人工黑洞——地球的新威脅？

科技 05-26

人工黑洞——地球的新威脅？

大型強子對撞機。

每一次知識前沿的推動都同時伴隨著風險和回報。我們有可能耗費了大量財力物力和精力，最終卻一無所獲，甚至發生毀滅性災難；而一旦獲得成功，從中獲得的回報也是巨大的。我們不但能夠從中學到新的知識，開發出新的技術，還能夠推進全人類科學事業的發展。

像大型強子對撞機（LHC）這樣的設備就是一個典型，人們在那裡用粒子加速器使質子獲得極高的能量，並讓它們相互碰撞。幾年前，它創造了一個新記錄，把對撞粒子攜帶的能量從原來費米實驗室保持的2萬億電子伏提升到了3.5萬億電子伏。粒子對撞的能量總和達到了7萬億電子伏。其結果不但是產生了大量已知的基本粒子（如頂夸克和W玻色子、Z玻色子），還讓我們發現了一種全新的基本粒子，也是標準模型中最後一種被發現的粒子——希格斯玻色子。

近年人們對大型強子對撞機作了升級，使它對撞的能量總和能夠達到13至14萬億電子伏。如果我們足夠幸運，這樣的高能對撞可以讓我們在實驗室中發現前所未見的新粒子。當然，也會有很多人對此異想天開，或憂心忡忡。有人覺得對撞機會讓我們進入平行宇宙，有人覺得它會推翻宇宙大爆炸理論，也有人覺得它會造出一個黑洞，然後把我們全都吞沒。

這些問題，特別是第三個問題一遍又一遍地困擾著我們。

有許多理論認為存在著額外的維度。除了我們熟知的空間三維和時間一維外，在我們的宇宙中至少還存在著另外一個維度。我們無法在我們的能力範圍內感知這些額外的維度，但它們確實有可能存在於比我們實驗能力極限還小的尺度上。

如果這些額外的維度存在，那麼在理論上，通過高能粒子對撞，確實有可能製造出極小的微型黑洞。

人工黑洞——地球的新威脅？

NASA

如果我們辦到了，那這其實是一種不可思議的技術成就和科學成就，也會讓我們對宇宙的看法發生永久的改變。但黑洞在人們的觀念中通常會和災難相連，人們通常認為黑洞總是會吞掉所有物質，它會一點點地吃掉構成這個世界的所有質子、中子和電子，並最終毀滅一切。

真的會這樣嗎?

首先，如果這些迷你黑洞確實存在，那麼地球其實已經被它們轟擊了幾十億年了，而地球今天還在。

是的，我們還沒有在實驗室里俘獲過帶有這種能量的粒子。但是攜帶的能量比大型強子對撞機產生的粒子高一億倍以上的粒子無時無刻不在擊中地球——來自太空的宇宙射線在所有方向上轟炸著地球。

因此如果這些黑洞真的存在，那麼在整個太陽系的歷史上，它們都一直在轟炸著地球，以及其它行星，以致於太陽。可以肯定的是，絕無證據表明，我們太陽系內的天體變成過黑洞，或被黑洞吞噬。

那麼，這些天體是否會因為運動速度太快，以致於直接穿越了地球，只吞掉了極少的物質，隨後便回到了星際空間呢？

黑洞是會通過霍金輻射衰減的，即便是這樣的迷你黑洞也不例外，而且，它們衰減的時間短得令人難以致信。

如果存在額外的維度，那麼生成這樣一種顯微黑洞是可信的（極為罕見，但具有合理性）。這樣的黑洞，它們的質量所對應的能量最多相當於質子對撞的能量，大約是13至14萬億電子伏。轉換成質量後，只相當於5x10^-20克，甚至更小。

但是即便製造出了這個黑洞，仍然有一個問題無法避免——它是不穩定的。根據量子力學的定律，黑洞會通過一種名為霍金輻射的過程發生衰減。一個質量為5x10^-20克的迷你黑洞在三維中的衰減時間只需大約10^-83秒，也就是說它根本沒有足夠長的時間存在。在物理學上，時間只有長於10^-43秒才有意義。轉換成黑洞的質量，至少需要0.00002克，它才有機會存在。

即便擁有四個維度，也只有這個「額外」的維度是個大維，這樣的衰減時間才會延長到10^-23秒。已經很長了。然而要完全克服迷你黑洞的衰減，必須忽視許多物理學定律。若說這些公認的定律是錯的那才叫反常——就像太陽從西邊出來一樣。

但是為了敘述的方便，讓我們假設存在某種新的未發現的物理學定律，能夠使這些黑洞保持穩定，並把這樣一個不會衰減的微型黑洞安放在地球的中心。它會把地球吃掉嗎？如果可以，要多久？讓我們進入下一環節。不過請注意，此時我們已經把許多已知的物理定律拋在了腦後。

我們可以計算出黑洞吞噬物質的速度，但地球的存在時間與其相比簡直短得不值一提。

在人們通常的印象中，黑洞會「吞噬」物質，但實際上它只和引力發生作用。如果質量只有大約5x10^-20克，它產生的引力是極為弱小的——它穿越地心時最多只能和一個基本粒子發生碰撞。這樣的黑洞橫截面是如此之小，以致於質子或中子的橫截面與之相比會顯得很大。因此我們可以猜到，這樣的黑洞最多每次只能擊中一個質子或中子，然後把它吸收掉。

假設它能夠把與它接觸的每一個質子、中子或電子吞掉，同時考慮到它的引力，那它每秒鐘大約可以吃掉大約66000個質子或中子。66000個質子或中子的質量是極小的，大約只有1.1x10^-25克。這樣的生長速度是保持恆定的，直到其質量變得相當大，大到大約10億噸時，黑洞的生長速度才會變快，其橫截面也才會變大。以每秒俘獲66000個核子的速度，多久它才會達到1公斤呢？3萬億年。遠久於太陽的一生，甚至宇宙的年齡。

因此即便我們造出了一個黑洞，且我們所知的物理定律錯了，它能夠永久存在，這個黑洞仍然是無害的。無論我們忽略、修改或歪曲多少物理定律，地球仍然是安然無恙的。

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