Rispondi a: Nassim Haramein: la ricerca della struttura del vuoto

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#11804
Richard
Richard
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Approccio: “Qual'è il buco nero di minima dimensione che può raggruppare una particella?” Risultato: Sorpresa! 10^11-10^14gm

Altro approccio alla minima dimensione del buco nero appare in altra ricerca di Scott Funkhouser. Il suo lavoro riguarda i limti sulla radiazione di Hawking, la termodinamica, il principio olografico e la costante cosmologica. Questo è un risultato talmente importante che includiamo l'intero abstract:

Scott Funkhouser, The minimum mass of a black hole that is capable of accreting a particle http://arxiv4.library.cornell.edu/vc/arxiv/papers/0807/0807.1938v2.pdf

Abstract: “Se un buco nero potrebbe assorbire una particella fondamentale allora il numero di bit registrati dal buco nero dovrebbe almeno incrementare di uno. Di conseguenza la minima massa di un buco nero di Schwarzchild capace di assorbire una particella è inversamente proporzionale alla massa della particella. Questa stipulazione è identica al limite ottenuto applicando il Principio di Laundauer al raggruppamento di una particella con la temperatura del buco nero data dalla sua effettiva temperatura di radiazione di Hawking. La minima massa di Schwarzchild necessaria per il raggrupparsi di nucleoni è dell'ordine di 10^9kg. Dato che la minima massa necessaria per raggruppare elettroni è circa di tre ordini di magnitudine superiore alla minima massa necessaria per raggruppare protoni, è concepibile che certi buchi neri possano accumulare carica elettrica.”

Cosa interessante, Funkhouser conclude anche che la minima dimensione di un buco nero capace di raggruppare una particella è di circa 10^11gr (abbastanza per un nucleone come un protone) e deve essere piu grande circa 10^14gr per raggruppare un elettrone.
Ancora, vediamo altra analisi da diverso punto di vista che arriva alla stessa minima massa del buco nero che approssima la dimensione del nostro protone di Schwarzchild. Questi riferimenti sopra suggeriscono diversi meccanismi con i quali tali buchi neri della dimensione del nucleone possono raggiungere la stabilità alla faccia della radiazione di Hawking.

La minima dimensione del Buco Nero e il Principio Olografico

Una delle congetture importanti che guidano la ricerca nell'entropia e nel contenuto di informazione dei sistemi come i buchi neri, è chiamata “principio olografico”. Praticamente, afferma che l'entropia o il contenuto di informazione di un buco nero è proporzionale alla superfice dell'orizzonte degli eventi. Questo implica che, per esempio, dato che l'universo come intero incontra la condizione di Schwarzchild, la totale informazione (entropia) dell'universo è proporzionale all'area della chiusura sferica e contiene circa 10^120 “bit” di informazione.
Dato che la superfice della sfera sale col quadrato del raggio mentre il volume sale col cubo del raggio, c'è meno area che volume nell'universo. Quindi, secondo il principio olografico, solo pochi degli stati possibili nel volume universale possono esistere. Questo suggerisce che l'univers esiste in uno spazio solo “sparsamente” popolato.

Una conseguenza è che la minima dimensione di quantizzazione dello spaziotempo dev'essere piu grande che, per esempio, la lunghezza di Planck. Questa minima lunghezza di quantizzazione è quella che sopra Funkhouser chiama “lunghezza olografica”
Cosa interessante, Funkhouser conclude che la lunghezza olografica è circa del diametro di un nucleone e che il volume fondamentale derivato da questo avrà la massa del buco nero di 10^11-10^14 gr.! Ancora, la dimensione calcolata del Protone di Schwarzchild. Q.E.D

Per altri dettagli, vedi sotto altro interessante documento del Dr.Funkhouser. Alcune delle conseguenze cosmologiche di questa esplorazione sono nell'abstract sotto.
Scot Funkhouser, A fundamental scale of mass for black holes from the cosmological constant http://arxiv.org/ftp/physics/papers/0701/0701289.pdf

Abstract: L'esistenza di una costante cosmologica positiva porta naturalmente a due fondamentali scale di lunghezza, l'orizzonte di De Sitter e il raggio della cellula associato con un livello olografico di libertà. Associata con ognuna di queste scale di lunghezza sono la massa gravitazionale macroscopica e la massa quanto meccanica microscopica. Tre di queste quattro masse fondamentali sono state discusse in letteratura e questo lavoro presente identifica il significato fisico della massa rimanente, la massa gravitazionale associata con la lunghezza olografica. Questa massa, dell'ordine di 10^12kg e inversamente proporzionale alla sesta radice della costante cosmologica, rappresenta la massa del buco nero il cui tempo di evaporazione è uguale al tempo cosmico fondamentale, che è dell'ordine dell'età corrente dell'universo. Rappresenta anche la minima massa di un buco nero che puo raggruppare una particella la cui lunghezza di Compton è uguale alla lunghezza fondamentale olografica, che è dell'ordine della lunghezza d'onda di Compton del nucleone.

Per altri lavori di Funkhouser:

http://cosmicholography.com/
http://en.scientificcommons.org/scott_funkhouser
http://cdsweb.cern.ch/record/1013338/files/0701289.pdf
http://rspa.royalsocietypublishing.org/content/466/2116/1155.abstract

Quindi è chiaro che altri stanno investigando simili aree con simili domande. Infatti una delle maggiori conclusoni è che il comportamento all'orizzonte del buco nero, specialmente in scala quantistica, puo influenzare la radiazione di Hawking e fermare l'evaporazione, dando stabilita alle particelle elementari tipo buco nero, come il protone di Schwarzchild.
Nei suoi commenti poi, “Bob-a-thon” suggerisce che due protoni buco nero avrebbero orbite decadenti che perderebbero energia per la radiazione di onde gravitazionali e quindi, il loro tempo di vita sarebbe piuttosto breve. Ci riferiamo con i documenti sotto a questo punto. Alcuni degli aspetti della stabilita dei protoni di Schwarzchild orbitanti.

I commenti di “Bob-a-thon”:

Stabilità di interazione fra protoni

Tra veri protoni in un nucleo stabile: indefinita
Tra protoni di Schwarzchild co-orbitanti: l'orbita decadrebbe in pochi trilionesimi di trilionesimo di secondo
Perchè? Perchè la teoria della Relativita Generale ci dice che due buchi neri che orbitano fra loro devono perdere energia orbitale emettendo onde gravitazionali e cadrebbero uno contro l'altro unendosi in un singolo buco nero al momento di toccare i loro orizzonti degli eventi.

La velocita è data dalla seguente equazione:
http://theresonanceproject.org/Bob_files/image011.jpg

Source Gravitational Radiation, Burtschinger & Taylor http://www.eftaylor.com/grsoftware/GravWaves17July06.pdf
Questa equazione si applica ai buchi neri a distanza sensibile (non contigui), ma ci dice che persino se orbitassero dieci volte piu distanti, si avvicinerebbero ancora a circa 60km/s (si kilometri al secondo). Questo è un avvicinamento veloce per oggetti gia diecimila volte piu vicini della dimensione dell'atomo. Piu si avvicinano e piu lo fanno rapidamente. (nel modello di Haramein gli orizzonti degli eventi si toccano gia)

Come fa Haramein ad affrontare questa discrepanza con la realtà?
Non lo fa

Cosa dovremmo fare? Questo è un problema serio, perchè è un diretto risultato dalla nostra migliore teoria della gravita, la Teoria della Relativita Generale di Einstein, l'unica teoria che abbiamo e che predice e descrive i buchi neri. Se neghiamo anche questa teoria, allora cos'è un buco nero? Non esisterebbe. Supponiamo di fare fisica seria e di parlare di buchi neri e gravita.
Potremmo pretendere che hanno sbagliato. Oppure che sia un effetto della gravita quantistica, allo stesso modo che gli orbitali degli elettroni sono stabili perche, è come, quantistico.

Abbiamo affrontato alcuni punti di sopra nella nostra discussione della barriera adronica e della dimensione minima del buco nero che puo raggruppare. Ovviamente c'è molto sui buchi neri ed è lontano dall'essere stabilito che il tuo scenario semplicistico sia completo o realistico.
Per esempio, nel nostro caso sia la barriera adronica generata dalle fluttuazioni del vacuum che le onde riflessive nel medium circostante possono eliminare la radiazione di Hawking a livello quantistico.
Altro suggerimento incluso nel documento è che i protoni girano rapidamente, vicini alla velocita della luce C e per il caso di due protoni orbitanti, troviamo che le forze centrifughe annullano esattamente l'attrazione gravitazionale dei due protoni di Schwarzchild.
Suggeriamo che la “forza di colore” e la “forza forte” della QCD possano essere date da una vera fonte di energia (dato che la QCD e il modello standard non forniscono la fonte) e inoltre, questa forza puo essere derivata dalle energie del vacuum disponibili espresse come gravita. Sentiamo che quindi la nostra descrizione sia piu realistica.
Certamente sappiamo che ci sono altri fenomeni coinvolti nella radiazione di Hawking. Ci sono questioni sul paradosso dell'informazione del buco nero, con il giusto modo di formulare l'entropia dei buchi neri, se hanno i “capelli” e altri problemi.

Un documento precedente (N. Haramein, E.A. Rauscher, “Collective Coherent Oscillation Plasma Modes in Surrounding Media of Black Holes and Vacuum Structure – Quantum Processes with Considerations of Spacetime Torque and Coriolis Forces”, R. L. Amoroso, B. Lehnert, J-P Vigier (eds.) Beyond The Standard Model: Searching For Unity In Physics, , The Noetic Press, 279-331, 2005 http://theresonanceproject.org/pdf/plasma_paper.pdf ) mostra che ci sono complesse interazioni dei buchi neri con il loro contesto capaci di causare espansione o contrazione. E' probabile che i buchi neri mantengano un ciclo col loro ambiente ed esistano in un bilanciamento dinamico tra altri processi.

Il punto principale è che ci sono altre cose in corso oltre la pura radiazione di Hawking e la possibilita che la radiazione di Hawking possa essere ridotta o eliminata in scala quantistica e quindi sia possibile l'esistenza di un buco nero della dimensione del protone e stabile.
Riguardo la tua formula sull'onda gravitazionale per il decadimento orbitale di due buchi neri, sembra che, ancora, ci sia altro oltre a quello che sembri conoscere. Citi una equazione da Wikipedia.
Dovresti approfondire la materia, ci sono molti misteri sulla fusione di buchi neri in scala astrologica. Il comportamento dei buchi neri supermassicci è misterioso e ancora non compreso a pieno. Come vedremo sotto, ci sono domande sulla stabilita orbitale anche dei buchi neri supermassicci.

Supermassicci Buchi Neri Binari che si fondono

La recente scoperta di un sistema binario di due supermassicci buchi neri da la possibilita di esaminare la stabilita delle loro orbite alla luce delle teorie che suggeriscono che la radiazione gravitazionale dovrebbe consumare energia orbitale e portare ad una rapida fusione di una coppia binaria. Questo si pensa essere rapido durante la regione “last parsec”. Interessante, troviamo alcune difficolta con questi modelli quando sono applicati ad un vero sistema. Vedi

Todd A. Boroson & Tod R. Lauer, “A Candidate Sub-Parsec Supermassive Binary Black Hole System with Two Sets of Broad Lines” : http://arxiv.org/ftp/arxiv/papers/0901/0901.3779.pdf

Dall'abstract: “Interpretiamo questo oggetto come sistema binario di due buchi neri, aventi massa di 10^7.3 e 10^8.9 masse solari separati da ~0.1 parsec con un periodo orbitale di ~100anni luce”

Invece di una rapida fusione dei buchi neri, persino a distanza ravvicinata di 0.1 parsec, stimano un temppo di decadimento tra 300 miliardi (senza correzioni di proiezione) e 7 miliardi di anni.

“Per masse fisse del buco nero, il tempo di decadimento del sistema binario per radiazione gravitazionale, tD~V^-8 e è quind estremamente sensibile ai fattori di proiezione assunti. Per nessuna correzione di proiezione, tD~3×10^11anni, mentre tD~7×10^9 anni nel modello di sopra”

Quindi commentano:

“Questa scala temporale è interessante in quanto implica che il sistema binario è evoluto oltre la scala “parsec finale” dove il decadimento per lo scambio di energia con le stelle diviene inefficente, ma dove il decadimento della radiazione gravitazionale rimane troppo debole per portare oltre l'evoluzione.
Studi teorici degli effetti della frizione dinamica dei gas indicano che la scala temporale perche questo processo causi il decadimento dell'orbita è persino piu lunga per tali buchi neri massicci benche questa sia un'area di studio in corso.”

Prendendo l'equazione menzionata nel commento sopra e applicandola a questo sistema binario, otteniamo una stima di una frequenza di decadimento orbitale di 0.54 cm/sec. A questa velocita questi due buchi neri massicci si uniranno in circa 18 miliardi di anni, un tempo piu lungo dell'eta accettata dell'universo. Quindi i veri buchi neri di scala massiccia si uniscono lentamente. Boroson e Lauer sono confusi dal tempo per il decadimento orbitale, persino nell'ultimo 0.1 parsec di separazione.

“Gli autori calcolano che rosso e blu hanno raggiunto quello che puo essere uno stadio scomodo nella loro spirale verso l'interno. Ora sono troppo vicini perche il decadimento orbitale di base agisca efficentemente e non ancora abbastanza vicini da iniziare a produrre onde gravitazionali per causare il rapido decadimento orbitale. Questo suggerisce che abbiamo almeno un miliardo di anni per osservare il sistema prima che i due oggetti sbattano tra loro. Speriamo che riusciremo a migliorare la sensibilita dei rilevatori di gravita durante questo periodo.” Vedi ohn Timmer, Two supermassive black holes spiraling towards collision http://arstechnica.com/science/news/2009/03/supermassive-black-hole-binary-spiraling-towards-collision.ars

Vediamo ancora che la situazione reale è piu complessa di quanto suggerisca il commento sopra. Inoltre dato che la critica del gentleman sembra averlo mancato nel mio documento, includiamo una sezione dove calcoliamo le forze centrifughe che possono contribuire al rapido indebolimento della forza attrattiva all'orizzonte di tale sistema del protone di Schwarzchild. Dal documento:

http://theresonanceproject.org/Bob_files/centrifugal.jpg

Cosa avviene quando guardi dentro il protone?

In un vero protone: vediamo costituenti puntiformi (quark) e una distribuzione di carica misurabile. Le cose non spariscono.

In un protone di Schwarzchild: c'è un orizzonte degli eventi dal raggio di 1.32fm e nulla che supera questo orizzonte puo riemergere. Non c'è modo di guardare dentro.

Questo sempre dalla Relativita Generale. Questo scombina le nostre proposte sul problema di massa, perche se la piena massa del buco nero viene sperimentata a breve distanza, allora ogni elettrone o altra particella usata per sondare dentro un protone sparirebbe e la massa del buco nero crescerebbe leggermente. Questo viene dalla definizione del raggio di Schwarzchild usata da Haramein. E' un orizzonte di spaziotempo. Oltre questo orizzonte tutte le misure possibili del tempo sono dirette solo spazialmente all'interno. Fuori cessa di esistere, eccetto che nel passato.

Molti esperimenti sulle particelle, in particolare tutti quelli che hanno fatto profondo scattering inelastico http://en.wikipedia.org/wiki/Deep_inelastic_scattering rendono chiaro che noi possiamo sondare dentro al protone.
(I New Agers dovrebbero notare che questo “profondo” non significa profondo e misterioso e cosmico, ma che ingrandisci il tuo protone molto in modo da poter osservarvi dentro. Benche mi piaccia quando i giornali di fisica francesi lo chiamano diffusione profondement inelastique).

Come affronta Haramein questa discrepanza con la realtà?
Non lo fa.

Possiamo affrontare il problema? Non ne ho idea. Dovrò pensare, ma sta diventando un poco sciocco.

Quando uno ignora le complessita coinvolte e non capisce che la nostra comprensione dei buchi neri e dei loro orizzonti nella fisica avanzata viene ancora esplorata ed è lontana dall'essere completa e che alcuni dei fisici piu grandi e rispettati iniziano a capire che queste dinamiche possono essere legate alle particelle del mondo quantistico, allora uno puo fare conclusioni come il gentleman. Comunque, c'è sufficente conoscenza per capire che dobbiamo ancora descrivere completamente cosa avviene vicino all'orizzonte. Il paesaggio di un nucleo è poco compreso e molte assunzioni sono fatte per intepretare i risultati sperimentali. Ecco perche nella lista di problemi irrisolti in fisica sotto Fisica Nucleare http://en.wikipedia.org/wiki/Deep_inelastic_scattering, la voce Cromodinamica Quantistica specifica:

Quali sono le fasi della materia dall'interazione forte e quali i ruoli che giocano nel cosmo? Qual'è il paesaggio interno dei nucleoni? Cosa predice la QCD per le proprieta della materia dall'interazione forte? Cosa governa la transizione dei quark e dei gluoni in pioni e nucleoni? Qual'è il ruolo dei gluoni e le auto-interazioni dei gluoni nei nucleoni e nel nucleo? Cosa determina le caratteristiche chiave della QCD e quali sono le loro relazioni con la natura della gravita e dello spaziotempo?

I problemi sono legati:

Crisi dello spin del protone

Come misurato inizialmente dalla European Muon Collaboration, i tre principali quark (“valenza”) del protone rispondono a circa il 12% del suo spin totale. I gluoni che legano assieme i quark possono rispondere appropriatamente per la parte restante? (cosi come il “mare” di quark in coppie che vengono continuamente creati e distrutti.

Cromodinamica Quantistica (QCD) nel regime non perturbativo

Le equazioni della QCD rimangono irrisolte in scale di energia rilevanti per descrivere il nucleo atomico e solo approcci numerici sembrano iniziare a dare risposta a questo limite. Come la QCD fa nascere la fisica del nucleo e dei costituenti nucleari?

I buchi neri possono avere “capelli”, effetti che vanno oltre e attraverso l'orizzonte creando effetti misurabili. Forse tutta l'informazione nei buchi neri viene preservata come si attenderebbe se le leggi di conservazione rimanessero valide.

Stiamo indagando gli effetti come quelli causati dalla forza di torsione e di Coriolis all'orizzonte che possono cambiare significativamente la nostra visione dell'entropia e forse permetterci di spiegare altre particelle subatomiche usando un approccio simile al nostro documento corrente.

Cosa significa questo per il modello del protone di Schwarzchild

La premessa di questo modello, che il “protone puo essere considerato una entita di Schwarzchild” – spinge la credibilita al punto del ridicolo. Questo prima che guardiamo se queste conclusioni signifchino qualcosa.
Per guardare alle conclusioni, dobbiamo forzarci a ignorare le discrepanze suddette e pretendere che possa essere un modello ragionevole.

Quello che segue illustra perche, persino se possiamo adottare questo modello, tutte le conclusioni di Haramein sono senza significato, primariamente perche il suo argomento di base va in cerchio.

Le sei principali conclusioni

Haramein modella il protone come buco nero. Le conclusioni primarie sono:

1 la proporzione di energia del vacuum che servirebbe è simile al rapporto della forza forte e gravitazionale

2 Considerare la forza nucleare come attrazione gravitazionale è compatibile sia col confinamento del nucleone che dei quark

3 la velocita orbitale di due protoni vicini risulta la velocita della luce

4 il periodo temporale per tale orbita risulta lo stesso della scala temporale caratteristica delle emissioni nucleari che riguardano la forza forte

5 C'è evidenza per una legge di scala tra massa e raggio e questo modello del protone lo mette in migliore accordo con questa

6 Un valore per il momento magnetico del protone puo essere derivato e risulta vicino al momento magnetico anomalo del protone

Li affronto uno per uno e vi dico in anticipo che è un grande casino

1. Su questo punto non elabora
C'è un rapido calcolo di questa proporzione, usando un valore per l'energia del vacuum scelto senza spiegazione e il risultato è 1.78×10^-41 corrispondente ai 41 ordini di magnitudine
Afferma correttamente che il rapporto della forza gravitazionale con quella forte è “dato tipicamente di 38-39 ordini di magnitudine”, quindi questo rapporto è almeno 100 volte piu basso del valore calcolato usando l'energia del vacuum. Usando i numeri di Haramein.
(a meno che non scrivi in forma percentuale per una e non per l'altra come ha fatto nel documento!)

Veramente tra voi e me, penso che Haramein abbia usato un trucco. Piuttosto che menzionare e andare oltre, avrebbe potuto suggerire che la forza forte è l'interazione tra la vacuum energy nel volume di ogni protone, ma con questa energia che prende la forma di un dipolo gravitazionale con una separazione della lunghezza di Planck nel nucleo di ogni protone. Quindi non gli sarebbe servito nulla dei buchi neri e il suo argomento non sarebbe circolare. Questo sarebbe interessante. E' ancora qualcosa di casuale, ma è una idea radicale coinvolgere la misteriosa roba del vacuum, avrebbe potuto giustificarla con qualche bella equazione (Newtoniana) e avrebbe suonato bene. Nassim, se stai leggendo, ho una idea per te!
Invece, qua si trovano due numeri simili (anche se non lo sono) e si scrive senza spiegare, come se il significato fosse ovvio (che non lo è). Andiamo avanti.