Может ли объект двигаться настолько быстро, чтобы получить достаточно массы и стать черной дырой?

Путешествие на высокой скорости не влияет на вашу массу, даже в специальной теории относительности Эйнштейна. По какой-то причине научно-популярные книги и старые учебники по физике утверждают, что объекты набирают массу, когда они движутся с более высокой скоростью.

Это утверждение неверно. Если вы определяете нечто, называемое «релятивистской массой», которая полностью отличается от обычной массы, то это утверждение может показаться верным. Но это очень сбивает с толку и вводит в заблуждение. Сегодняшние физики больше не рассматривают энергию движения объекта как «релятивистскую массу», потому что это вводит в заблуждение.

Когда объект набирает скорость, сущность, которую он набирает, называется «кинетической энергией», даже в Специальной теории относительности. Таким образом, полная энергия движущегося объекта — это его энергия покоя плюс его кинетическая энергия. Энергия покоя объекта содержится в его массе. Релятивистская полная энергия движущегося объекта равна:

E = mc²/(1-v²/c²)^1/2

В этом уравнении m — масса объекта (которая не меняется независимо от скорости движения объекта), c — скорость света, а v — скорость объекта. Если объект не движется, v = 0, то кинетической энергии нет, и полная энергия просто равна энергии покоя. Подключив v = 0 к приведенному выше уравнению, мы получим знаменитое уравнение E = mc². Следовательно, энергия покоя объекта равна mc², что говорит нам о том, что энергия покоя полностью содержится в форме массы. Таким образом, кинетическая энергия E_K — это полная энергия за вычетом энергии покоя:

E_K = E – mc²

E_K = mc²(1/(1-v²/c²)^1/2 – 1)

Это уравнение показывает нам, что с увеличением скорости кинетическая энергия увеличивается, но масса никогда не меняется. В пределе, когда скорость объекта v приближается к скорости света в вакууме c, кинетическая энергия становится бесконечной.

Закон сохранения энергии говорит нам, что для того, чтобы объект путешествовал с бесконечной кинетической энергией, мы должны дать ему бесконечную энергию. Этот акт явно невозможен, поскольку в наблюдаемой вселенной существует только конечное количество энергии.

Это означает, что объекты с массой никогда не могут двигаться точно со скоростью света в вакууме, так как это состояние потребовало бы бесконечной энергии. Но объекты могут приближаться к скорости света.

Масса — это свойство объекта, которое описывает две вещи:

Сопротивление объекта ускорению. Большие массы ускоряются меньше при приложении заданной силы.
Способность объекта испытывать гравитацию. Большие массы ощущают большие силы в данном гравитационном поле.

Когда объект движется с высокой скоростью, его сопротивление ускорению не меняется, и его способность испытывать гравитацию не меняется. Поэтому масса объекта не изменяется, когда он движется с высокой скоростью. Этот факт предсказан теориями Эйнштейна и подтвержден экспериментами. Объект при ускорении никогда не может быть превращен в черную дыру или даже слегка увеличен в весе.