Puis-je faire un trou noir avec un ou deux atomes?

Donc je regardais quelque chose qui disait

si nous compressions la Terre à la taille d'une cacahuète: nous obtiendrions un trou noir;

si nous compressions le mont Everest en quelques nanomètres; nous obtiendrions un trou noir.

Puis-je faire un trou noir avec un ou deux atomes? Si oui, deviendrait-il plus grand et se transformerait-il en trou noir de taille normale?

Il y a deux réponses: oui et non.

$\frac{2GM}{c^2}$$6.7\times10^{-11}$$\mathrm{m/s}$$2\times10^{-26}\mathrm{kg}$

Donc, la vraie réponse est non car il n'y a aucun moyen possible de compresser un atome à cette taille. Le fait que cette taille soit si petite que des objets aussi petits ne se comportent pas comme de petites boules mais comme des objets de mécanique quantique est important ici. Mais un trou noir est un objet gravitationnel modélisé par la relativité générale, et la relativité et la mécanique quantique ne fonctionnent pas bien ensemble. En d'autres termes, nous n'avons pas de modèle scientifique pour décrire le comportement d'un trou noir de masse atomique.

Stephen Hawking a montré que les petits trous noirs sont instables, donc un trou noir de masse atomique serait très instable et s'évaporerait en très peu de temps.

Je pense que la réponse est non .

Si nous essayons de comprimer ces atomes, nous nous retrouvons (éventuellement) avec les noyaux suffisamment proches pour être forcés de fusionner. La fusion signifierait que nous avons formé un seul noyau.

Cette étape est inévitable.

Votre question sur les deux atomes se réduit donc à savoir si un seul noyau peut former un trou noir? .

Un noyau est une sorte de mélange complexe quark-gluon et si nous le compressons davantage, nous nous retrouvons avec une version très dense de ce que nous n'avons fondamentalement pas de physique à modéliser correctement.

Il est extrêmement improbable que la relativité générale conventionnelle puisse être appliquée à quelque chose qui sera si petit qu'il est en fait plus petit que nous pensons pouvoir appliquer la théorie quantique. Et la densité d'énergie impliquée à ce point serait si élevée que nos théories actuelles n'ont plus de sens. Nous avons besoin d'une théorie quantique de la gravité pour ce faire et nous n'en avons pas qui fonctionne assez bien. En fait, nous ne sommes même pas sûrs qu'une théorie quantique de la gravité nous permettrait d'aller à de si petites échelles de haute énergie - même cela est inconnu.

Nous sommes donc dans des eaux inexplorées.

Alors pourquoi "non"?

Eh bien, pour forcer une telle compression d'un noyau, nous devrions appliquer des énergies à une très petite région de l'espace - plus petite que nous pensons qu'il est possible de le faire, en raison des conséquences du principe d'incertitude. En termes simples, au-delà d'un certain point, nous ne serions pas en mesure de dire simultanément où se trouve le noyau et à quelle vitesse il se déplace. Il serait impossible de se limiter à une région plus petite. Cela se produirait bien avant d'atteindre le rayon de Schwarzschild, à peu près à la longueur de Planck .

Comme vous le verrez dans la réponse de @ James-K, le rayon de Schwarzschild est d'environ 10 ⁻⁵³  m, mais la longueur de Planck est de 18 ordres de grandeur plus grande à environ 10 ⁻³⁵  m.

Nous ne pouvions donc pas, de façon réaliste, confiner et comprimer notre noyau dans un espace suffisamment petit pour atteindre sa taille de trou noir.

Nous pouvons maintenant faire une déclaration générique fourre-tout qu'une nouvelle théorie pourrait fournir une faille qui nous permettrait de contourner cela, mais cela semble peu probable car nous nous attendrions à ce qu'une nouvelle théorie reproduise la plupart de ce que nous savons déjà à ces limites. Il est difficile d'imaginer le principe de l'incertitude «disparaître», je ne vois donc pas de solution.

Il y a une possibilité non prouvée de oui.

Une théorie quantique de la gravité qui fonctionne pourrait (répéter pourrait ou non ) trouver que la gravité à cette échelle change son caractère et lui permet de former des horizons d'événements à des tailles plus grandes que ce que nous attendons actuellement pour de telles gammes de masse-énergie.

Mais nous manquons de preuves pour soutenir cette idée, et je ne convertirai pas un «non» en un «peut-être oui» simplement pour laisser de la place à toute idée folle. C'est de la science-fiction, pas de la science.

Un petit ajout aux réponses ci-dessus (j'aime la réponse de longueur de Planck). On pensait qu'il serait possible de faire de très petits trous noirs au CERN, théoriquement de toute façon, mais cette théorie nécessitait des dimensions supplémentaires pour exister. Parce qu'aucun trou noir n'a été observé, la théorie des dimensions supplémentaires (à très petite échelle) a pris un coup.

Même si ces trous noirs pouvaient être créés, ils devraient s'évaporer très très rapidement. (milliardième de milliardième de milliardième de seconde), mais même ce taux de décroissance devrait être perceptible. Aucun n'a été remarqué.

Il convient également de se demander si le CERN brise deux protons ensemble vraiment très rapidement et, si cela fait un trou noir (en théorie), comme dans, prétendre que c'est possible. . . Ce trou noir théorique serait-il vraiment constitué de deux protons ou est-il constitué de deux protons et de 14 TeV plus l'énergie cinétique? Je pense qu'il est plus exact de dire qu'un tel trou noir est vraiment créé à partir de l'énergie cinétique et non des atomes eux-mêmes.

Certains pourraient appeler cela le fractionnement des cheveux sur le chat de Schrodinger, mais je pense que c'est un point important. L'énorme énergie cinétique d'une collision proche de la vitesse de la lumière pourrait simplement créer un micro trou noir, et dans ce cas, c'est l'énergie cinétique qui devrait être appelée l'ingrédient principal et non les atomes.