最新公告
  • 欢迎您光临蛙蛙应用,本站秉承服务宗旨 履行“站长”责任,销售只是起点 服务永无止境!立即加入我们
  • 物理学家为何要在地球上制作黑洞?

    本文来自微信民众号:全球科学(ID:huanqiukexue),原标题《在地球上制作黑洞,物理学家是想消灭地球?》,作者:h’q’k’x,题图来自:视觉中国

    大型强子对撞机是物理学界征采新粒子的前沿。但对一些物理学家来讲,他们期待的是另一件事:在对撞机中制作来自高维时空的黑洞……

    黑洞间隔我们可以有多近?

    本年5月,欧洲南边天文台发明了多是迄今为止离我们近来的黑洞。这个黑洞位于南天的千里镜星座,它和两颗恒星组成了一个名为HR 6819的三体体系。

    物理学家为何要在地球上制作黑洞?插图

    固然,该天体是不是属于黑洞还存在争议。假如结论获得证明,黑洞到地球的最短间隔将从此前的3000光年缩减到1000光年,而且这也是第一个肉眼就可以看到的黑洞体系(条件是在南半球举行观察)

    不过,在天文学观察以外,黑洞可以离我们再近一点吗,以至就出如今地球上?

    虽然这听上去像是奇谈怪论,但一些物理学家早在上世纪末就入手下手斟酌,如安在地球上制作出黑洞。而制作黑洞的场合,就是现今最高能的对撞机——大型强子对撞机(LHC)

    物理学家为何要在地球上制作黑洞?插图1

    听到这,你是不是是在想:假如黑洞真的涌现了,会把地球上的物资都吸进去,以至摧毁地球吗?别急,在惊愕之前,让我们起首来思索这个问题:究竟什么才是黑洞?

    物理学家为何要在地球上制作黑洞?插图2

    在我们的印象中,黑洞都是宇宙中的庞然大物。确实,现在我们已发明的黑洞中,纵然最小的,质量也有太阳的5倍,它们的引力壮大到可以撕碎恒星,吞噬地球更是不在话下。

    但在理论上,依据广义相对论,任何物体的引力都会使四周的时空蜿蜒。当我们紧缩充足的倍数,直至时空曲率大到连光芒也没法逃出时,这个物体就变成了一个黑洞。

    物理学家为何要在地球上制作黑洞?插图3

    依据盘算黑洞大小的史瓦西半径盘算公式(r=2GM/c2),无论是太阳、地球照样肥宅,都可以被紧缩成黑洞:

    物理学家为何要在地球上制作黑洞?插图4

    由此我们可以看出,质量越轻的物体,要构成黑洞,须要紧缩的水平就越高,构成的黑洞密度也越大。

    因而理论上来讲,最小的黑洞同时也是密度最大的黑洞。物资理论上的最高密度是普朗克密度:5.155×1096kg/m3,带进史瓦西半径盘算公式,就可以够晓得:最小的黑洞质量10-8公斤。物理学家愿望在对撞机中制作的目的,就是如许的微型量子黑洞。

    2009年,LHC入手下手事情。在LHC中,紧缩的对象是基本粒子——质子。LHC可以让质子具有7万亿电子伏特的能量,依据质能方程E=mc2,这时候质子质量为10-23公斤。比拟于质子自身的静止质量(10-27公斤),已提拔了许多。当两个如许的高能质子碰撞,能量就会被紧缩到一个很小的空间内。

    但前面我们说了,理论上最小的黑洞是10-8公斤,对撞机中的质子与其相差了15个量级。也就是说,对撞机的能量须要加强1015倍,才能让质子变成黑洞。

    在我们的有生之年,假如大幅度的提拔,明显不切实际。但适才这一切的条件是,空间如我们所见,只要3个维度。假如空间还隐蔽着更高的维度,状况就不一样了。而这里的症结就是引力。

    在三维空间中,引力和间隔的平方成反比。为了明白这一点,我们来想象如许的场景:间隔引力源1米时,引力被疏散到半径1米的球面上;间隔减半,引力就被集合到了半径0.5米的球面上,每一点的引力是之前的22也就是4倍。

    物理学家为何要在地球上制作黑洞?插图5

    同理,假如是一个二维空间,引力就沿着圆周散布,因而与间隔的一次方成反比。

    物理学家为何要在地球上制作黑洞?插图6

    同理类推,在n维空间中,引力随间隔的(n-1)次方成反比:

    物理学家为何要在地球上制作黑洞?插图7

    跟着分外维度的增添,引力的增进是指数级的。快要20年前,科学家就在理论上证明了,假如空间有7个维度,在对撞机里制作黑洞理论上是可行的。也就是说,假如弦理论也许M理论获得证明,那末制作黑洞在理论上具有可行性。而且制作黑洞的速率大概还不慢——一秒一个。因而,他们将对撞机称作黑洞工场。

    假如对撞机里真的能撞出黑洞,这些黑洞的终究终局是什么?霍金的理论给出了答案。

    上世纪70年代,霍金提出有名的霍金辐射:任何黑洞,在吸取物资的同时,也在向外辐射能量,不停蒸发。而量子黑洞会辐射能量很高的粒子,同时质量下落。当它的质量到达普朗克质量,黑洞会霎时泯没。全部历程,只须要10-26秒。也就是说,远远不到一眨眼的工夫,黑洞发生,又消逝了。

    幸亏,这个历程开释的高能辐射,还可以在对撞机中留下印迹。研究人员可以寻觅这些陈迹,来推断对撞机里有无黑洞涌现过。

    到如今,“黑洞工场”已运转凌驾10年,但寻觅黑洞的希望却一无所得。如今,对撞机的能量已提拔至13万亿电子伏特,但大概来自黑洞的信号没有涌现,这时候的引力也没有表现出高维空间的特性。

    物理学家为何要在地球上制作黑洞?插图8

    这说明什么?也许高维空间基础不存在,在地球上制作黑洞只是妄图;又也许,我们低估了制作黑洞所需的能量,现在的对撞机还不能到达如许的能级。

    就在近期,欧洲核子研究中心宣告将升级LHC,并制作更高能的将来环形对撞机。到那时,黑洞可以现身吗?要守候答案,我们也许还要等上几十年。

    物理学家为何要在地球上制作黑洞?插图9

    所以说,物理学家为何要尝试制作黑洞?在对撞机中制作黑洞,实在有着深入的科学意义。

    起首,适才提到的黑洞理论——霍金辐射还没有获得证明。这是由于依据这个理论,质量越大的黑洞,开释辐射的温度越低。我们找到的黑洞质量的都太大了,它们的辐射弱到难以观察。但假如量子黑洞存在,它们开释的高能辐射,就有大概成为霍金辐射理论的证据。

    量子黑洞还可以协助我们寻觅高维空间。在我们的印象中,分外的空间维度,好像只是存在于科幻中的观点,由于纵然隐蔽着的更高维度存在,三维空间中的我们也没法直打仗碰。但经由过程寻觅黑洞泯没的踪影,我们有时机证明隐蔽的维度,探究高维空间的性子。

    末了,量子黑洞意味着人类关于“小”的探究到达一个新的阶段。从灰尘到原子,从质子到夸克,人类频频革新着对“最小”的定义。如今我们晓得,物理学中有意义的最短间隔是普朗克长度。再短,空间的观点就不存在了。假如我们能制作出黑洞,它将触及最“小”的边境。

    本文来自微信民众号:全球科学(ID:huanqiukexue),作者:h’q’k’x

    爱搬网
    蛙蛙应用 » 物理学家为何要在地球上制作黑洞?
    • 591会员总数(位)
    • 868资源总数(个)
    • 0本周发布(个)
    • 0 今日发布(个)
    • 383稳定运行(天)

    提供最优质的资源集合

    立即查看 了解详情