Спойлер: НЕТ, это не шанс. Теперь узнайте почему.
«В каждом характере, я думаю, есть склонность к какому-то особому злу, природный недостаток, который не может преодолеть даже самое лучшее воспитание».
«А твой недостаток - склонность всех ненавидеть».
- «А ваше… намеренно неправильно их понять». - Джейн Остин
Каждый раз, когда мы расширяем границы знаний, это сопряжено с риском и перспективой вознаграждения. Рисков много: невозможность найти что-то новое, бесполезность эксперимента, чтобы он работал так, как задумано, и даже возможность повреждения и разрушения, если что-то пойдет не так. Но награда может быть огромной, включая раскрытие новых знаний, разработку новых технологий и продвижение всего человеческого предприятия науки.
Одним из мест, олицетворяющих все это, является Большой адронный коллайдер (БАК) в ЦЕРН, где в ближайшие несколько месяцев мы начнем сталкивать протоны при самых высоких энергиях, когда-либо достигаемых в частицах. ускоритель. Несколько лет назад мы побили старый рекорд - 2 ТэВ (тера-электрон-вольт, или 10^12 эВ), который был установлен в лаборатории Ферми - , ускорив каждую частицу до 3,5 ТэВ и столкнув их друг с другом, достигнув 7 ТэВ полной энергии.
Это открытие позволило нам не только создать огромное количество неуловимых фундаментальных частиц (таких как топ-кварк, а также бозоны W- и Z), но и открыть совершенно новая фундаментальная частица и последняя неоткрытая частица в стандартной модели: бозон Хиггса.
Позже в этом году модернизация БАК позволит нам достичь где-то между (в зависимости от того, кого вы спросите) полной энергией 13-14 ТэВ. Если нам действительно повезет, огромное количество столкновений при этих огромных энергиях в сочетании с невероятными детекторами, которые у нас есть, могут позволить нам создавать и открывать невиданные ранее частицы в этой лаборатории.
Конечно, это не помешало обычным подозреваемым делать невероятные (и совершенно неправдоподобные) заявления, такие как:
- Ученые на Большом адронном коллайдере надеются установить контакт с ПАРАЛЛЕЛЬНОЙ ВСЕЛЕННОЙ через несколько дней,
- Теория Большого взрыва может быть опровергнута Большим адронным коллайдером, и
- Это воздействие на Вселенную может закончиться ее уничтожением, создав черную дыру, которая поглотит нас.
В то время как первые два являются просто плохими научными отчетами, третий является общим страхом, который поднимает свою уродливую голову снова и снова, и не имеет никаких оснований в реальности.
Так в чем же заключается основная идея и как мы узнаем, что она неверна? Давай выясним.
Существует ряд теорий, которые предсказывают существование дополнительных измерений. Мы знаем, что в нашем четырехмерном пространстве-времени присутствуют не только три пространственных и одно временное измерение, но по крайней мере одно дополнительное пространственное измерение, существующее в нашей Вселенной. Хотя мы не можем полностью получить доступ к этим измерениям при энергиях, которые мы исследовали, вполне возможно, что в масштабах, меньших, чем те, которые мы исследовали - что соответствует более высоким энергиям - , эти дополнительные измерения существуют.
И если эти дополнительные измерения существуют, одна теоретическая возможность состоит в том, что возможно создание крошечных, миниатюрных, микроскопических черных дыр!
Если бы мы могли сделать это, это было бы невероятным подвигом технологии, науки и удивительным доказательством, которое навсегда изменило бы наше понимание Вселенной. Однако, конечно, вы произносите слова «черные дыры», и люди сразу же получают эту катастрофическую картину чего-то, всасывающего все виды материи, постепенно пожирающего протоны, нейтроны и электроны, из которых состоит наш мир, и в конечном итоге уничтожающего все это.
Это невозможно. На самом деле, есть три причины, по которым мы знаем, что это невозможно. Давайте рассмотрим их по очереди.
1.) Если эти миниатюрные черные дыры существуют, Земля подвергалась их ударам в течение миллиардов лет, и она все еще здесь
Конечно, мы никогда раньше не создавали частицы такой энергии в лабораторных условиях. Но при самой высокой из энергий - энергий, более чем в сто миллионов (100 000, 000) раз превышающих то, что мы создаем на БАК , частицы постоянно врезаются в Землю: великие космические лучи, которые бомбардируют нас со всех направлений в космосе.
Эти черные дыры, если бы они существовали, бомбардировали бы Землю (и все планеты) на протяжении всей истории нашей Солнечной системы, а также Солнца, и нет абсолютно никаких доказательств того, что какие-либо тело в нашей Солнечной системе когда-либо становилось черной дырой или было съедено одной из них.
Но, может быть, вы возразите, эти объекты двигались слишком быстро, а потому просто пройдут сквозь Землю, съев слишком мало материи, чтобы остаться внутри, и пройдут в межгалактическое пространство. Что ж, если это ваше возражение, возможно, вам поможет вторая причина-почему-это-невозможно.
2.) Если вы создадите миниатюрную черную дыру, она будет распадаться под действием излучения Хокинга в смехотворно малых временных масштабах
Если существуют дополнительные измерения, вполне возможно, что они могут быть определенного типа, допускающего (опять же, очень редкое, но правдоподобное) образование микроскопической черной дыры. Эта черная дыра будет иметь массу, максимум равную энергии протон-протонного столкновения, или до 13-14 ТэВ. Это соответствует через E=mc^2 массе всего 5 x 10^-20 грамм, а скорее всего меньше.
Но, даже если у вас есть дополнительные измерения нужного масштаба и нужного типа, и вы делаете эту черную дыру, у вас все равно есть проблема: она нестабильна. Согласно законам квантовой механики, эта черная дыра распадется в результате процесса, известного как излучение Хокинга. Для черной дыры массой 5 x 10^-20 грамм время распада в трех измерениях будет около 10^-83 секунды, чего даже недостаточно время существовать! Чтобы физика имела смысл, нам нужно время около 10 ^ -43 секунд или больше. В переводе на массу черной дыры нам нужно, чтобы она составляла не менее 0,00002 грамма, чтобы иметь хоть какой-то шанс на существование.
В четырех измерениях, особенно если «дополнительное» большое, время затухания достигает 10^-23 секунд О, радость. Чтобы преодолеть ожидаемый распад этой миниатюрной черной дыры, вы должны отбросить известные законы физики Эти законы настолько хорошо установлены, что немыслимо, чтобы они d ошибаться - это все равно, что проснуться завтра и увидеть восход солнца на западе.
Но, ради аргумента, давайте предположим, что есть какие-то новые законы физики, о которых мы еще не догадывались, которые могли бы сделать эти черные дыры стабильными. Таким образом, вы создаете черную дыру - «крошечную» - покоящуюся относительно центра Земли, и она не распадается. Может ли он съесть Землю? И если да, то как быстро это произойдет? Это подводит нас к нашему третьему и последнему возражению, и помните: мы уже позволили вам дважды отбросить известные законы физики, чтобы добраться до этой точки.
3.) Вы можете рассчитать скорость, с которой черная дыра поглощает материю, и она даже близко не равна времени существования нашей планеты
Нам нравится думать, что черные дыры «всасывают» материю, но правда в том, что они могут взаимодействовать с ней только гравитационно. При массе ~ 5 x 10 ^ -20 грамм эта гравитационная сила, которую он оказывает, невероятно слаба: все, что он может сделать, это пройти в центр Земли и снова выйти, надеясь при этом на столкновение с элементарной частицей.. В то время как поперечное сечение черной дыры крошечное, поперечное сечение протона (или нейтрона) довольно велико, и поэтому мы можем предположить - ради аргумента - , что каждый раз, когда черная дыра сталкивается с протоном или нейтроном, поглощает его.
Предполагая, что он съедает каждый протон, нейтрон или электрон, с которыми он вступает в контакт - а также принимая во внимание его гравитацию, чтобы увидеть, что он притягивает - , он будет съедать около 66 000 протонов и нейтронов за один раз. второй. Конечно, 66 000 протонов и нейтронов - это ничтожное количество по массе: 1,1 х 10^-25 грамм. Эта скорость роста будет постоянной до тех пор, пока черная дыра не станет достаточно большой; только примерно при один миллиард метрических тонн черная дыра начнет расти быстрее, чем эта скорость, поскольку столько времени требуется для увеличения ее поперечного сечения. Захватывая 66 000 нуклонов в секунду, сколько времени потребуется, чтобы черная дыра увеличилась хотя бы до одного килограмма? Три триллиона лет, что намного больше, чем время жизни Солнца или даже возраст Вселенной.
Так что, даже если сделать черную дыру, и даже если законы физики, которые мы знаем, неверны и она живет вечно, она все равно безвредна. Неважно, сколько законов физики вы отбросите, пересмотрите или подправите, Земля все равно будет в порядке.
Так что мужайтесь! Мы все готовы исследовать границы физики, расширять наши знания и понимание Вселенной и делать это абсолютно безопасным способом. Любые ваши опасения по поводу того, что нашу планету поглотит черная дыра, совершенно иррациональны, и теперь - вооружившись научными знаниями о том, почему - вы можете быть спокойны.
thedailyshow.cc.com/videos/hzqmb9/large-adron-collider
Мир в безопасности. По крайней мере, из физики.
Оставляйте свои комментарии на форуме Starts With A Bang в блогах Scienceblogs!