为什么我们还无法制造黑洞


为什么我们还无法制造黑洞


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为什么我们还无法制造黑洞


一切都有引力:太阳和地球 , 还有你、我和每一个分子 。 更高的质量意味着更强的引力场 , 但更小的半径也意味着更强的引力场 。 因此 , 如果保持质量不变 , 并将物体压缩成越来越小的半径 , 那么引力会变得越来越强 。 最终 , 它变得如此强大 , 以至于连光都无法逃脱 。

【为什么我们还无法制造黑洞】这时就制造了一个黑洞:当质量被压缩到称为史瓦西半径的半径内时 , 就会发生这种情况 。 每个物体都有一个史瓦西半径 , 我们可以根据质量计算出它的大小 。 对于我们周围的事物 , 史瓦西半径远小于实际半径 。 例如 , 地球的实际半径约为6000公里 , 但史瓦西半径仅为9毫米左右 。 人的实际半径可能大约是一米 , 但史瓦西半径大约是10^-24 米 , 比质子小大约十亿倍 。 一个原子的史瓦西半径大约是10^-53米 , 这甚至比被广泛认为是可能的最小长度——普朗克长度——还要小 。
所以我们不能制造一个黑洞的原因是 , 我们可以处理的东西的史瓦西半径很小 , 要充分压缩物质需要大量的能量 。 这可以发生在宇宙中 , 因为如果有大量内部压力很小的物质 , 比如生命尽头的大质量恒星 , 那么引力就会压缩它形成黑洞 。 但我们不能在地球上做到这一点 , 这基本上与可控核聚变的问题相同 , 但是难度增加了好几个数量级 。
等等 , 爱因斯坦说质量确实是一种能量 , 能量也可以产生引力场 。 这是否意味着 , 如果我们想创造一个黑洞 , 我们可以将粒子加速到非常高的速度 , 使它们具有高能量 , 然后将它们相互撞击 , 例如在一个非常大的对撞机内部 。 确实 , 我们可以做到这一点 。 但即使是迄今为止我们建造的最大对撞机 , 也就是目前欧洲核子研究中心的大型强子对撞机 , 也远未达到制造黑洞所需的能量 。

在大型强子对撞机中 , 我们可以使质子达到大约10TeV的能量 , 这对应于大约10^-50米的史瓦西半径 。 但是碰撞后压缩这种能量的区域可以达到10^-19 米 , 尽管如此我们离制造黑洞还很远 。 那么为什么10年前人们如此担心大型强子对撞机可能会产生黑洞呢?这只有在引力不像爱因斯坦所说的那样起作用时才有可能 。 如果短距离的引力比爱因斯坦的理论预测的要强得多 , 也就是说存在蜷缩的微小维度 , 那么制造黑洞就会变得容易得多 。
到目前为止 , 我们不可能制造黑洞 。 但是如果我们建造一个更大的对撞机呢?以目前的技术 , 它的直径必须与银河系一样大 , 这不太可能会发生 。 那么我们还能尝试做些什么?我们可以尝试将大量激光聚焦在一个点上 。 如果我们使用目前世界上最强大的激光器并将它们聚焦在大约1纳米宽的区域上 , 我们需要许多这样的激光器 , 严格来说这并不是不可能 , 但它不会很快发生 。
虽然我们现在确实不能制造黑洞 , 但我们可以假设我们行 , 那么我们能用它做什么?黑洞以吸东西着称 , 但如果它们很小 , 效果就恰恰相反 。 它们会把东西扔掉 , 那东西就是霍金辐射 。 斯蒂芬·霍金在1970年代初期发现 , 所有黑洞都因量子效应而发射辐射 , 因此它们会失去质量并蒸发 。 黑洞越小 , 温度越高 , 蒸发得越快 。 一个质量约为100千克的黑洞会在不到一纳秒的时间内完全蒸发 。
现在 , “蒸发”听起来很天真 , 可能会让你想到一个水变成了水蒸气 。 但对于黑洞来说 , 它远非如此平静 。 如果黑洞的温度很高 , 则辐射由所有基本粒子、光子、电子、夸克等组成 。 这真的很危险 , 一个小黑洞会非常迅速地将能量转化为许多这样的粒子 。 这意味着这样一个小黑洞基本上是黑色的炸弹 。 所以它可能不会把城市吞掉 , 而是把它炸得四分五裂 。

虽然我们不能制造真实的黑洞 , 但我们确实可以制造模拟黑洞 , 在我们前面的文章中也介绍过 。 模拟黑洞和真实黑洞在数学上是非常相似的 , 通过对它的研究 , 我们可以了解到黑洞的许多性质 。

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