículas más su gran energía cinética en una región muy pequeña del espacio-tiempo. Si la región es más pequeña que el radio de Schwarzschild conectado con la energía de los partones, el sistema colapsará y formará un agujero negro.

La producción de un agujero negro en una colisión de alta energía es probablemente el proceso más inelástico en el que uno podría pensar. Dado que el agujero negro no es una partícula ordinaria del modelo estándar, y se desconoce su tratamiento teórico cuántico correcto, se lo trata comúnmente como un estado metaestable, que se produce y decae de acuerdo con el formalismo semiclásico de la física del agujero negro.

El artículo de Sabine es bastante bueno, y no demasiado técnico, con muchas cosas interesantes sobre agujeros negros discutidas y explicadas.

Para obtener montones de lecturas interesantes sobre este tema fascinante (bueno, para algunos de nosotros), intente esta consulta de búsqueda de Google: ¿Cómo se producen los micro agujeros negros?

La energía de Planck se puede calcular usando esta fórmula [matemática] E = \ sqrt {\ dfrac {ħc ^ 5} {G}} [/ matemática] que es igual a [matemática] 1.96 [/ matemática] × [matemática] 10 ^ 9J [/ math], ahora una partícula que posee tanta energía tendrá masa, [math] m = \ dfrac {E} {c ^ 2} [/ math] que resulta ser [math] 0.217 [/ math] × [ matemática] 10 ^ {- 7} [/ matemática] [matemática] Kg, [/ matemática] que es una masa muy pequeña. Entonces, ¿qué sucede cuando chocan? La colisión puede ser una colisión elástica o inelástica, pero también puede haber una formación de agujero negro en miniatura cuántico que se debe a la fluctuación en el vacío debido al valor de expectativa de vacío no cero, lo que significa que siempre hay una fluctuación de energía entrando y saliendo de la existencia con energía igual a la energía de Planck

La masa mínima requerida para hacer un agujero negro es la masa de planck que es [matemática] m = \ sqrt {\ dfrac {ħc} {G}} [/ matemática] su valor es [matemática] 2.17 [/ matemática] × [matemática] 10 ^ {-8} Kg [/ math] que es lo mismo que la energía planck.

Por lo tanto, la conclusión es que el agujero negro formado será en miniatura y seguirá el principio de incertidumbre de Heisenberg, que es [matemáticas] \ Delta {E} \ Delta {t} \ geq \ dfrac {ħ} {2} [/ matemáticas] y significa que el El agujero negro durará muy poco tiempo.

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