每次我們推動(dòng)知識(shí)前沿的發(fā)展，都伴隨著風(fēng)險(xiǎn)，也伴隨著回報(bào)的前景。這其中的風(fēng)險(xiǎn)來(lái)自很多方面：找不到任何新的東西，實(shí)驗(yàn)無(wú)法按設(shè)計(jì)運(yùn)行，甚至如果出了差錯(cuò)，可能造成破壞和毀滅。但是回報(bào)是巨大的，包括新知識(shí)的開(kāi)發(fā)，新技術(shù)的發(fā)展，以及整個(gè)人類科學(xué)事業(yè)的進(jìn)步。
圖源：歐洲核子研究中心的大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)(LHC) 歐洲核子研究中心(CERN)的大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)(LHC)就是最能體現(xiàn)這一切的地方之一。在那里，我們已經(jīng)開(kāi)始以粒子加速器所能達(dá)到的最高能量對(duì)撞質(zhì)子。幾年前，我們打破了費(fèi)米實(shí)驗(yàn)室設(shè)定的2太電子伏特(太伏特，即10^12電子伏特)的記錄，將每個(gè)粒子加速到3.5太伏特，并使它們相互碰撞，從而獲得7太伏特的總能量。這一發(fā)現(xiàn)不僅使我們能夠創(chuàng)造出大量難以捉摸的基本粒子(如頂夸克，以及w和z玻色子)，而且使我們能夠發(fā)現(xiàn)一種全新的基本粒子和標(biāo)準(zhǔn)模型中最后一種未被發(fā)現(xiàn)的粒子:希格斯玻色子。
圖片來(lái)源：費(fèi)米國(guó)家加速器實(shí)驗(yàn)室?，F(xiàn)在對(duì)大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)的升級(jí)使我們能夠達(dá)到總能量的13-14太電子伏特（取決于你問(wèn)誰(shuí)）。如果我們足夠幸運(yùn)，這巨大能量下的大量碰撞再加上我們所擁有的高精密探測(cè)器，也許能讓我們?cè)谶@個(gè)實(shí)驗(yàn)室里創(chuàng)造和發(fā)現(xiàn)從未見(jiàn)過(guò)的粒子。當(dāng)然，這并沒(méi)有阻止一些人提出難以置信（而且完全不可信）的指控，例如：
前兩個(gè)只是糟糕的科學(xué)報(bào)道，而第三個(gè)則是一種常見(jiàn)的恐懼，它一次又一次地抬起它丑陋的頭，沒(méi)有任何現(xiàn)實(shí)依據(jù)卻引發(fā)恐慌。那么，我們?cè)趺粗浪清e(cuò)的呢？讓我們找出答案吧。
圖片來(lái)源：今日費(fèi)米實(shí)驗(yàn)室有許多理論可以預(yù)測(cè)額外維度的存在。不僅是我們所知道的存在于四維時(shí)空中的三維和一維時(shí)間維度，而且至少還有一個(gè)額外的空間維度存在于我們的宇宙中。雖然我們不能以我們所探測(cè)的能量來(lái)獲得這些維度，但可以想象，在比我們所探測(cè)的更小的尺度上——對(duì)應(yīng)于更高的能量——這些額外的維度是存在的。如果這些額外的維度存在，一種理論上的可能性是：可能會(huì)產(chǎn)生微小的、微型的、微觀的黑洞！
圖片來(lái)源：美國(guó)國(guó)家宇航局/加州理工學(xué)院噴氣實(shí)驗(yàn)室如果我們能做到這一點(diǎn)，這將是一項(xiàng)令人難以置信的科技成就，一項(xiàng)將永遠(yuǎn)改變我們對(duì)宇宙認(rèn)識(shí)的驚人證據(jù)。當(dāng)然，無(wú)論如何，你一提到“黑洞”，人們馬上就會(huì)想象出這樣一幅災(zāi)難性的畫面:某樣?xùn)|西吸入了各種各樣的物質(zhì)，逐漸吞噬了構(gòu)成我們這個(gè)世界的質(zhì)子、中子和電子，最終摧毀了整個(gè)世界。
藝術(shù)家對(duì)超大質(zhì)量黑洞噴流的想象事實(shí)上，我們知道這是不可能的，其原因有三個(gè)，讓我們逐一解釋。
圖片來(lái)源:皮埃爾·俄歇天文臺(tái)1）如果這些微型黑洞存在的話，地球已經(jīng)被它們撞擊了數(shù)十億年，并且它仍然在這里。當(dāng)然，我們以前從未在實(shí)驗(yàn)室里制造過(guò)這種能量的粒子。但在能量的最高點(diǎn)，能量比我們?cè)诖笮蛷?qiáng)子對(duì)撞機(jī)上創(chuàng)造的能量大一億倍（100000000），粒子不斷地撞擊地球：宇宙射線從空間的各個(gè)方向轟擊我們。
圖解 :宇宙射線通量(單位面積粒子數(shù))與能量(以電子伏特計(jì)，最高能量相當(dāng)于1焦耳;或是10^12電子伏特，相當(dāng)于LHC碰撞產(chǎn)生的能量)。圖片來(lái)源: 波義耳, P.J. 數(shù)學(xué)文獻(xiàn)庫(kù):0810.2967，改編自克羅寧等人。在我們太陽(yáng)系以及在太陽(yáng)的全部歷史中，如果這些黑洞存在的話，它們都會(huì)轟擊地球(和所有的行星)，而且絕對(duì)沒(méi)有證據(jù)表明我們太陽(yáng)系的任何物體曾經(jīng)變成黑洞或被黑洞吞噬。但也許，你會(huì)持有反對(duì)的態(tài)度：這些物體移動(dòng)得太快了，所以它們只是穿過(guò)地球，吃的東西太少，不能留在里面，然后穿過(guò)星系空間，離太陽(yáng)遠(yuǎn)去。好吧，如果這是你的反對(duì)意見(jiàn)，也許第二個(gè)原因會(huì)解決你的問(wèn)題——為什么這是不可能的。
2）如果你真的創(chuàng)造了一個(gè)微型黑洞，它們就會(huì)通過(guò)霍金輻射在極小的時(shí)間尺度上衰變。如果有額外的維度，可以想象它們可能是一種特定的類型，允許(同樣非常罕見(jiàn)，但似乎合理的)微觀黑洞的形成。這個(gè)黑洞的質(zhì)量最多等于質(zhì)子-質(zhì)子碰撞的能量，或達(dá)到13- 14 太伏特。通過(guò)E=mc^2，它對(duì)應(yīng)的質(zhì)量是5×10^(-20)克，很可能更小。但是，即使你有合適的尺度和類型的額外維度，并且制造了這個(gè)黑洞，你仍然有一個(gè)問(wèn)題：它是不穩(wěn)定的。由于量子力學(xué)定律，這個(gè)黑洞將通過(guò)一個(gè)叫做霍金輻射的過(guò)程衰變。對(duì)于一個(gè)質(zhì)量為5×10^（-20）克的黑洞，三維中的衰變時(shí)間大約為10^-83秒，這甚至不足以存在！為了使物理學(xué)有意義，我們需要10^-43秒或更長(zhǎng)的時(shí)間。換算成黑洞質(zhì)量，我們需要它至少是0.00002克才有可能存在。
從大爆炸開(kāi)始的宇宙歷史然而，在四維空間中，尤其是當(dāng)“額外”空間很大時(shí)，衰減時(shí)間會(huì)一直持續(xù)到10^-23秒。哦,這真有趣。為了克服這個(gè)微型黑洞的預(yù)期衰變，我們必須拋棄已知的物理定律。可這些定律是如此的完善可靠，以至于很難想象它們會(huì)是錯(cuò)誤的——就像明天醒來(lái)看到太陽(yáng)從西邊升起一樣。但是，為了方便討論，我們假設(shè)有一些我們還沒(méi)有想到的新的物理定律可以使這些黑洞穩(wěn)定。所以我們制造一個(gè)黑洞——一個(gè)很小的黑洞——相對(duì)于地球中心處于靜止?fàn)顟B(tài)，并且它不會(huì)衰變。它能吞噬掉地球嗎？如果可以，吞掉地球會(huì)有多快呢？這就引出了我們的第三個(gè)也是最后一個(gè)反對(duì)的理由，請(qǐng)記?。簽榱诉_(dá)到這一點(diǎn)，我們已經(jīng)兩次拋棄掉已知的物理定律了。
圖片來(lái)源:美國(guó)國(guó)家宇航局，S. Gezari(約翰霍普金斯大學(xué))，J. Guillochon(加州大學(xué)圣克魯茲分校)。3）你可以計(jì)算出黑洞吞噬物質(zhì)的速度，它甚至遠(yuǎn)不及我們星球的壽命那么短
快速旋轉(zhuǎn)的黑洞正在吐出大量的等離子體 圖源：universetoday 我們認(rèn)為黑洞在“吸積”一切物質(zhì)，但事實(shí)是，它們只能通過(guò)引力與物質(zhì)相互作用。在質(zhì)量約為5×10 ^（-20）克的情況下，它所施加的引力是極其微弱的：它所能做的就是進(jìn)入地球的中心并再次向外傳遞，希望在這樣做時(shí)與一個(gè)基本粒子發(fā)生碰撞。雖然黑洞的橫截面很小，但質(zhì)子（或中子）的橫截面相當(dāng)大，因此，為了便于論證——我們可以假設(shè)——每當(dāng)黑洞撞擊質(zhì)子或中子時(shí)，它都會(huì)吸收質(zhì)子或中子。
圖片來(lái)源：歐洲核子研究組織/超導(dǎo)環(huán)場(chǎng)探測(cè)器假設(shè)它將吃掉它接觸到的每一個(gè)質(zhì)子、中子或電子——同時(shí)考慮到它的重力，看看它會(huì)吸引什么——它每秒鐘會(huì)吃掉大約66,000個(gè)質(zhì)子和中子。當(dāng)然，66000個(gè)質(zhì)子和中子的質(zhì)量是很小的:1.1 x 10^-25克。這種增長(zhǎng)速度將保持不變，直到黑洞變得相當(dāng)大;只有在大約10億噸的時(shí)候，黑洞才會(huì)開(kāi)始比這個(gè)速度增長(zhǎng)得快，因?yàn)樗臋M截面需要那么長(zhǎng)的時(shí)間才能增加。每秒捕獲66000個(gè)核子，需要多長(zhǎng)時(shí)間才能讓黑洞達(dá)到1千克?三萬(wàn)億年，比太陽(yáng)的壽命還長(zhǎng)，甚至比宇宙的年齡還長(zhǎng)。
圖片來(lái)源：美國(guó)國(guó)家宇航局/“威爾金森微波各向異性探測(cè)器”科研團(tuán)隊(duì)所以即使你制造了一個(gè)黑洞，即使我們知道的物理定律是錯(cuò)誤的，而且它永遠(yuǎn)存在，它仍然是無(wú)害的。不管你提出、修改或調(diào)整了多少物理定律，地球還是會(huì)好起來(lái)的。
圖片來(lái)源：美國(guó)宇航局/阿波羅17號(hào)所以振作起來(lái)吧!我們都準(zhǔn)備好去探索物理學(xué)的前沿，去增加我們對(duì)宇宙的知識(shí)和理解，并以一種完全安全的方式去做。對(duì)我們的星球被黑洞吞噬的任何恐懼都是完全不合理的，現(xiàn)在有了關(guān)于原因的科學(xué)知識(shí)，你可以安心了。至少?gòu)奈锢韺W(xué)上來(lái)說(shuō)，世界是安全的。參考資料1.Wikipedia百科全書2.天文學(xué)名詞FY: 秦正冰作者: Ethan Siegel如有相關(guān)內(nèi)容侵權(quán)，請(qǐng)于三十日以內(nèi)聯(lián)系作者刪除轉(zhuǎn)載還請(qǐng)取得授權(quán)，并注意保持完整性和注明出處
選文：天文志愿文章組-
翻譯：天文志愿文章組-秦正冰
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參考資料（備份）
1.WJ百科全書
2.天文學(xué)名詞
3.原文來(lái)自：https://www.forbes.com/sites/startswithabang/2016/03/11/could-the-lhc-make-an-earth-killing-black-hole/#22b1ac282ed5
本文由天文志愿文章組-秦正冰翻譯自Ethan Siegel的作品，如有相關(guān)內(nèi)容侵權(quán)，請(qǐng)于三十日以內(nèi)聯(lián)系運(yùn)營(yíng)者刪除。
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