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能吞噬一切的黑洞可以人造了?歐洲超級對撞機或已造出微型黑洞!

2024-02-08科學

黑洞是宇宙中最神秘的天體,能夠吞噬任何物質,但人類無法探測到黑洞的內部資訊,黑洞就像宇宙中的幽靈,使人心生恐懼。黑洞的存在是由愛因斯坦的廣義相對論所預言的,它是時空的極端扭曲,其邊界被稱為視界,一旦任何物質或光線跨過視界,就再也無法逃脫黑洞的強大重力。黑洞的內部結構是一個奇異點,即一個無限小、無限密、無限熱的點,所有被黑洞吞噬的物質都會被壓縮到這個點上,但這個點的性質卻是一個謎。黑洞是如此的神秘和可怕,讓人們不禁想象,如果黑洞出現在地球附近,會對我們的生存造成什麽樣的影響?

黑洞是一種奇特的天體,它的質素非常大,但是卻集中在一個極小的點上,因此它的重力非常強,甚至連光都無法逃脫。黑洞的形成通常需要極端的條件,比如超大質素恒星的坍塌或者兩個中子星的合並。我們的太陽就不可能變成黑洞,因為它的質素太小,它的終極命運是變成一顆冷冷的白矮星。據我們所知,離我們最近的黑洞也有 3000 光年遠,所以我們不用擔心它會對我們造成什麽影響。

假設有一天,一個黑洞來到了地球附近,黑洞的重力會改變地球的執行軌域,使得地球的氣候發生劇烈的變化,引發各種自然災害。黑洞引發的潮汐力會拉伸地球的物質,使得地球變形,最終被黑洞撕成一條物質流,被黑洞吞噬。黑洞的輻射會剝離地球的大氣層,使得地球失去保護屏障,受到宇宙射線的侵害。總之,如果一個黑洞來到地球,那麽地球上的生命將無一幸免。

物理學家認為,黑洞的形成並不一定需要巨大的壓力,只要有足夠的能量,就有可能產生黑洞。

這是因為能量和質素是可以互相轉化的,根據愛因斯坦的質能方程式, E=mc^2 ,一定的能量就相當於一定的質素,反之亦然。因此,如果我們能夠把一定的能量集中在一個微小的空間內,就有可能形成一個微型的黑洞。這種黑洞的質素和重力都很小,不會像天然黑洞那樣危害周圍的環境。

目前的高能物理學最前沿,人類已經掌握了把大量物質堆積於時空一點的方法,換言之就是說,人類文明現在已經具備了生成黑洞的可能,而且有機會生成黑洞的對撞機,此刻還在運轉過程中。

這個對撞機就是位於歐洲地下的大型強子對撞機( LHC ),它是世界上最大、能量最高的粒子加速器,也是人類為了尋找新的物理規律而建造的最復雜的科學儀器之一。 LHC 的目的是透過高速碰撞質子或重離子,來模擬宇宙大爆炸後的極端環境,以期發現新的粒子和現象,揭示物質的本質和宇宙的起源。 LHC 的建造和執行涉及了全球 80 多個國家和地區的近萬名科學家和工程師,是人類歷史上最大規模的國際科學合作專案之一。

在日內瓦西部與法國接壤的邊境,矗立著一個棕色的大圓球,它是歐洲核子研究中心( CERN )的主樓,是目前世界上最大的粒子物理學實驗室,坐落著六個大型粒子加速器,其中最大的一個就是 LHC LHC 位於地下一百多米深,是一個全長 26.59 公裏的環形隧道,在高度真空的環形管道中,被加速的質子或重離子能以接近光速的速度飛行,然後在四個特定的位置迎頭相撞,產生極高的能量和溫度。在這些碰撞點上,分別建造了四個巨型的探測器,分別是 ATLAS CMS ALICE LHCb ,它們的功能是記錄和分析碰撞產生的粒子和訊號,從中尋找新的物理現象。

LHC 的建造和執行是一項極其復雜和精密的工程,需要大量的技術和資源的支持,也需要面對各種各樣的挑戰和困難。

為了讓質子能夠達到足夠的速度,粒子對撞機必須保持極低的氣壓,幾乎接近於真空。這樣,質子就不會受到空氣分子的阻力,它們可以在圓環內加速到接近光速的程度。這時,質子的質素會變得非常大,根據愛因斯坦的公式,質素和能量是等價的,所以質子的能量也會變得非常大。

當兩個高能的質子相撞時,它們會產生一些新的粒子,這些粒子可能是我們從未見過的,它們可能會揭示物質的最基本的結構和性質。有時,這些粒子的質素會比質子還要大得多,甚至會形成一些微小的黑洞。黑洞是一種重力極強的物體,它可以吞噬周圍的一切物質,甚至連光也無法逃脫。但是,這些由粒子對撞機產生的黑洞並不危險,因為它們太小了,它們的半徑只有一個原子核的千萬分之一,它們的重力只能影響到它們附近的幾個粒子。而且,這些黑洞也不會持續存在,它們會不斷地向外發射能量,這種現象叫做霍金輻射,它會導致黑洞的質素和半徑不斷減小,最終消失。這些黑洞的生命只有十億分之一秒,它們在消失之前,只能吞噬幾個質子或中子。

2010 11 月,來自全球一百多個科研機構的上千個科學家,用粒子對撞機制造了一場 迷你版 的宇宙大爆炸,兩束亞原子粒子在經過磁體的加速後,在 26.59 公裏的隧道以接近光速的速度狂奔,最後撞擊在了一起,撞擊的瞬間造成了近 10 萬億攝氏度的高溫,是太陽核心溫度的一百萬倍,而這樣的溫度上一次出現是在宇宙大爆炸後的百萬分之一秒內,這次的成果是一團像液體的誇克 - 膠子等離子體,推翻了宇宙最初為氣態的說法。這種等離子體被認為是宇宙中最早的物質形式,它是由誇克和膠子組成的一種極端狀態

誇克是構成質子和中子的更小的粒子,而膠子是傳遞強相互作用的粒子,它們之間的力量是如此的強大,以至於在正常的情況下,誇克和膠子永遠不會分離,只有在極高的溫度和壓力下,它們才能自由流動,形成等離子體。透過研究這種等離子體,科學家們希望能夠了解宇宙的早期狀態,以及誇克和膠子之間的相互作用。

是的,你沒聽錯,粒子對撞機確實能造出黑洞,它能夠讓兩束高速運動的粒子相互碰撞,從而產生極高的溫度和能量,模擬宇宙大爆炸的情景。但這些黑洞並不會對地球和人類造成威脅,因為它們太小了,小到幾乎無法察覺。

黑洞的大小和質素是成正比的,也就是說,越小的黑洞,質素越小。而黑洞的質素又決定了它的蒸發速度,也就是它向外輻射能量的速度。根據霍金的理論,越小的黑洞,蒸發的越快,反之亦然。而粒子對撞機產生的黑洞,由於是由極其微小的粒子碰撞而成,所以它們的質素和大小都非常小,小到在產生的瞬間就會被自身的輻射消滅掉。即使有些黑洞沒有立刻蒸發,它們也不會對地球造成什麽影響,因為它們的吞噬速度非常慢,要想吞掉一個質子,都需要四天的時間,而要想吞掉一克物質,可能就要等到宇宙的末日了。

超級對撞機到底能為人類 出什麽東西呢?總的來說,整個機器不僅規模很大,內部構造還相當的復雜,而且執行也並不是一帆風順的,在試運作的 9 天之後,其負責冷卻超導磁鐵的液態氫,就發生了泄漏的情況,導致了一場爆炸,損壞了部份器材,使得對撞機停止執行了一年多的時間。在這期間,科學家們不斷地修復和改進對撞機的效能,以期達到更高的能量和亮度,從而提高碰撞的效率和質素。

2015 年,對撞機重新啟動,能量達到了每束 6.5 TeV ,總能量達到了 13 TeV ,是之前的兩倍多,也是目前人類能夠達到的最高能量。在這樣的能量下,對撞機能夠產生一些極其稀有和重要的粒子和現象,其中最令人期待的就是希格斯玻色子。

超級對撞機的本質就是讓質子以超快的速度相撞,然後供人類探索微觀世界,因為科學家早就發現,原子還能夠繼續拆分,並且拆分出來的質子、中子等內部依舊有復雜的結構,超級對撞機能夠幫人們更加深入地探索微觀世界,也將擊破高能物理的發展瓶頸,更重要的是,超級對撞機真的幫咱們找到了傳說中的 上帝粒子 。希格斯玻色子是一種特殊的粒子,它與一個無處不在的場相聯系,被稱為希格斯場。希格斯場會向所有的東西賦予質素,就像是傳說中的上帝之手,自從上世紀這種上帝粒子的理論被提出,物理學家們就一直在尋找它的存在證據,而超級對撞機正是為了驗證這一理論而建造的。

2012 7 4 日,歐洲核子研究中心宣布,他們在超級對撞機中發現了一種新的粒子,很可能就是希格斯玻色子,這是人類歷史上第一次觀測到這種粒子,也是人類對微觀世界的一次重大突破。希格斯玻色子的發現,不僅驗證了標準模型的完整性,也為理解宇宙的起源和演化提供了新的線索。希格斯玻色子的性質和行為,還有待進一步的研究和探索,它可能會帶領我們進入一個全新的物理領域。