地球上有人造出黑洞嗎?

實驗室製造黑洞超出當前技術水平,但未來或有可能實現

Close-Up Of Green Hole

在人們的普遍想象中,黑洞是貪婪的怪物,吞噬著周圍的一切。這就是為什麼偶爾會有人擔心物理學家可能會意外或有意地製造出一個黑洞,也許是在日內瓦附近歐洲核子研究中心(CERN)的大型強子對撞機(LHC)等粒子加速器內部。這樣一個黑暗的龐然大物會吞噬地球本身嗎?當然不會。以前從來沒有人在我們的星球上製造出黑洞。但即使有人這樣做了,它也可能不會構成巨大的威脅。

現實世界中的黑洞之所以可怕,只是因為如果你靠得太近,就無法逃脫。但即使有人在地球上的實驗室中製造出一個黑洞,人類技術的侷限性也會阻止我們製造出任何特別危險的東西。“它很可能質量非常小,以至於其引力影響相對較小,”普林斯頓大學的理論天體物理學家埃利奧特·誇塔特說。“它實際上不會吞噬太多物質。”

事實上,在實驗室中製造黑洞的可能性是科學家們正在積極追求的目標——這可以使研究人員能夠回答許多關於量子力學引力的本質的基本問題。


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黑洞通常是在一顆比太陽質量大得多的恆星死亡時形成的。當這樣一顆恆星的外層以壯觀的超新星形式向外爆炸時,其核心會向內坍縮,以巨大的力量向中心點擠壓,以至於宇宙中已知的任何力都無法阻止它。這導致了一個亞原子級的點,它具有難以想象的質量和密度,其引力非常強大,即使是以光速運動的物體也無法快速逃脫它的魔爪。這類黑洞在宇宙中很常見。

當然,只要不靠近黑洞,就是安全的。只有在圍繞黑洞的球形邊界內,即所謂的事件視界內,人或物體才會被不可避免地向內拉扯。巨大的黑洞擁有很大的事件視界——直徑達數百萬公里——而較小的黑洞則擁有更小的事件視界,僅延伸數十公里。如果你能在實驗室裡製造出一個只有半公斤重的黑洞,它的事件視界將比質子小一萬億倍。

關於大型強子對撞機制造黑洞的擔憂源於愛因斯坦的狹義相對論,其中質量 (m) 和能量 (E) 是可以互換的——因此有了著名的公式 E = mc2,其中“c”是光速。由於超對撞機以令人難以置信的速度(接近光速)和能量將質子撞擊在一起,各種奇異的粒子都可能迸發出來,可能包括黑洞。但是,要製造出即使是微觀事件視界的黑洞,也需要比大型強子對撞機能夠產生的數十億倍的能量。即使它可以產生這樣的黑洞,該物體也會迅速失去能量,並在眨眼間消散。

在該設施於 2008 年啟動之前,一些研究人員曾假設,如果時空結構具有額外的維度,例如弦理論所假設的那些維度——這是一種將量子物理學和引力結合成一個單一理論的可能方法——那麼黑洞可能會出現。那是因為在我們四維宇宙(具有三個空間維度和一個時間維度)中,引力太弱,無法將物質壓入黑洞。然而,如果存在其他維度,引力可能不像我們看起來那麼弱,因為其部分力量可能會洩漏到這些其他奇異維度中。在這樣的宇宙中,原子粉碎機內部出現黑洞變得更加可行,有可能揭示對引力本質的深刻見解。普林斯頓高等研究院的理論物理學家胡安·馬爾達西那說,這項發現將是“你在大型強子對撞機中可能看到的最怪異和最令人驚訝的物理現象之一”。

這個想法被媒體報道,引起了巨大轟動。一位德國化學家甚至在歐洲人權法院對歐洲核子研究中心提起訴訟。一個由物理學家組成的特別委員會早在 2003 年就開始調查此事,結論是,來自太空的粒子以遠高於超對撞機的能量撞擊大氣層,但沒有產生黑洞,因此這種可能性似乎很渺茫。委員會的報告在 2008 年進行了審查並重新發布,其中包含更多資訊以平息公眾的擔憂。

迄今為止,在大型強子對撞機中尚未觀察到黑洞。“證實弦理論的預測本<0xE2><0x80><0x9C>來會很好,”馬爾達西那說,“但事實並非如此。”

最近,一個團隊宣佈,他們使用量子計算機形成了一個嬰兒蟲洞的模擬——一種由兩個黑洞建立的穿越現實的橋樑。儘管該結果在媒體上被廣泛報道,但它並不完全是許多人想象的那種突破。

“已經創造出來的更像是物質的一些奇怪的量子力學特性,這些特性具有與蟲洞相關的數學屬性,”誇塔特說。“這更多的是概念上的聯絡,而不是字面意義上的聯絡。”

儘管如此,馬爾達西那說,這項研究前景廣闊,未來更強大的量子計算機有一天可能會生成使用阿爾伯特·愛因斯坦方程模擬黑洞的物體,從而使物理學家能夠詳細研究它們的行為。

如果誇塔特的實驗室裡有一個真正的黑洞,他將非常有興趣更多地瞭解被稱為吸積盤的明亮光束,這些光束是這些物體在撕裂附近物質時產生的。“我會將物質扔向黑洞,以建立一個小小的吸積盤,並觀察氣體螺旋併產生大量光,”他說。“在受控環境中瞭解這些吸積盤的實際工作原理將非常棒。”

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