Zawsze, gdy przekraczamy granice wiedzy, istnieje ryzyko i perspektywa korzyści. Istnieje wiele zagrożeń: nie znalezienie niczego nowego, przeprowadzenie nieudanego lub niedziałającego eksperymentu, zniszczenie, jeśli coś pójdzie nie tak. Ale korzyści mogą być ogromne: nowa wiedza, nowe technologie i przełomowe osiągnięcia dla całej nauki o człowieku.
Jednym z miejsc, które uosabia to wszystko, jest Wielki Zderzacz Hadronów (LHC) w CERN, gdzie zaczęliśmy zderzać protony przy najwyższych energiach, jakie kiedykolwiek osiągnięto w akceleratorze cząstek. Kilka lat temu pobiliśmy stary rekord - 2 TeV (teraelektronowolt, czyli 1012 eV), który został ustanowiony przez Laboratorium Fermi - przyspieszając cząstki do 3,5 TeV i zderzając je ze sobą, osiągając 7 TeV całkowitej energii. To odkrycie nie tylko pozwoliło nam nie tylko stworzyć ogromną liczbę nieuchwytnych cząstek podstawowych (górny kwark, bozony W i Z), ale także odkryć zupełnie nową cząstkę fundamentalną, ostatnią z nieodkrytych cząstek Modelu Standardowego: bozon Higgsa.
Zaktualizowany LHC pozwala nam uzyskać około 13-14 TeV całkowitej energii. Jeśli mamy szczęście, imponująca liczba zderzeń przy tych energiach, w połączeniu z niesamowitymi detektorami, pozwoli nam stworzyć i odkryć nigdy wcześniej nie widziane cząstki w tym laboratorium. I oczywiście otwiera to całe pole do niesamowitych (i całkowicie niezręcznych) stwierdzeń, takich jak:
„Naukowcy z Wielkiego Zderzacza Hadronów mają nadzieję, że wkrótce będą w kontakcie z RÓWNOLEGŁYM Wszechświatem”.
„Wielki Zderzacz Hadronów rzuca wyzwanie teorii Wielkiego Wybuchu”.
„Gry z Wszechświatem mogą nas zniszczyć: czarne dziury utworzone w LHC nas połkną”.
Film promocyjny:
A jeśli pierwsze dwa to kompletnie nonsensowne, wprowadzające w błąd informacje naukowe, trzecie stwierdzenie zasiewa strach wśród ludności, podnosząc brzydką głowę za każdym razem, gdy LHC zaczyna działać.
Skąd wyrastają nogi tego nonsensu? Dowiedzmy Się.
Istnieje wiele teorii, które przewidują istnienie dodatkowych wymiarów. Nie tylko trzy przestrzenne i jeden czasowy, które, jak wiemy, są nieodłączne w naszej czterowymiarowej czasoprzestrzeni, ale także co najmniej jeszcze jeden wymiar przestrzenny w naszym Wszechświecie. I chociaż nie możemy uzyskać dostępu do tych wymiarów przy dostępnych nam energiach, uważa się, że w skalach, które są mniejsze niż te, z którymi mieliśmy do czynienia - i odpowiadają wyższym energiom - te dodatkowe wymiary istnieją.
A jeśli te dodatkowe wymiary istnieją, istnieje również teoretyczna możliwość powstania małych, miniaturowych, mikroskopijnych czarnych dziur!
Gdybyśmy to zrobili, dokonalibyśmy niesamowitego technologicznego i naukowego wyczynu, który na zawsze zmieniłby sposób, w jaki myślimy o wszechświecie. Ale kiedy mówisz „czarna dziura”, ludzie natychmiast (i nie na próżno) wyobrażają sobie katastrofalny obraz czegoś, co zasysa jakąkolwiek materię, pożera protony, neutrony, elektrony naszego świata i niszcząc wszystko i wszystkich.
Ale jest to niemożliwe z trzech powodów. Zrozummy to.
1. Jeśli te miniaturowe czarne dziury istnieją, to uderzają w Ziemię przez miliardy lat, a Ziemia wciąż się obraca
Oczywiście nigdy wcześniej nie tworzyliśmy cząstek o tej energii w warunkach laboratoryjnych. Ale na najwyższych poziomach energii - energiach ponad sto milionów razy (100 000 000) wyższych niż te, z którymi pracujemy w LHC - cząstki nieustannie zderzają się z Ziemią: są to promienie kosmiczne, które bombardują nas ze wszystkich kosmicznych kierunków.
Te czarne dziury, gdyby istniały, bombardowałyby Ziemię (i wszystkie planety) w całej historii naszego Układu Słonecznego, a także Słońce i nic nie wskazuje na to, że jakiekolwiek ciało w Układzie Słonecznym stało się czarne dziura lub została przez nią zjedzona.
I tutaj można argumentować, mówią, te obiekty poruszają się zbyt szybko i dlatego po prostu przelatują przez Ziemię, zjadając zbyt mało materii, aby pozostać w środku i wylecieć w przestrzeń międzygalaktyczną. W takim przypadku drugi powód powinien cię uspokoić.
2. Jeśli stworzysz miniaturową czarną dziurę, rozpadnie się ona pod wpływem promieniowania Hawkinga i to bardzo, bardzo szybko
Jeśli istnieją dodatkowe wymiary, można założyć, że mogą one być pewnego typu, umożliwiając (ponownie, rzadko, ale trafnie) tworzenie się mikroskopijnych czarnych dziur. Taka czarna dziura będzie miała w najlepszym przypadku masę równoważną energii zderzenia proton-proton, do 13-14 TeV. Zgodnie ze wzorem E = mc2, odpowiada to masie 5 x 10-20 gramów, a najprawdopodobniej nawet mniej.
Ale nawet jeśli masz dodatkowe wymiary odpowiedniej skali, a także właściwy typ i zrobisz tę czarną dziurę, problem pozostaje: będzie niestabilny. Dzięki prawom mechaniki kwantowej ta czarna dziura ulegnie rozpadowi w procesie promieniowania Hawkinga. Dla czarnej dziury o masie 5 x 10-20 gramów czas rozpadu w trzech wymiarach wyniesie około 10-83 sekundy, trudno nawet nazwać to istnieniem. Aby fizyka miała sens, potrzeba co najmniej 10-43 sekund lub dłużej. W przeliczeniu na masę czarnej dziury musi ważyć co najmniej 0,00002 grama, aby mieć szansę zaistnienia.
Jednak w czterech wymiarach, zwłaszcza jeśli jeden „dodatkowy” jest duży, czas zaniku wyniesie 10–23 sekundy. Ale aby udaremnić oczekiwany rozpad tej miniaturowej czarnej dziury, musisz odrzucić dobrze znane prawa fizyki. A te prawa są tak dobrze ugruntowane, że nie ma najmniejszej szansy na ich obalenie - to tak, jakbyś się budził rano i widział wschodzące słońce na zachodzie.
Ale powiedzmy, że istnieją nowe prawa fizyki, których jeszcze nie znamy, a te czarne dziury nagle stają się stabilne. Robisz czarną dziurę - malutką - w środku ziemi, która się nie rozpada. Czy połknie Ziemię? A jeśli tak, to jak szybko? To prowadzi nas do trzeciego i ostatniego warunku i nie zapominajmy: już dwukrotnie odrzuciliśmy znane prawa fizyki, aby umożliwić ten nonsens.
3. Możesz obliczyć, jak szybko czarna dziura pochłania materię, i nawet nie zbliżysz się do długości życia naszej planety
Jesteśmy przyzwyczajeni do myślenia, że czarne dziury „zasysają” materię, ale tak naprawdę mogą oddziaływać z nią jedynie grawitacyjnie. Przy masie 5 x 10-20 gramów ta siła grawitacji będzie niezwykle mała: jedyne, co może zrobić, to przejść przez środek Ziemi w kółko, czekając na zderzenie z cząstką elementarną. Ponieważ przekrój poprzeczny naszej czarnej dziury jest bardzo mały, a przekrój poprzeczny protonu (lub neutronu) jest bardzo duży, można założyć - aby uratować argument - że za każdym razem, gdy czarna dziura się zderzy, zaabsorbuje proton lub neutron.
Zakładając, że pochłania każdy proton, neutron lub elektron, z którymi się styka - i biorąc pod uwagę jego grawitację, aby dowiedzieć się, co przyciąga - będzie absorbować około 66 000 protonów i neutronów na sekundę. Oczywiście 66 000 protonów i neutronów to małe rzeczy pod względem masy: 1,1 x 10-25 gramów. Tempo wzrostu będzie stałe, aż czarna dziura stanie się całkiem duża; tylko przy masie miliarda ton czarna dziura będzie rosła szybciej wraz ze wzrostem jej przekroju. Przechwytywanie 66 000 nukleonów na sekundę, jak myślisz, ile czasu zajmie czarna dziura, aby przybrać kilogram? Trzy biliony lat. W tym czasie zgaśnie Słońce - nawet Wszechświat tak bardzo nie istnieje.
Więc nawet jeśli zrobisz czarną dziurę i nawet jeśli prawa fizyki są błędne, a czarna dziura będzie żyła wiecznie, będzie nieszkodliwa. Bez względu na to, ile praw fizyki odrzucimy, poprawimy lub zmienimy, na Ziemi nadal będzie dobrze.
Więc nie bój się. Staramy się poznawać świat w całkowicie bezpieczny sposób. Wszelkie obawy można rozwiać - wystarczy zwrócić się do naukowców i zapytać. Oni też nie są szaleni.
ILYA KHEL
