Ori de câte ori depășim limitele cunoașterii, există riscuri și perspectiva recompenselor. Există multe riscuri: să nu găsiți nimic nou, să efectuați un experiment eșuat sau care nu funcționează, să provocați distrugerea dacă lucrurile se strică. Dar recompensele pot fi enorme: noi cunoștințe, noi tehnologii și descoperiri pentru toată știința umană.
Un loc care înfățișează toate acestea este Large Hadron Collider (LHC) la CERN, unde am început să ciocnim protoni la cele mai mari energii realizate vreodată într-un accelerator de particule. Acum câțiva ani, am doborât vechiul record - 2 TeV (teraelectronvolt, sau 1012 eV), care a fost stabilit de Laboratorul Fermi - prin accelerarea particulelor la 3,5 TeV și ciocnirea lor, atingând 7 TeV din energia totală. Această descoperire ne-a permis nu numai să creăm un număr imens de particule fundamentale evazive (quarkul superior, bosonii W și Z), ci și să descoperim o particulă fundamentală complet nouă, ultima dintre particulele nedescoperite ale modelului standard: bosonul Higgs.
LHC actualizat ne permite să câștigăm aproximativ 13-14 TeV de energie totală. Dacă avem noroc, un număr impresionant de coliziuni la aceste energii, combinate cu detectori incredibili, ne vor permite să creăm și să descoperim particule nemaivăzute în acest laborator. Și, desigur, acest lucru deschide întregul domeniu pentru declarații incredibile (și complet incomode), cum ar fi:
"Oamenii de știință de la Large Hadron Collider speră să fie în curând în contact cu un univers paralel".
„Marele coliziune de hadroni provoacă teoria Big Bangului”.
„Jocurile cu Universul ne pot distruge: găurile negre create la LHC ne vor înghiți”.
Video promotional:
Și dacă primele două sunt complet nonsens, informații științifice înșelătoare, a treia afirmație semănă frică în rândul populației, ridicându-și capul urât de fiecare dată când LHC începe să funcționeze.
De unde cresc picioarele acestei prostii? Să aflăm.
Există o serie de teorii care prezic existența unor dimensiuni suplimentare. Nu doar trei spațiale și una temporală, care, după cum știm, sunt inerente spațiului-timp cu patru dimensiuni, ci și cel puțin încă o dimensiune spațială în Universul nostru. Și, deși nu putem accesa aceste dimensiuni la energiile disponibile, se crede că pe scale care sunt mai mici decât cele cu care am tratat - și corespund unor energii superioare - aceste dimensiuni suplimentare există.
Și dacă aceste dimensiuni suplimentare există, există și posibilitatea teoretică că ar putea fi create găuri negre minuscule, miniaturale, microscopice!
Dacă am fi făcut acest lucru, am fi realizat o ispravă tehnologică și științifică incredibilă care ar schimba pentru totdeauna modul în care gândim despre univers. Dar când spui „gaură neagră”, oamenii își imaginează instantaneu (și nu degeaba) o imagine catastrofală a ceva care suge în materie de orice fel, devorând protoni, neutroni, electroni ai lumii noastre și distrugând totul și pe toată lumea.
Dar acest lucru este imposibil din trei motive. Să ne dăm seama.
1. Dacă aceste găuri negre miniaturale există, atunci lovesc Pământul de miliarde de ani, iar Pământul se rotește încă
Desigur, nu am creat niciodată particule cu această energie în laborator. Dar la cele mai înalte niveluri de energie - energii de peste o sută de milioane de ori (100.000.000) mai mari decât cele cu care lucrăm la LHC - particulele se ciocnesc constant cu Pământul: acestea sunt raze cosmice care ne bombardează din toate direcțiile cosmice.
Aceste găuri negre, dacă ar exista, ar bombarda Pământul (și toate planetele) de-a lungul istoriei sistemului nostru solar, precum și a soarelui și nu există nimic care să indice că vreun corp din sistemul solar a devenit negru. gaură sau a fost mâncat de ea.
Și aici puteți argumenta, spun ei, aceste obiecte se mișcă prea repede și, prin urmare, zboară doar prin Pământ, mâncând prea puțină materie pentru a rămâne în interior și zboară în spațiul intergalactic. În acest caz, al doilea motiv ar trebui să te calmeze.
2. Dacă creați cu adevărat o gaură neagră miniaturală, aceasta se va descompune din cauza radiației Hawking și foarte, foarte repede
Dacă există dimensiuni suplimentare, se poate presupune că acestea pot fi de un anumit tip, permițând (din nou, rar, dar în mod adecvat) să se formeze găuri negre microscopice. O astfel de gaură neagră va avea, în cel mai bun caz, o masă echivalentă cu energia unei coliziuni proton-proton, până la 13-14 TeV. Conform formulei E = mc2, aceasta corespunde unei mase de 5 x 10-20 grame și, cel mai probabil, chiar mai puțin.
Dar chiar dacă aveți dimensiuni suplimentare ale scării corecte și, de asemenea, tipului potrivit, și faceți această gaură neagră, problema rămâne: va fi instabilă. Datorită legilor mecanicii cuantice, această gaură neagră se va descompune în procesul de radiație Hawking. Pentru o gaură neagră cu o masă de 5 x 10-20 de grame, timpul de descompunere în trei dimensiuni va fi de aproximativ 10-83 secunde, este dificil chiar să-i numim existență. Pentru ca fizica să aibă sens, durează cel puțin 10-43 secunde sau mai mult. Tradus în masa unei găuri negre, trebuie să cântărească cel puțin 0,00002 grame pentru a avea șanse de existență.
Cu toate acestea, în patru dimensiuni, mai ales dacă un „suplimentar” este mare, timpul de descompunere va fi de 10-23 secunde. Dar pentru a contracara decăderea așteptată a acestei găuri negre miniaturale, trebuie să aruncați bine cunoscutele legi ale fizicii. Și aceste legi sunt atât de bine stabilite încât nu există nici cea mai mică probabilitate de a le respinge - este ca și cum te-ai trezi dimineața și ai vedea soarele răsărind în vest.
Dar să spunem că există noi legi ale fizicii pe care nu le cunoaștem încă, iar aceste găuri negre devin brusc stabile. Faceți o gaură neagră - una mică - în centrul pământului și nu se dezintegrează. Va înghiți Pământul? Și dacă da, cât de repede? Acest lucru ne aduce la a treia și ultima condiție și nu uitați: am respins deja de două ori legile cunoscute ale fizicii pentru a face posibilă această prostie.
3. Puteți calcula cât de repede o gaură neagră absoarbe materia și nici nu vă veți apropia de viața planetei noastre
Suntem obișnuiți să credem că găurile negre „suge” materia, dar, în adevăr, ele pot interacționa cu ea doar gravitațional. Cu o masă de 5 x 10-20 de grame, această forță gravitațională va fi extrem de mică: tot ce poate face este să treacă prin centrul Pământului iar și iar, așteptând o coliziune cu o particulă elementară. Deoarece secțiunea transversală a găurii noastre negre este foarte mică și secțiunea transversală a unui proton (sau neutron) este foarte mare, se poate presupune - pentru a salva argumentul - că de fiecare dată când gaura neagră se ciocnește, va absorbi un proton sau neutron.
Presupunând că absoarbe fiecare proton, neutron sau electron cu care intră în contact - și ținând seama de gravitația sa pentru a afla ce atrage - va absorbi de ordinul a 66.000 de protoni și neutroni pe secundă. Desigur, 66.000 de protoni și neutroni sunt lucruri mici din punct de vedere al masei: 1,1 x 10-25 grame. Această rată de creștere va fi constantă până când gaura neagră este destul de mare; doar la o masă de un miliard de tone metrice o gaură neagră va crește mai repede pe măsură ce secțiunea sa transversală crește. Captând 66.000 de nucleoni pe secundă, cât timp crezi că va fi nevoie de o gaură neagră pentru a câștiga un kilogram? Trei trilioane de ani. În acest timp, Soarele va ieși - chiar și Universul nu există atât de mult.
Deci, chiar dacă faceți o gaură neagră și chiar dacă legile fizicii sunt greșite, iar gaura neagră va trăi pentru totdeauna, va fi inofensivă. Indiferent cât de multe legi ale fizicii le eliminăm, le revizuim sau le schimbăm, Pământul va fi în continuare în regulă.
Deci, nu vă fie frică. Încercăm să explorăm lumea într-un mod complet sigur. Orice îngrijorare poate fi risipită - trebuie doar să vă adresați oamenilor de știință și să întrebați. Nici ei nu sunt nebuni.
ILYA KHEL
