Wczoraj zadałem za pośrednictwem Twittera/X następujące pytanie: „Fotony są bezmasowe jednak podlegają grawitacji – jak myślicie czy fotony mogą stworzyć czarną dziurę?” – poniżej wyniki:

Odpowiedź brzmi: Tak, fotony jak najbardziej mogą stworzyć czarną dziurę, gdyż prawa fizyki są wszedzie takie same. Przypominam że czarna dziura to nie jest obiekt fizyczny tak jak gwiazda ale obszar czasoprzestrzeni oddzielony od obserwowalnego Wszechświata horyzontem zdarzeń. Aby czarna dziura mogła powstać należy zgromadzić masę w małej objętości? Jak małej? Poniżej pewnej charakterystycznej dla każdej masy wartości którą wyznacza tzw. promień Schwarzschilda – obliczamy go indywidualnie dla każdej masy wg. wzoru: R_schw = 2G*M/c². Jeśli masa jest zgromadzona w objętości mniejszej niż wynikająca z tego promienia to mamy przed sobą czarną dziurę.

Można by rzec – „Panie, bo pan tu nawija o tej masie, a przecież sam pan tłuczesz do głów że fotony są bezmasowe!” No są, i co z tego? Gluony też a przecież energia ich oddziaływań wewnątrz obiektów takich jak proton czy neutron stanowi o większości ich masy – którą dla wygody podajemy w elektronowoltach (eV). Popatrzcie na Słońce lub inne gwiazdy – cały czas tracą masę emitując energię którą pozyskują z fuzji lżejszych jąder w cięższe. Energia ta zaś jest emitowana za pośrednictwem między innymi fotonów – pamiętacie E=mc²? Jeśli pamiętacie to szybko zapomnijcie bo z tego wzoru jasno wynika że fotony nie istnieją – E= 0*c²? Sięgnijmy po inny który lepiej opisuje to co się dzieje bo przecież fotony cały czas się poruszają a więc mają związany z tym pęd: E²=m²c⁴+p²c². W przypadku obiektu którego m=0 wzór redukuje się do takiej postaci: E=pc. Jak się okazuje nawet jeden foton wywołuje efekt grawitacyjny i z nią oddziałuje.

Co z tego wynika? Wyobraźmy sobie że mamy lustrzaną kulę – z tym że lustra znajdują się po wewnętrznej stronie. Jako że to eksperyment myślowy to wyobraźmy sobie że lustra odbijają 100% padającego na nie światła tj. strumienia fotonów. Co stanie się z kulą jeśli za pomocą np. lasera „naładujemy” kulę światłem? Jej masa zwiększy się pomimo tego że same fotony masy nie mają a więc jeśli umieścić tam odpowiednio dużo energii/masy i ścisnąć kulę poniżej objętości wynikającej z promienia Schwarzschilda uzyskamy pełnoprawną czarną dziurę. Ile? Weźmy dla przykładu to co mamy pod ręką a więc Słońce i Ziemię. Słońce w każdej sekundzie zamienia 4,7 miliona ton masy w energię, rok to 31 556 926 s. Masa naszej planety to około 5.9722*10²⁴ kg. Promień Schwarzschilda dla takiej masy to 8.7 mm. Mając te dane łatwo obliczyć że gdyby zgromadzić energię wyemitowaną przez Słońce w ciągu ostatnich ok. 60 milionów lat to uzyskalibyśmy czarną dziurę która mogłaby równie dobrze powstać gdyby ścisnąć naszą planetę.

(c) by Lucas Bergowsky
Jeśli chcesz wykorzystać ten tekst lub jego fragmenty, skontaktuj się z autorem.