微型的“人造黑洞”不能变为超能武器

应用粒子加速器来制造“微型黑洞”比我们想象得容易，也比人们过去推算的输入能量少许多。如果物理学家用如此少的能量能在地球上成功地创造黑洞，那么这种成功似乎可以证明，在我们的宇宙也许存在额外的空间维度。物理学的革命性变化也许发生在奇异的过程中，一些物理学家提醒人们，任何用加速器制造的微型黑洞不会对地球造成危害。

黑洞的形成与引力场的强弱有关，如果物质周围的引力场达到特定的强度，那么没有什么物体能够摆脱它的拖动作用，甚至光也无法逃逸它的引力边界。黑洞能够从死亡恒星的爆发中形成，大质量恒星在死亡的过程中发生剧烈爆炸，恒星的遗留物质在自身的引力作用之下，开始不断地向内挤压、坍塌，最终形成一个超高密度的“球点”。“人造黑洞”没有应用死亡恒星发生挤压和坍塌的原理，科学家在物理实验的条件下让高速运动的粒子发生碰撞，高能粒子的相互碰撞形成“微型黑洞”。

图片显示，两个相互猛烈碰撞的粒子发生了扭曲，变形成一个“薄煎饼”形状。

包括“弦理论“在内一些“新物理学”指出，在宇宙中存在额外的空间维度，多维空间的每一维度都折叠起来，它们隐藏在我们看不见的微观世界中，每一维度的尺寸从小到像质子一样大到大到像零点几毫米一样小。在额外维度的空间尺度内，引力将变得非常强烈，远远超出了正常引力的标准值，同样的情形发生在粒子加速器中，撞击后产生的微观粒子能够大量、连续地吸收能量，从而形成微型黑洞，

当世界上诞生了最强大的粒子加速器——欧洲大型强子对撞机之后，在一些科学家的脑海中时时浮现“庞然大物”的机器变成“黑洞工厂”的景象，频繁的碰撞试验会不会每一秒都在制造令人生畏的黑洞？大型强子对撞机赋予其内的粒子以极高的速度，粒子沿着17英里、或27公里的圆周管道高度运转，以获得粒子对撞、爆炸所需的极大能量值，每一个对撞粒子的极大能量值相当于一辆400吨的火车以大约每小时120英里，或每小时195公里疾驰时所拥有的能量。

图片显示刚刚完成的粒子碰撞过程，形成了一个微小黑洞。

———怎样创造一个黑洞

到目前为止，研究人员没有在大型强子对撞机内探测到黑洞，科学家对于理论的可能性依然信心百倍、兴趣盎然，他们使用了超级计算机，模拟在对撞机内粒子以接近光速运动时所发生的碰撞过程，超级计算机的模拟显示，微型黑洞的产生所需要的能量比之前想象得更低。新发现的理论基础是爱因斯坦的质能关系式，能量等于质量乘以光速的平方，这一著名的公式揭示了物质和能量的相互关系，质能关系式意味着，对撞机内较大能量的粒子是那些速度更大的粒子，加速粒子的质量变得较大。新发现的理论基础在于爱因斯坦提出的物质与时空相互关系的相对论，天体物质弯曲了周围的空间和时间构造物，这种弯曲效应产生了引力现象。在强子对撞机内高度运动的粒子同样弯曲了周围的时空统一体，质量变大的粒子对周围时空的弯曲效应得以积聚更大的能量，这就像球面透镜积聚光线、形成焦点一样。

当两个粒子相撞时，每一粒子从对方聚焦更多的能量，经典的相对论排除了额外空间维度的概念，如果科学家使用经典的相对论模型进行计算，那么他们也许发现，微型黑洞的形成只需之前所期待的三分之一的能量，按照普林斯顿大学的理论物理学家弗朗斯·普里托里厄斯解释，按普通物理学的计算，需要的能量为一个天文数字：1000的5次方，或100万的4次方，或1000亿，这个制造微型黑洞的能量惊人，远远超出了人类能力的范围，哪怕相当于这一能量值的三分之一，人类也无法供应。“新物理学”展现的场景完全不同，以额外空间维度为基础的物理学能够让微型黑洞在较低的能量值产生，科学家目前不能预测微型黑洞产生的具体途径。

———无风险的黑洞

即使是微小的黑洞听起来也令人恐怖和惊秫，如果粒子加速器创造了无限小的黑洞实体，那么人们也无需担心地球的危险。普里托里厄斯解释，人们有一个错误的概念， 在大型强子对撞机内生成的小型黑洞将吞灭我们的地球，科学家却不这么认为，这种事件的发生在科学上完全不可能。经过理论物理学家斯蒂芬·霍金的计算，所有的黑洞在时间进程中会逐步失去质量，产生科学家称之为的“霍金辐射”现象。小型黑洞同样通过蒸发失去质量，而蒸发的速度大于它在成长中捕获的质量，在小型黑洞“敞开胃口”，准备“大吃特吃”任何数量的物质时，它的生命已经结束，小型黑洞的死亡过程在“一眨眼”的功夫，时间短到1秒的几分之几以内。简单地地说，它想吃，却来不及吃。

如果有科学家怀疑霍金理论的正确性，他们能够证明黑洞的稳定性，它们不至于在1秒的几分之几以内死亡，那么人们也不用担心小型黑洞的潜在危险。在粒子加速器内创造的黑洞具有足够的速度来摆脱地球的引力，如果一些小型黑洞没那么幸运，没有逃过地球的引力，它们也不会立刻吞掉地球，微型黑洞是如此的微小，以至于它们需要用目前宇宙年龄的时间来吞噬地球的哪怕只有1毫克的物质。普林斯顿大学的普里托里厄斯解释说，“这些黑洞实在太小，它们无法消费任何显著数量的地球物质”。普里托里厄斯和他的同事威廉·伊斯特将发现成果的细节以论文的形式发表在3月7日刊出的《物理评论通讯》杂志。

（编译：2013-3-13）