KESKUSTELU

Lueskeltuani ydinaseiden toiminnasta kertovaa kirjaa aloin miettimään miten eri materiaalit höyrystyvät, palavat tai murskautuvat ydinräjähdyksessä ja mieleeni tuli kysymys:

Mitä tapahtuisi kuvitteelliselle esim. 5cm halkaisijaltaan olevalle timanttipallolle jos se olisi erittäin lähellä (esim 5m) räjähtävästä ydinaseesta?

Ymmärtääkseni lähes mikä tahansa materiaali tuolla etäisyydellä höyrystyy, mutta höyrystyisikö timantti?

Toinen asia mitä aloin tuon ajatusleikin jälkeen miettiä on mitä tapahtuisi samalle pallomaiselle timantille mustan aukon tapahtumahorisontissa?

Googlettamalla nopeasti löysin hiukan infoa, että timantti ei välttämättä ole kovin tunnettu aine, mutta jos jollain on lisätietoa niin voi ennen vastaamistaan korvata sanan timantti jollain kovemmalla

Se palaa iloisesti hiilidioksidiksi.

http://www.tillander.fi/timanteista.php

"Tillander tuntee timantit"

Et kovin hirveästi googlettanut ainakaan sulamispisteestä.
Nesteeksi muuttuu 3700 Celsiuksen lämpötilassa.
Wikin mukaan kovuudeltaan kolmanneksi paras, tosin lämpöä kestää W:n mukaan vain +700C, jos happea mukana. Palaa vissiin.

Molemmat lämpötilat ylittynevät reippaasti atomipommin räjähtäessä noin lähellä. Pilalle menee.

Maailman kovin aine, kutsuttakoot sitä nyt lonsdaliitiksi syntyy meteori-iskuissa.
http://en.wikipedia.org/wiki/Lonsdaleite
Ja fullereenille käynee samoin kuin kaikelle materialle. Koska atomit eivät miehitä samaa avaruustilaa, niin se tuhoutuu ajan vaikuttaessa toiseen atomiin tosita enemmän.

Mielenkiintoista, että timantinkin sulamislämpötila on noin vähäinen, enpä olisi arvannut.

Mistähän aineesta fuusioreaktoreiden sisäseinämät tehdään, luulisi että sadanmiljoonan asteen kuumuus säteilisi plasmasta seiniin ainakin yli 3500 C voimakkuudella?

Suprajohtavista magneeteista. Mikään materiaali ei kestä kuuman plasman suoraa kosketusta, joten aine eristetään ympäristöstään. Siihen liittyy myös ongelmat fuusioiden rakentamisessa. Sähkömagneetit syövät liikaa virtaa eivätkä silti ole tarpeeksi voimakkaita pitääkseen fuusiota kaupalliseen tarkoitukseen riittää aikaa käynnissä.
En muista puhutaanko vieläkin sekunneista, muttei kovinkaan paljoa kyllä ylikään.

Alamogordon hiekkaerämaassa, New Mexicossa USA:ssa räjäytettiin maailman ensimmäinen atomipommi (koelataus) 16.7.1945. Pommi oli sijoitettu torniin, parinkymmenen metrin korkeudelle maasta. Kun räjäytys oli tehty, Manhattan-projektin tieteellinen johtaja Robert Oppenheimer ja sotilaallinen päällikkö, kenraali Lesley Groves menivät katsomaan räjähdyskohtaa.
(Tuskin menisivät nykytiedon pohjalta seisomaan juuri räjähdysalueelle!)
Aluetta kattava hiekka oli sulanut lasiksi laajalta alueelta pommin alla. Kuumuus lienee ollut sitä luokkaa, että timanttikin olisi sulanut. Pystytäänhän nykyisin valmistamaan timantteja myös synteettisesti.

Tekee sen pallon lämpöä johtamattomasta tai huonosti johtavasta materiaalista, niin se lämpö ei sitten tehoa siihen.

Tuskin mitään kummempaa (paitsi että se tipahtaisi mustaan aukkoon eikä koskaan tulis takaisin ). Timanttia ei revi mustan aukon lähellä hajalle aukon valtava vetovoima vaan vetovoimaerot, ns. vuorovesivoimat - siis se, että lähempänä aukon keskustaa oleviin timantin osiin vaikuttaa suurempi vetovoima kuin kauempana oleviin. En usko, että vuorovesivoimat ovat tarpeeksi suuria timantin tuhoamiseen vielä tapahtumahorisontissa. Riippuu tietysti aukon ja tumantin koosta - pieni aukko ja suuri timantti -> suuret vuorovesivoimat.

Ionisoituisi.

Ydinräjähteiden suunnittelussa yleensä oletetaan kaikki aineet kaasuiksi, joilla on tietty tiheys. Rakenteellinen lujuus on niillä energioilla täysin yhdentekevä. Timantti höyrystysi, muuttuisi plasmaksi ja jäähdyttyään ja levittyään ilmaan palaisi hiilidioksidiksi.




Se hajoaisi kaasuksi ja kuumenisi edelleen plasmaksi jo paljon ennen tapahtumahorisonttia.




Kaikki aineet pysyvät kasassa atomien elektronikuorten välisten sähkömagneettisten voimien välityksellä. Niillä on väistämättä tietty raja, kuinka suuria energioita sidokset kestävät. Kosmisissa prosesseissa ja ydinräjähdyksissä energia hiukkasta kohti on niin monta kertaluokkaa korkeampi kuin kiinteän aineen hiukkasten sidosenergia, että sidosten olemassaoloa ei tarvitse huomioida aineen käyttäytymistä mallinnettaessa.

Miksi?

Vuorovesivoimien takia. Tähdenmassaisen mustan aukon lähellä gravitaatio vahvistuu hyvin nopeasti, kun siirrytään lähemmäs tapahtumahorisonttia. Jossain vaiheessa pallon aukkoa lähempänä olevaan puoliskoon kohdistuu niin paljon kovempi voima, että se repii pallon hajalle ja pian murusiksi. Murut jauhatuvat edelleen kaasuksi, joka kuumenee kitkan vaikutuksesta jumalattoman kuumaksi ja ionisoituu (ja säteilee röntgensäteitä).

Jonkun supermassiivisen aukon tapahtumahorisontin ympärillä vuorovesivomat ovat pienempiä. En osaa arvioida voisiko pallo ohittaa sellaisen tapahtumahorisontin. Siinä tapauksessa se jauhautuu vasta syvemmällä aukossa, mikäli aukko oletetaan likimain suhteellisuusteorian mukaiseksi myös sisuskaluiltaan.

Aiemminhan minä tässä ketjussa väitin, että vuorovesivoimat eivät vielä tapahtumahorisontissa olisi tarpeeksi voimakkaita. No, tässä hieman laskelmia. (Ne on tehty klassisella mekaniikalla, mutta käsittääkseni sitä voi vielä soveltaa tapahtumahorisontin etäisyydellä; onhan Schwarzhildin säteen yleinen kaavakin johdettu klassisesti.)

Kyseessä olevan timanttikappaleen säde on 0,025m ja timantille löysin tiheyden 3,5g/cm^3 eli 3500kg/m^3, eli timantin massa
m = 4/3*pii*(0,025m)^3 * 3500kg/m^3 = 0,2291kg. Tapahtumahorisontin säde saadaan kaavasta
R = 2GM/c^2, M=mustan aukon massa, G=gravitaatiovakio, c=valonnopeus.
Vuorovesivoima eli timantin eri puolille vaikuttavien gravitaatiovoimien erotus tapahtumahorisontin kohdalla on
F = 1/2GMm(1/(R-0,025m)^2-1/(R+0,025m)^2)
(kerroin 1/2, koska ajatellaantimantti jaetuksi kahteen osaan).

Erilaisilla mustan aukon massan arvoilla saadaan sitten erilaisia arvoja. Kun M=10A (A=Auringon massa = 1,989*10^30kg), niin F=600kN. Kun M=1000A, F=60N. Kun M=100000A, niin F=0,006N. (siis jos suoritin laskut ilman huolimattomuusvirheitä )

Luulisin, että timantti kestää ainakin kaksi jälkimmäistä voimaa. Joka tapauksessa voima riippuu voimakkaasti ( ) mustan aukon massasta.

Enpä osaa kaavaa arvioida mutta näin ihan maallikkona tuntuisi, että suuremmalla mustan aukon massalla pitäisi vuorovesivoiman olla suurempi eikä päinvastoin.
Saa nauraa.