Calidad de vida: No, no hay un agujero negro en el centro de la Tierra.

El Universo está ahí afuera, esperando que lo descubras

Aunque es una posibilidad teórica fascinante que existan agujeros negros en miniatura, existe ... [+]

ESO / M. KORNMESSER

Es bien sabido entre los científicos que si envía incluso el artículo más absurdo a suficientes revistas, eventualmente se escabullirá de un revisor paritario perezoso y será publicado. Recientemente, un artículo al estilo de una ensalada de palabras , obviamente un estudio falso , afirmó que un agujero negro en el centro de la Tierra es responsable de todo tipo de fenómenos cuestionables y sospechosos. La gran historia a la que la gente se está aferrando es una de las revistas depredadoras de acceso abierto y las trampas de la revisión por pares falsa , que sin duda es un problema generalizado en el mundo moderno de la publicación científica.

Pero aquí también hay una oportunidad fascinante: exponer la ciencia real detrás de por qué alguien estaría interesado en la noción de que el centro de la Tierra podría contener un agujero negro. Es una idea descabellada que no se basa necesariamente en una tontería, pero los datos que hemos recopilado han demostrado a fondo que no hay un agujero negro en el centro de la Tierra. Aquí está la historia de cómo sabemos científicamente que el interior de la Tierra está libre de agujeros negros.

Cuando un agujero negro se crea a partir de una masa muy pequeña, los efectos cuánticos que surgen del espacio-tiempo curvo ... [+]

AURORE SIMONET

El Universo que tenemos, hasta donde sabemos, se rige por dos conjuntos fundamentales de reglas: la Relatividad General, que nos dice cómo la materia y la energía están relacionadas con el tejido del espacio-tiempo y cómo funciona la fuerza gravitacional, y la Teoría Cuántica de Campos. que nos dice cómo las diversas partículas interactúan entre sí a través de las fuerzas electromagnéticas y nucleares.

Un lugar donde estas dos teorías se unen es en la ciencia de los agujeros negros: donde existe tanta masa en una región tan pequeña del espacio que los efectos cuánticos pueden volverse importantes. Este escenario, donde el espacio-tiempo es significativamente curvo pero los efectos que ocurren en escalas cuánticas tienen consecuencias físicamente significativas, nos proporciona un régimen para probar los límites de lo que se conoce actualmente sobre el Universo. En teoría, los agujeros negros son el laboratorio natural perfecto para buscar efectos que podrían llevarnos más allá de lo que sabemos actualmente sobre el Universo.

La gravedad cuántica intenta combinar la teoría general de la relatividad de Einstein con la mecánica cuántica. ... [+]

LABORATORIO DEL ACELERADOR NACIONAL SLAC

Los cálculos de la teoría de la relatividad general y del campo cuántico se realizan normalmente en cuatro dimensiones: tres dimensiones espaciales y una dimensión temporal. Las fuerzas se debilitan a medida que te alejas de la fuente que las crea (masa / energía para la gravitación, cargas para las otras fuerzas) a medida que los efectos que se han extendido por todo el espacio disponible para ellas. En tres dimensiones espaciales, hemos descubierto con precisión cómo se comportará un enorme conjunto de sistemas físicos.

Uno de esos sistemas es para agujeros negros. Los agujeros negros son lo que se forma cuando se junta tanta materia / energía en un lugar que se forma un horizonte de eventos: una región del espacio que está tan curvada que nada en el Universo, ni siquiera la luz, puede escapar de su interior. Los agujeros negros, debido a que el espacio curvo que los rodea tiene propiedades diferentes en comparación con el espacio más plano más alejado de ellos, siempre irradian energía espontáneamente por su propia naturaleza. Esta energía liberada, conocida como radiación de Hawking, se produce a expensas de la masa del agujero negro.

A medida que un agujero negro se reduce en masa y radio, la radiación de Hawking que emana de él aumenta ... [+]

NASA

Esto significa, con el tiempo, que los agujeros negros se evaporarán, y los agujeros negros de menor masa se evaporarán más rápidamente. Como todo en el Universo, sin embargo, hay límites. Si hace que su agujero negro sea demasiado pequeño, es decir, demasiado bajo en masa, entonces la cantidad de tiempo que tardará en evaporarse se vuelve más corta que el tiempo de Planck: la escala de tiempo en la que las mediciones físicas y las predicciones de nuestras teorías son significativas.

Recuerde, en el Universo cuántico, hay una incertidumbre fundamental para ciertos pares de cantidades: momento angular en dos direcciones perpendiculares, momento y posición, o energía y tiempo. Cuanto más corta sea la escala de tiempo que intenta describir, mayor será la incertidumbre en su energía. Si va por debajo del tiempo de Planck, que corresponde a ~ 10-43 segundos, el tamaño de sus fluctuaciones cuánticas será mayor y más masivo que la masa de un agujero negro que se evaporaría en esa corta escala de tiempo.

Una visualización de QCD ilustra cómo los pares de partículas / antipartículas salen del vacío cuántico durante ... [+]

DEREK B. LEINWEBER

Por esta razón, hay una escala de tiempo mínima, una escala de longitud mínima y una masa mínima de agujero negro para las que la física tiene sentido. Las energías necesarias para crear un agujero negro que es más grande que esta masa mínima no son enormes según nuestros estándares macroscópicos: alrededor de 22 microgramos, o la energía que libera al quemar aproximadamente el tanque de gasolina de un automóvil estándar (14 galones / 53 litros) de petróleo crudo. . Eso no es mucha energía distribuida en un sistema de muchas partículas, sino para una sola partícula, que representa una energía de ~ 10 28 eV (electrón-voltios), o aproximadamente un cuatrillón de veces la energía de lo que el LHC, el mundo acelerador de partículas más potente, puede lograr.

Al menos, así es como funciona la física si hay exactamente tres dimensiones del espacio.

Pero si hay más dimensiones de espacio, y esas dimensiones son grandes en comparación con esa escala de longitud mínima teórica , entonces la gravedad puede extenderse no solo a nuestras tres dimensiones espaciales conocidas, sino también a estas dimensiones adicionales. Si existen estas "grandes dimensiones adicionales", entonces existen escenarios teóricos en los que pueden existir agujeros negros de energías (y masas) significativamente más bajas que estos límites esperados, y esas mismas dimensiones adicionales pueden evitar que se descompongan inmediatamente.

En teoría, podría haber más de tres dimensiones espaciales en nuestro Universo, siempre que esas ... [+]

FERMILAB HOY

Por supuesto, podemos calcular lo que sucede en estos escenarios, y la imagen a la que llegamos no es exactamente optimista para estos agujeros negros. Incluso si pudieran existir, es decir, si los rayos cósmicos y / o el LHC pudieran crearlos, su masa sería diminuta. No del orden de microgramos, sino de una minúscula, minúscula fracción de un gramo: alrededor de 10 a 23 kg, o el equivalente a unos 10.000 protones, todos juntos.

Si solo tuviéramos nuestras tres dimensiones espaciales estándar, el agujero negro se desintegraría después de solo 10-83 segundos, que son unos 40 órdenes de magnitud demasiado cortos para existir realmente en nuestro Universo. Pero si tenemos una cuarta dimensión espacial, y esa dimensión es "grande" en comparación con esa escala de longitud mínima, el tiempo de caída puede aumentar hasta 10 -23 segundos: lo suficiente para existir.

Pero, ¿existe para este período de tiempo increíblemente corto? Veamos qué necesitaría este agujero negro, incluso en presencia de una gran dimensión extra, para sobrevivir.

Cuando la materia cae en un agujero negro, aumentará tanto la masa como el radio del agujero negro. Por un ... [+]

ESA / HUBBLE, ESO, M. KORNMESSER

Debido a la escala de tiempo de desintegración ultracorta, la única forma en que el agujero negro podría sobrevivir es de las siguientes dos formas:

o necesita agregar algo de física nueva para evitar que los agujeros negros se descompongan por completo,

o necesita encontrar alguna forma para que estos agujeros negros consuman suficiente masa lo suficientemente rápido como para que crezcan más rápido de lo que se descomponen.

No se puede descartar la primera opción, pero no se debe considerar seriamente. En física teórica, hay una regla general que nunca ha sido codificada, pero con la que todo el mundo está de acuerdo, y es esta: "solo puedes invocar a Dios una vez".

Lo que eso significa es que ya hicimos un gran salto teórico al asumir la existencia no solo de una dimensión espacial adicional, sino de una dimensión espacial adicional que es grande en comparación con la escala de longitud mínima. Si necesitamos dar otro salto teórico salvaje para que estos pequeños agujeros negros sean estables, eso es un puente demasiado lejos; ya no estamos dentro del ámbito de la especulación científica razonable .

Los agujeros negros, a medida que disminuyen en masa, se evaporan a velocidades cada vez mayores, a medida que la cantidad ... [+]

ORTEGA-IMÁGENES / PIXABAY

Pero la última opción es una posibilidad real. Si creamos un pequeño agujero negro como este en la Tierra, y luego el agujero negro pasa a (oa través) de la Tierra, puede imaginar un escenario en el que:

tienes un agujero negro de pequeña masa y pequeño tamaño que se mueve rápidamente a través de la Tierra,

y sí, se está evaporando y perdiendo masa, pero al mismo tiempo choca con las partículas y las devora, ganando masa,

y que si puede moverse lo suficientemente rápido y encontrar suficientes partículas, puede ganar masa lo suficientemente rápido para crecer,

y que a medida que gana masa, se hunde hasta el centro de la Tierra, donde permanece, y continúa creciendo a medida que se encuentran con nuevas partículas, hasta que toda la Tierra se consume catastróficamente.

Sin embargo, ese paso intermedio será crítico para determinar si esto es factible: ¿puede el agujero negro devorar la materia más rápido de lo que irradia energía y se desintegra?

Afortunadamente, este es un cálculo que podemos realizar.

A medida que un agujero negro viaja a través de un medio rico en materia, como la Tierra, ocasionalmente encontrará ... [+]

IQOQI / HARALD RITSCH

En el breve tiempo que puede vivir un agujero negro de baja masa como este, incluso suponiendo que tengamos esa dimensión espacial extra grande que estamos esperando, necesitaría encontrar y devorar más de 10,000 protones y neutrones para sobrevivir. creciendo más rápido de lo que decae. Pero eso significa encontrar una partícula nuclear cada ~ 10-27 segundos o menos, lo cual es muy difícil por la siguiente razón:

las distancias típicas entre núcleos atómicos en un sólido es 1 ångström: 10-10 metros,

un agujero negro que se mueve a la velocidad de la luz, el límite de velocidad del Universo, solo puede viajar unas mil millonésimas de esa distancia en el tiempo necesario,

a menos que se mueva tan rápido que el tiempo se dilate en un factor de varios cientos de millones, lo que requiere que viaje a ~ 99,9999999999999999% de la velocidad de la luz.

Desafortunadamente, incluso si crearas un agujero negro de baja masa con esas propiedades, incluso si existiera la cuarta dimensión, e incluso si se dirigiera a la Tierra moviéndose a esa increíble velocidad, caería por debajo de esa velocidad en el mismo instante en que se tragara su primera. partícula nuclear. El cambio en la cantidad de movimiento simplemente por devorar un solo protón, como cualquier colisión inelástica, haría que la tasa de desintegración aumentara a valores inaceptablemente grandes en comparación con la tasa de crecimiento. En menos de un nanosegundo, tal agujero negro se evaporaría por completo.

La desintegración simulada de un agujero negro no solo da como resultado la emisión de radiación, sino la desintegración de ... [+]

COMUNICAR LA CIENCIA DE LA UE

Incluso en el escenario más optimista y realista, no puede haber agujeros negros que sobreviven más de una fracción de segundo dentro de la Tierra. Si solo tenemos tres dimensiones espaciales, las partículas que existen, ya sea en los aceleradores de partículas terrestres o en los aceleradores cósmicos naturales que se encuentran en el espacio, nunca podrán crear un agujero negro aquí en la Tierra. Pero si hay una cuarta dimensión espacial, teóricamente se pueden crear, aunque el LHC no ha tenido éxito en crearlos y detectarlos hasta ahora.

Incluso en ese escenario exótico, sin embargo, las leyes de la física les prohíben definitivamente permanecer estables, ya que se desintegrarán. Incluso si crea un escenario para maximizar su tasa de crecimiento, es extraordinariamente insostenible, ya que la tasa de crecimiento caerá por debajo de la tasa de descomposición en poco tiempo, lo que hará que se evaporen por completo. Conocemos la ciencia suficiente para concluir de manera contundente que no hay un agujero negro en el centro de la Tierra, y cualquier científico o profano puede seguir estos mismos pasos para descubrir la misma conclusión por sí mismo.

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