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能吞噬一切的黑洞可以人造了?欧洲超级对撞机或已造出微型黑洞!

2024-02-08科学

黑洞是宇宙中最神秘的天体,能够吞噬任何物质,但人类无法探测到黑洞的内部信息,黑洞就像宇宙中的幽灵,使人心生恐惧。黑洞的存在是由爱因斯坦的广义相对论所预言的,它是时空的极端扭曲,其边界被称为视界,一旦任何物质或光线跨过视界,就再也无法逃脱黑洞的强大引力。黑洞的内部结构是一个奇点,即一个无限小、无限密、无限热的点,所有被黑洞吞噬的物质都会被压缩到这个点上,但这个点的性质却是一个谜。黑洞是如此的神秘和可怕,让人们不禁想象,如果黑洞出现在地球附近,会对我们的生存造成什么样的影响?

黑洞是一种奇特的天体,它的质量非常大,但是却集中在一个极小的点上,因此它的引力非常强,甚至连光都无法逃脱。黑洞的形成通常需要极端的条件,比如超大质量恒星的坍塌或者两个中子星的合并。我们的太阳就不可能变成黑洞,因为它的质量太小,它的终极命运是变成一颗冷冷的白矮星。据我们所知,离我们最近的黑洞也有 3000 光年远,所以我们不用担心它会对我们造成什么影响。

假设有一天,一个黑洞来到了地球附近,黑洞的引力会改变地球的运行轨道,使得地球的气候发生剧烈的变化,引发各种自然灾害。黑洞引发的潮汐力会拉伸地球的物质,使得地球变形,最终被黑洞撕成一条物质流,被黑洞吞噬。黑洞的辐射会剥离地球的大气层,使得地球失去保护屏障,受到宇宙射线的侵害。总之,如果一个黑洞来到地球,那么地球上的生命将无一幸免。

物理学家认为,黑洞的形成并不一定需要巨大的压力,只要有足够的能量,就有可能产生黑洞。

这是因为能量和质量是可以互相转化的,根据爱因斯坦的质能方程, E=mc^2 ,一定的能量就相当于一定的质量,反之亦然。因此,如果我们能够把一定的能量集中在一个微小的空间内,就有可能形成一个微型的黑洞。这种黑洞的质量和引力都很小,不会像天然黑洞那样危害周围的环境。

目前的高能物理学最前沿,人类已经掌握了把大量物质堆积于时空一点的方法,换言之就是说,人类文明现在已经具备了生成黑洞的可能,而且有机会生成黑洞的对撞机,此刻还在运转过程中。

这个对撞机就是位于欧洲地下的大型强子对撞机( LHC ),它是世界上最大、能量最高的粒子加速器,也是人类为了寻找新的物理规律而建造的最复杂的科学仪器之一。 LHC 的目的是通过高速碰撞质子或重离子,来模拟宇宙大爆炸后的极端环境,以期发现新的粒子和现象,揭示物质的本质和宇宙的起源。 LHC 的建造和运行涉及了全球 80 多个国家和地区的近万名科学家和工程师,是人类历史上最大规模的国际科学合作项目之一。

在日内瓦西部与法国接壤的边境,矗立着一个棕色的大圆球,它是欧洲核子研究中心( CERN )的主楼,是目前世界上最大的粒子物理学实验室,坐落着六个大型粒子加速器,其中最大的一个就是 LHC LHC 位于地下一百多米深,是一个全长 26.59 公里的环形隧道,在高度真空的环形管道中,被加速的质子或重离子能以接近光速的速度飞行,然后在四个特定的位置迎头相撞,产生极高的能量和温度。在这些碰撞点上,分别建造了四个巨型的探测器,分别是 ATLAS CMS ALICE LHCb ,它们的功能是记录和分析碰撞产生的粒子和信号,从中寻找新的物理现象。

LHC 的建造和运行是一项极其复杂和精密的工程,需要大量的技术和资源的支持,也需要面对各种各样的挑战和困难。

为了让质子能够达到足够的速度,粒子对撞机必须保持极低的气压,几乎接近于真空。这样,质子就不会受到空气分子的阻力,它们可以在圆环内加速到接近光速的程度。这时,质子的质量会变得非常大,根据爱因斯坦的公式,质量和能量是等价的,所以质子的能量也会变得非常大。

当两个高能的质子相撞时,它们会产生一些新的粒子,这些粒子可能是我们从未见过的,它们可能会揭示物质的最基本的结构和性质。有时,这些粒子的质量会比质子还要大得多,甚至会形成一些微小的黑洞。黑洞是一种引力极强的物体,它可以吞噬周围的一切物质,甚至连光也无法逃脱。但是,这些由粒子对撞机产生的黑洞并不危险,因为它们太小了,它们的半径只有一个原子核的千万分之一,它们的引力只能影响到它们附近的几个粒子。而且,这些黑洞也不会持续存在,它们会不断地向外发射能量,这种现象叫做霍金辐射,它会导致黑洞的质量和半径不断减小,最终消失。这些黑洞的生命只有十亿分之一秒,它们在消失之前,只能吞噬几个质子或中子。

2010 11 月,来自全球一百多个科研机构的上千个科学家,用粒子对撞机制造了一场 迷你版 的宇宙大爆炸,两束亚原子粒子在经过磁体的加速后,在 26.59 公里的隧道以接近光速的速度狂奔,最后撞击在了一起,撞击的瞬间造成了近 10 万亿摄氏度的高温,是太阳核心温度的一百万倍,而这样的温度上一次出现是在宇宙大爆炸后的百万分之一秒内,这次的成果是一团像液体的夸克 - 胶子等离子体,推翻了宇宙最初为气态的说法。这种等离子体被认为是宇宙中最早的物质形式,它是由夸克和胶子组成的一种极端状态

夸克是构成质子和中子的更小的粒子,而胶子是传递强相互作用的粒子,它们之间的力量是如此的强大,以至于在正常的情况下,夸克和胶子永远不会分离,只有在极高的温度和压力下,它们才能自由流动,形成等离子体。通过研究这种等离子体,科学家们希望能够了解宇宙的早期状态,以及夸克和胶子之间的相互作用。

是的,你没听错,粒子对撞机确实能造出黑洞,它能够让两束高速运动的粒子相互碰撞,从而产生极高的温度和能量,模拟宇宙大爆炸的情景。但这些黑洞并不会对地球和人类造成威胁,因为它们太小了,小到几乎无法察觉。

黑洞的大小和质量是成正比的,也就是说,越小的黑洞,质量越小。而黑洞的质量又决定了它的蒸发速度,也就是它向外辐射能量的速度。根据霍金的理论,越小的黑洞,蒸发的越快,反之亦然。而粒子对撞机产生的黑洞,由于是由极其微小的粒子碰撞而成,所以它们的质量和大小都非常小,小到在产生的瞬间就会被自身的辐射消灭掉。即使有些黑洞没有立刻蒸发,它们也不会对地球造成什么影响,因为它们的吞噬速度非常慢,要想吞掉一个质子,都需要四天的时间,而要想吞掉一克物质,可能就要等到宇宙的末日了。

超级对撞机到底能为人类 出什么东西呢?总的来说,整个机器不仅规模很大,内部构造还相当的复杂,而且运行也并不是一帆风顺的,在试运作的 9 天之后,其负责冷却超导磁铁的液态氢,就发生了泄漏的情况,导致了一场爆炸,损坏了部分设备,使得对撞机停止运行了一年多的时间。在这期间,科学家们不断地修复和改进对撞机的性能,以期达到更高的能量和亮度,从而提高碰撞的效率和质量。

2015 年,对撞机重新启动,能量达到了每束 6.5 TeV ,总能量达到了 13 TeV ,是之前的两倍多,也是目前人类能够达到的最高能量。在这样的能量下,对撞机能够产生一些极其稀有和重要的粒子和现象,其中最令人期待的就是希格斯玻色子。

超级对撞机的本质就是让质子以超快的速度相撞,然后供人类探索微观世界,因为科学家早就发现,原子还能够继续拆分,并且拆分出来的质子、中子等内部依旧有复杂的结构,超级对撞机能够帮人们更加深入地探索微观世界,也将击破高能物理的发展瓶颈,更重要的是,超级对撞机真的帮咱们找到了传说中的 上帝粒子 。希格斯玻色子是一种特殊的粒子,它与一个无处不在的场相联系,被称为希格斯场。希格斯场会向所有的东西赋予质量,就像是传说中的上帝之手,自从上世纪这种上帝粒子的理论被提出,物理学家们就一直在寻找它的存在证据,而超级对撞机正是为了验证这一理论而建造的。

2012 7 4 日,欧洲核子研究中心宣布,他们在超级对撞机中发现了一种新的粒子,很可能就是希格斯玻色子,这是人类历史上第一次观测到这种粒子,也是人类对微观世界的一次重大突破。希格斯玻色子的发现,不仅验证了标准模型的完整性,也为理解宇宙的起源和演化提供了新的线索。希格斯玻色子的性质和行为,还有待进一步的研究和探索,它可能会带领我们进入一个全新的物理领域。