Aina kun siirrämme tiedon rajoja, on olemassa riskejä ja mahdollisuus palkkioihin. On olemassa monia riskejä: ei löydy mitään uutta, suoritetaan epäonnistunut tai toimimaton koe, tuhotaan, jos asiat menevät pieleen. Mutta hyödyt voivat olla valtavat: uutta tietoa, uusia tekniikoita ja läpimurtoja koko ihmiskunnan tieteelle.
Yksi paikka, joka kuvaa tätä kaikkea, on CERNin suuri hadronitörmäyslaite (LHC), jossa aloimme törmätä protoneihin korkeimmilla energioilla, jotka hiukkaskiihdyttimessä on koskaan saavutettu. Pari vuotta sitten rikkoimme vanhan ennätyksen - 2 TeV (teraelektronivoltti tai 1012 eV), jonka Fermi-laboratorio oli asettanut - kiihdyttämällä hiukkaset 3,5 TeV: iin ja törmäämällä ne yhteen saavuttaen 7 TeV: n kokonaisenergian. Tämä löytö ei vain auttanut meitä paitsi luomaan valtavan määrän vaikeasti ymmärrettäviä perushiukkasia (ylä kvarkki, W- ja Z-bosonit), mutta myös löytämään aivan uuden perushiukkasen, viimeisen standardimallin tuntemattoman hiukkasen: Higgsin bosonin.
Päivitetyn LHC: n avulla voimme saada noin 13-14 TeV kokonaisenergiaa. Jos olemme onnekkaita, vaikuttava määrä törmäyksiä näissä energioissa yhdistettynä uskomattomiin ilmaisimiin antaa meille mahdollisuuden luoda ja löytää ennennäkemättömiä hiukkasia tässä laboratoriossa. Ja tietysti tämä avaa kaiken mahdollisuuden uskomattomille (ja täysin hankalille) lausunnoille, kuten:
"Suuren hadronitörmäilijän tutkijat toivovat voivansa olla pian yhteydessä rinnakkaiseen universumiin."
"Suuri Hadron Collider haastaa Big Bang Theoryn."
"Pelit maailmankaikkeuden kanssa voivat tuhota meidät: LHC: ssä syntyneet mustat aukot nielevät meidät."
Mainosvideo:
Ja jos kaksi ensimmäistä ovat täysin hölynpölyä, harhaanjohtavaa tieteellistä tietoa, kolmas lausunto kylvää pelkoa väestön keskuudessa nostaen ruma päänsä aina, kun LHC alkaa toimia.
Mistä tämän hölynpölyn jalat kasvavat? Otetaan selvää.
On olemassa useita teorioita, jotka ennustavat ylimääräisten ulottuvuuksien olemassaolon. Ei vain kolme paikkatietoa ja yksi ajallinen, jotka, kuten tiedämme, ovat luontaisia nelidimensionaaliselle avaruusajalle, mutta myös ainakin yksi avaruusulottuvuus maailmankaikkeumassamme. Ja vaikka emme voi käyttää näitä ulottuvuuksia käytettävissä olevilla energioilla, uskotaan, että asteikoilla, jotka ovat pienempiä kuin ne, joiden kanssa olemme tekemisissä - ja vastaavat korkeampia energioita - nämä lisäulottuvuudet ovat olemassa.
Ja jos näitä ylimääräisiä ulottuvuuksia on olemassa, on myös teoreettinen mahdollisuus, että pieniä, pieniä, mikroskooppisia mustia aukkoja voisi syntyä!
Jos olisimme tehneet tämän, olisimme saavuttaneet uskomattoman teknisen ja tieteellisen saavutuksen, joka muuttaisi ikuisesti ajatusta maailmankaikkeudesta. Mutta kun sanot "musta aukko", ihmiset heti (eikä turhaan) kuvittelevat katastrofaalisen kuvan jostakin, joka imee kaikenlaista ainetta, kuluttaa maailman protoneja, neutroneja, elektroneja ja tuhoaa kaiken ja kaikki.
Mutta tämä on mahdotonta kolmesta syystä. Selvitetään se.
1. Jos näitä pieniä mustia aukkoja on, ne törmäävät maapalloon miljardeja vuosia, ja maa pyörii edelleen
Emme tietenkään ole koskaan aiemmin luoneet hiukkasia tällä energialla laboratorioympäristössä. Mutta korkeimmilla energiatasoilla - yli sata miljoonaa kertaa (100 000 000) enemmän energiaa kuin ne, joiden kanssa työskentelemme LHC: llä - hiukkaset törmäävät jatkuvasti Maan kanssa: nämä ovat kosmisia säteitä, jotka pommittavat meitä kaikista kosmisista suunnista.
Jos näitä mustia aukkoja olisi, pommittaisivat maata (ja kaikkia planeettoja) koko aurinkokuntamme historian ajan, samoin kuin aurinkoa, eikä mikään viittaa siihen, että aurinkokunnan jokin ruumis olisi muuttunut mustaksi reikä tai se syönyt sen.
Ja täällä voit väittää, että nämä esineet liikkuvat liian nopeasti ja siksi yksinkertaisesti lentävät maapallon läpi, syövät liian vähän ainetta pysyäkseen sisällä ja lentävät ulos galaksien väliseen avaruuteen. Tässä tapauksessa toisen syyn pitäisi rauhoittaa sinua.
2. Jos luot pienen mustan aukon, se hajoaa Hawking-säteilyn vuoksi ja hyvin, hyvin nopeasti
Jos on olemassa muita ulottuvuuksia, voidaan olettaa, että ne voivat olla tietyntyyppisiä, jolloin mikroskooppiset mustat aukot voivat muodostua (jälleen harvoin, mutta osuvasti). Tällaisella mustalla aukolla on parhaimmillaan massa, joka vastaa protoni-protoni-törmäyksen energiaa, jopa 13–14 TeV. Kaavan E = mc2 mukaan tämä vastaa 5 x 10-20 gramman massaa, ja todennäköisesti vielä vähemmän.
Mutta vaikka sinulla on oikean mittakaavan ja tyypin ylimääräiset mitat ja teet tämän mustan aukon, ongelma on edelleen: se on epävakaa. Kvanttimekaniikan lakien ansiosta tämä musta aukko hajoaa Hawking-säteilyn prosessissa. Mustalle aukolle, jonka massa on 5 x 10-20 grammaa, hajoamisaika kolmessa ulottuvuudessa on noin 10-83 sekuntia, sitä on vaikea edes kutsua olemassaoloksi. Fysiikan järkevyys kestää vähintään 10-43 sekuntia tai kauemmin. Mustan aukon massaan käännettynä sen on oltava vähintään 0,00002 grammaa, jotta sillä olisi mahdollisuus olemassaoloon.
Neljässä ulottuvuudessa, varsinkin jos yksi "ylimääräinen" on suuri, hajoamisaika on 10-23 sekuntia. Mutta tämän pienikokoisen mustan aukon odotetun hajoamisen estämiseksi sinun on heitettävä pois tunnetut fysiikan lait. Ja nämä lait ovat niin vakiintuneita, että niiden kumoamiseen ei ole pienintäkään todennäköisyyttä - se on kuin herätä aamulla ja nähdä auringon nousevan lännessä.
Mutta sanotaan, että on olemassa uusia fysiikan lakeja, joita emme vielä tiedä, ja näistä mustista aukoista tulee yhtäkkiä vakaa. Teet mustan aukon - pienen - maan keskelle, eikä se hajoa. Nielaako se maapallon? Ja jos on, kuinka nopeasti? Tämä vie meidät kolmanteen ja viimeiseen tilaan, ja älä unohda: olemme jo kahdesti hylänneet tunnetut fysiikan lait, jotta tämä hölynpöly olisi mahdollista.
3. Voit laskea, kuinka nopeasti musta aukko absorboi ainetta, etkä edes pääse lähelle planeettamme elinikää
Olemme tottuneet ajattelemaan, että mustat aukot "imevät" ainetta, mutta todellisuudessa ne voivat olla vuorovaikutuksessa sen kanssa vain painovoimaisesti. 5 x 10-20 gramman massalla tämä painovoima on erittäin pieni: kaikki mitä se voi tehdä, on kulkea maapallon keskustan läpi yhä uudelleen odottaen törmäystä alkeishiukkasen kanssa. Koska mustan aukon poikkileikkaus on hyvin pieni ja protonin (tai neutronin) poikkileikkaus on hyvin suuri, väitteen säästämiseksi voidaan olettaa, että joka kerta, kun musta aukko törmää, se absorboi protonin tai neutronin.
Olettaen, että se absorboi jokaisen protonin, neutronin tai elektronin, jonka kanssa se joutuu kosketuksiin - ja ottamalla huomioon sen painovoima selvittääkseen, mitä se houkuttelee - se absorboi noin 66 000 protonia ja neutronia sekunnissa. Tietysti 66 000 protonia ja neutronia ovat pieniä asioita massan suhteen: 1,1 x 10-25 grammaa. Tämä kasvuvauhti on vakio, kunnes musta aukko on melko suuri; vain miljardin tonnin massaan musta aukko kasvaa nopeammin, kun sen poikkileikkaus kasvaa. Sieppaa 66 000 nukleonia sekunnissa, kuinka kauan luulet, että mustan aukon saavuttaminen kilogramman saavuttamiseksi? Kolme biljoonaa vuotta. Tänä aikana aurinko sammuu - edes maailmankaikkeutta ei ole olemassa niin paljon.
Joten vaikka tekisitkin mustan aukon ja vaikka fysiikan lait olisivat väärät ja musta aukko elää ikuisesti, se on vaaraton. Riippumatta siitä, kuinka monta fysiikan lakia hylkäämme, tarkistamme tai muutamme, maapallo on silti kunnossa.
Joten älä pelkää. Yritämme tutkia maailmaa täysin turvallisella tavalla. Kaikki huolet voidaan hälventää - käänny vain tutkijoiden puoleen ja kysy. He eivät myöskään ole hulluja.
ILYA KHEL