Теоретическая летальность первичных черных дыр: Анализ физических механизмов

Проведено теоретическое исследование, посвященное оценке потенциальной опасности, которую могут представлять собой гипотетические первичные черные дыры (ПЧД) для живых организмов. В рамках работы проанализированы физические механизмы воздействия ПЧД, включая гравитационные приливные силы и ударные волны, возникающие при прохождении ПЧД через тело.

Предпосылкой исследования является вопрос, сформулированный писателем-фантастом Ларри Нивеном: “Возможно ли убийство человека с помощью крошечной черной дыры?”. В то время как наличие достаточно массивной черной дыры, способной уничтожить объект, не вызывает сомнений, вопрос о минимальной массе черной дыры, представляющей летальную угрозу, требует более детального анализа. Исследование фокусируется на первичных черных дырах, представляющих собой теоретические объекты, которые могли образоваться в ранней Вселенной и характеризуются существенно меньшими массами, чем черные дыры, возникающие в результате коллапса звезд. Масса ПЧД может варьироваться от массы атома водорода до нескольких масс Земли.

Несмотря на отсутствие прямых экспериментальных подтверждений существования ПЧД, теоретические расчеты и астрономические наблюдения позволяют установить определенные ограничения на их параметры. В частности, ПЧД с массой менее 10¹² кг должны были бы испариться в результате излучения Хокинга, а ПЧД с массой более 10²⁰ кг должны были бы оказывать заметное влияние на гравитационное линзирование звезд в нашей Галактике. В рамках некоторых теоретических моделей, ПЧД рассматриваются в качестве кандидатов на роль темной материи, при этом их масса ограничивается диапазоном 10¹³ - 10¹⁹ кг, что соответствует диапазону масс астероидов. В ходе исследования проанализированы два основных механизма воздействия ПЧД на живые организмы: Приливные силы: Возникают вследствие неоднородности гравитационного поля черной дыры.

Чем ближе к черной дыре, тем сильнее гравитационное притяжение, что приводит к возникновению разности сил, действующих на различные части тела. Вопрос заключается в том, достаточна ли эта разность сил для разрушения тканей. Расчеты показывают, что для черных дыр астероидной массы, имеющих размеры порядка микрометра, приливные силы оказываются локализованными в небольшом объеме. Прохождение такой черной дыры через конечность или брюшную полость может привести к локальным повреждениям, но не является смертельным.

Однако, прохождение ПЧД через головной мозг может вызвать разрушение клеток, что представляет серьезную угрозу для жизни. Для этого требуется ПЧД с массой, находящейся в верхней части рассматриваемого диапазона. Даже небольшая разница в 10-100 наноньютонов может убить. Ударные волны: Взаимодействие ПЧД с веществом организма приводит к формированию волны сжатия, распространяющейся в теле. Ударная волна может вызывать механические повреждения клеток и передачу тепловой энергии. Расчеты показывают, что для формирования ударной волны, обладающей энергией, сопоставимой с энергией пули калибра .22, ПЧД должна обладать массой 1,4 х 10¹⁴ кг, что соответствует нижней границе возможных масс ПЧД, являющихся кандидатами на роль темной материи. Результаты исследования указывают на то, что ПЧД с определенными параметрами способны нанести смертельные повреждения живым организмам.

Несмотря на теоретическую возможность подобного сценария, вероятность его реализации в действительности крайне мала. Даже при условии существования ПЧД астероидной массы, их концентрация в космическом пространстве настолько мала, что вероятность столкновения с живым организмом на протяжении жизни последнего составляет менее одного случая на 10 триллионов.