Juodosios mikro skylės

Juodosios mikro skylės stabilumas.

1974 metais Stivenas Hokingas ėmė teigti, jog dėl kvantinių efektų juodosios skylės išnyksta proceso, kuris dabar vadinamas Hokingo spinduliavimas, metu. Šio proceso metu susidaro elementariosios dalelės (fotonai, elektronai, kvarkai ir t. t.). Skaičiavimai rodo, kad juo mažesnė yra juodoji skylė, juo greičiau ji išnyksta. Tai vyksta juodajai skylei sprogstant, o šios sprogimo metu ir susidaro daugybė minėtųjų dalelių.
Bet kuri pirmykštė, pakankamai mažos masės, juodoji skylė turėtų išnykti beveik iki Planko (Planck) masės per laikotarpį atitinkantį Visatos gyvavimo trukmę. Šio proceso metu mažosios juodosios skylės išspinduliuoja materiją. Grubiai tariant, tai turėtų atrodyti, kaip virtualių dalelių poros atsirandančios iš vakuumo, kurių viena būna sulaikyta, o kita išsiveržia iš juodosios skylės lauko. To rezultatas yra juodosios skylės masės praradimas, vykstantis dėl energijos tvermės dėsnio. Remiantis juodųjų skylių termodinamikos (black hole thermodynamics) formule, kuo daugiau juodoji skylė netenka masės, tuo ji tampa karštesnė it tuo greičiau išnyksta iki lygmens, kol pasiekia Planko masę. Šiame etape juodoji skylė įgyja Hokingo temperatūrą apskaičiuojamą TP / 8π (5.6×10³² K), kas reiškia, jog Hokingo dalelė įgyja energiją palyginamą su juodosios skylės mase. Todėl termodinaminis apibūdinimas tampa nebetinkamu. Tokia mini juodoji skylė taip pat turėtų tik 4π nitų (nats) entropiją, esančia apytiksliai mažiausios įmanomos vertės. Tad nuo šio momento, objektas nebegali būti vadinamas klasikine juodąja skyle ir Hokingo skaičiavimai taip pat nebegali būti taikomi.
Kadangi dėl Hokingo spinduliavimo teorijos kartais kyla klausimų, Leonardas Suskindas (Leonard Susskind) savo paskutinėjė knygoje apibendrindamas teigia, jog net jei dėl to ir yra keliamas klausimas, visada atsiras teigiančių, jog juodosios skylės neišnyksta. Tačiau, to paties autoriaus teigimu, šios idėjos turėtų būti greitai atmestos, nes yra niekinės.

Galutinės būsenos hipotezė

Galutinės būsenos hipotezė nagrinėjant juodąsias skyles teigia, kad jos susinaikina ir pavirsta Planko (Planck) masės dydžio juodosios skylės liekana. Jei spėjimas apie kvantines juodąsias skyles yra teisinga, tada priartėjus prie Planko masės galimų kvantinių jos būsenų skaičius turėtų būti toks mažas, kad sąveika turėtų būti neaptinkama. Teigiama, jog Planko masės juodosios skylės daugiau nebepajėgia nei absorbuoti energijos gravitaciškai, kaip klasikinės juodosios skylės, dėl padidėjusio atotrūkio tarp energijos lygių, nei išspinduliuoti Hokingo dalelių dėl tos pačios priežasties. Todėl jos turėtų būti stabilūs objektai. Tokiu atveju jos būtų silpnai veikiančios milžiniškos dalelės (WIMPs), kas paaiškintų tamsiosios medžiagos egzistavimą.

Formavimasis ankstyvojoje visatoje

Tam, kad susidarytų juodoji skylė reikalinga atitinkama masės ir energijos koncentracija Švarčšildo spindulyje. Teigiama, jog iškart po Didžiojo sprogimo Visata buvo tokia tanki, jog tilpo savo pačios Švarčšildo spindulyje. Nepaisant to, net tada Visata negalėjo susmegti į juodąsias skyles, dėl to, kad jos masė buvo tolygiai pasiskirsčiusi ir ji labai greitai plėtėsi. Tačiau įvairaus dydžio juodosios skylės galėjo atsirasti lokaliai. Tokiu būdu susiformavusios juodosios skylės yra vadinamos pirmykštėmis juodosiomis skylėmis (primordial black hole).

Tikėtinai pastebimi efektai

Pirmykštės juodosios skylės, kurių masė būtų apie 10¹⁵ gramų turėtų kaip tik baigti savo išnykimo procesą šiuo metu; lengvesnės jau apskritai būtų išnykę. Optimistinėmis aplinkybėmis 2008 metų birželį paleistas Fermi Gamma-ray Space Telescope palydovinis teleskopas, galėtų aptikti eksperimentinių įrodymų, dėl netoliese esančių ar buvusių juodųjų skylių, susekdamas jų skleidžiamą gama spinduliuotę.
Visgi mažai tikėtina, jog sąveiką tarp mikroskopinės juodosios skylės ir objekto, tokio kaip žvaigždė ar planeta, būtų įmanoma pastebėti. Taip yra dėl to, kad mažas spindulys ir didelis juodosios skylės tankis leistų jai prasiskverbti tiesiai pro bet kokį objektą sudarytą iš normalių atomų, sąveikaujant vos su keliais objekto atomais. Vis dėlto, teigiama ir tai, jog mažai juodajai skylei (esančiai pakankamos masės) skverbiantis per Žemės planetą, būtų įmanoma akustiškai ar seismiškai aptikti jos buvimą.

Dirbtinai sukurtos juodosios skylės

Mums pažįstamoje trijų dimensijų gravitacijoje minimalus energijos kiekis reikalingas mikroskopinei juodajai skylei yra 10¹⁹ GeV, kuris turėtų būti sukoncentruotas maždaug 10⁻³³ cm skersmens regione. O tai yra dar toli palyginus su tuo, ką šiuo metu gali pasiūlyti dabartinės technologijos. Skaičiuojama, jog tam, kad sukelti reikiamą dviejų dalelių susidūrimą Planko ilgio nuotolyje su šiuo metu pasiekiamu magnetinio lauko stiprumu, reikėtų žiedinio greitintuvo su maždaug 1000 šviesmečių ilgio diametru, kad dalelės būtų išlaikytos reikiamoje trajektorijoje. Stivenas Hokingas taip pat savo knygoje „Trumpa laiko istorija“ (Brief History of Time) taip pat teigia, jog fizikas Džonas Archibaldas Vyleris (John Archibald Wheeler) kartą apskaičiavo, jog labai galinga vandenilinė bomba, kuriai pagaminti būtų sunaudotas visas žemėje esantis vanduo, taip pat galėtų sukurti juodąją mikro skylę, tačiau knygos autorius su juo nesutinka, nes tam trūkstama įtikinamų įrodymų.
Vis dėlto, kai kuriuose hipotetiniuose scenarijuose, kuriuose veikia papildomos erdvės dimensijos, Planko masė gali būti tokia maža, kad įsitektų TeV spektre. Didysis hadronų priešpriešinių srautų greitintuvas arba ateities dar galingesni greitintuvai, kaip buvo teigiama 2001 metais, gali sumodeliuoti tokią situaciją, kurią būtų net galima stebėti atitinkamų detektorių pagalba.

Saugumo argumentai

Remiantis Hokingo skaičiavimais ir kvantinės fizikos dėsniais, teigiama, jog juodosios mikro skylės išnyksta beveik akimirskniu. Taip pat teigiama, kad jei sukurtos juodosios skylės galėtų pakenkti Žemės planetai, pastaroji jau būtų sunaikinta kosminės spinduliuotės, kuri turėtų kurti analogiškas juodąsias skyles. O tai, kaip žinia, nėra įvykę. Taip pat mikroskopinės juodosios skylės sukurtos dalelių greitintuve būtų ypač mažos ir turinčios didelį greitį, kas reikštų, jog jos negalėtų įgauti pavojingai didelės masės prieš palikdamos Žemės planetą.