终极对撞：撞出一个黑洞来？

欧洲核子研究中心的大型强子对撞机(LargeHadron Collider，简称LHC)按计划即将投入运行。作为地球上最大的机器，大型强子对撞机将会以接近光速的速度，让两束粒子撞击，模拟出宇宙大爆炸后的状态。物理学家希望借此来解开长期以来的重大和基本难题，比如粒子为何存在质量(即验证希格斯玻色子)、空间是否隐藏着额外的维度等等。

　　

　　“大型强子对擅机”的惊人功能

　　

　　自从1980年建造“大型强子对撞机”的构想问世以来，历经近30年，这一“世界上最大的机器”终于从梦想成为现实。

　　它是世界上最大的机器：“大型强子对撞机”不仅是世界上最大的粒子加速器，而且是世界上最大的机器。它位于法国和瑞士边境地区的地下100米深的环形隧道中，隧道全长26.659千米。

　　它是地球上最快的“轨道”：如果“开足马力”，数以百万计的粒子将在环形隧道内产生每秒11245圈的速度，约等于光速的99.99％。

　　它是太阳系中最“空旷”的地方：为避免粒子流与气体分子发生碰撞，粒子流都在超高真空的“通道”内运行，其间如同星际空间一样“空旷”，气压仅为10^-13个标准大气压，比月球上的大气压还小10倍。

　　它是最热与最冷的机器：大型强子对撞机是个既极端热又极端冷的机器。当两束粒子流对撞的时候，碰撞点将产生极端高温，可以达到太阳中心温度的10万倍。而与之形成鲜明对比的是，由于采用了超流体氦冷却等手段，对撞机中粒子运行的加速腔在工作时的温度仅为零下271.3℃，比宇宙深处还要冷。

　　它是全球最强大的超级计算机系统：大型强子对撞机上进行的每一个大型试验一年所获得的数据，可以刻满十万张双层DVD。为了对这些数据进行分析，世界各地成千上万名科学家都参与进来，他们所使用的数万台甚至数十万台计算机借助分布式计算网络(网格计算)联合在一起，这也构成了全球最强大的超级计算机系统。

　　

　　宇宙之谜“擅”出来

　　

　　宇宙大爆炸学说是目前影响力最广的宇宙起源学说，产生于上个世纪20年代。但宇宙是否真的起源于大爆炸，至今仍缺乏足够的令人信服的证据。科学家们将在LHC对撞实验中加速粒子并使它们相撞，创造出与宇宙大爆炸之后万亿分之一秒时的状态类似的条件，接着细致分析撞击产生的残骸，从而揭开诸多宇宙之谜，比如宇宙是如何从虚无中创造物质的，以及物质为什么会有质量等。

　　希格斯玻色子被认为是物质的质量之源。根据被称为“标准模型”的粒子物理学理论，基本粒子被分成3大类：夸克、轻子与玻色子。但这个“标准模型”有个致命缺陷，那就是无法解释物质质量的来源。为了修补“标准模型”理论的缺陷，英国科学家彼得·希格斯提出了希格斯场的存在，并进而预言了希格斯玻色子的存在。假设出的希格斯玻色子是物质的质量之源，其他粒子在希格斯玻色子构成的“海洋”中游弋，受其作用而产生惯性，最终才有了质量。“标准模型”预言了62种基本粒子的存在，这些粒子基本都已被实验所证实，而希格斯玻色子是最后一种未被证实的基本粒子。如果大型强子对撞机确能发现希格斯玻色子的存在，它将填补“标准模型”这个巨大的空白。

　　不过，自LHC建立之初，反对的声音就一直没有平息过，有学者创建了粒子模型试图证明LHC不会找到希格斯玻色子。更多的担心集中于黑洞——根据各种版本的弦理论，黑洞可能会在对撞机上显现。为此，两位科学家甚至把欧洲核子研究中心告上了法庭，他们认为实验可能会制造出能吞噬地球的黑洞或粒子，比如“杀手奇异子”。如果一种奇异子十分稳定并且带有负电，那它们就有可能“吞下”普通物质的原子核，并将其转变为“奇异物质”，最终一系列危险的连锁反应会毁灭整个地球。

　　

　　科学家已经造出微型黑洞

　　

　　其实，今年3月就有报道说，美国布朗大学一位物理学家霍拉蒂·纳斯塔西已经在实验中制造出了一个人造黑洞。虽然这个黑洞体积很小，却具备真正黑洞的许多特点。这个黑洞不像我们以为的“黑洞是黑的”，而是个明亮的火球。

　　纽约布鲁克海文国家实验室里的相对重离子对撞机，可以以接近光速的速度让大型原子的原子核(如金原子核)相互碰撞，产生相当于太阳表面温度3亿倍的热能。纳斯塔西在这个实验室里利用原子撞击原理制造出来的灼热火球，恰好具备天体黑洞的显著特性：火球可以将周围10倍于自身质量的粒子吸收，这比目前所有量子物理学所推测的火球可吸收的粒子数目要多。

　　人造黑洞的设想最初提出于20世纪80年代，由加拿大不列颠哥伦比亚大学的威廉·昂鲁教授提出，他认为声波在流体中的表现与光在黑洞中的表现非常相似，如果使流体的速度超过声速，那么事实上就已经在该流体中建立了一个人造黑洞。然而由于他的人造黑洞缺乏足够的引力，无法像真正的黑洞那样“吞下周围的所有东西”。然而，纳斯塔西教授制造的人造黑洞已经可以吸收其他物质了。因此，有关专家认为，这是黑洞研究领域的重大突破。目前，不少科学家对于接受“黑洞”的概念还不大情愿。因为黑洞理论没有直接的实验数据来支持。纳斯塔西教授此次制造的人造黑洞，给黑洞理论一个比较直接的实验证据，可能会重新掀起一股黑洞研究热潮。

　　欧洲核子研究中心的大型强子对撞机有可能制造出大量微型黑洞，帮助理论物理学家研究物质和时空的一些基本性质。美国斯坦福大学和布朗大学的两位科学家在美国《物理评论快报》上说，大型强子对撞机可能以每秒1个的速度制造大量极为微小的黑洞。黑洞是把大量质量压缩在极小空间里形成的引力场极强的天体，而大型强子对撞机能把大量能量压缩在很小的空间里，也会形成黑洞。这种黑洞的体积还不到一个原子核的百万分之一，只能生存很短的时间。一般说来，物质只能掉进黑洞，而不能离开。但英国物理学家霍金曾经预言，黑洞会以一种特殊辐射的形式“蒸发”。对由恒星形成的普通黑洞来说，这一过程极为缓慢。但大型强子对撞机制造的微小黑洞可能会像雪花一样迅速消融。

　　霍金关于黑洞“蒸发”的理论从未得到证明，用大型强子对撞机寻找这种“霍金辐射”，有希望为该理论提供事实依据。有关实验结果还可能为研究时空构造提供线索。许多关于宇宙早期状态的理论认为，时空可能不仅仅包括我们平时感知的三维空间和一维时间，还有更多的维度存在。据认为，黑洞的“霍金辐射”强度与黑洞的质量、时空维数相关。

　　

　　黑洞吞噬地球纯属杞人忧天

　　

　　虽然美国科学家的黑洞研究是高能粒子领域内的基础研究，但是一些军事研究人员一直在关注黑洞的研究，企图把黑洞研究应用到军事领域。俄罗斯科学家亚力克山大·特罗菲蒙柯预言：黑洞不仅可以在实验室中制造出来，而且50年后，具有巨大能量的“黑洞炸弹”将使如今人类谈之色变的原子弹也相形见绌。一个原子核大小的黑洞，它的能量将超过一家核工厂。如果人类有一天真的制造出黑洞炸弹，那么一颗黑洞炸弹爆炸后产生的能量，将相当于无数颗原子弹同时爆炸，它至少可以造成10亿人死亡。据特罗菲蒙柯称，制造“黑洞炸弹”的反物质被科学家们称作“欧顿”(o－tone)，一个欧顿的质量仅相当于一个原子的40倍。

　　科学家对人造黑洞的未来看法不一，纳斯塔西教授制造的火球对人类没有任何危险，这些火球只能持续闪烁十亿分之一秒，不会对周围物体产生大影响，更不能用作消灭敌人的武器。纳斯塔西教授的实验纯粹是理论性的，即使该理论能够被证明完全正确，依靠粒子加速器制造出来的“人造黑洞”体积太小，其重力作用显得微乎其微，根本吞噬不了任何物质。英国帝国学院的宇宙学家安德鲁·贾菲说，真正能够引起人们兴趣或惊慌的黑洞，其质量必须非常巨大。真正的天体黑洞是由质量巨大的恒星形成的，自身内部不断崩塌毁灭，依靠巨大的引力“吞噬”周围物质。

　　有科学家认为，无论如何，现代物理学无法在地球上制造出具有破坏性的黑洞。因为根据物理学的基本定律，加速器中的粒子的速度是有限的，达到一定速度就上不去了。正如贾菲博士所说，加速器里放在一起的几个粒子，不会伤害任何人。但是，也有科学家对此持反对意见，他们说科学的发展有时超越了人类的想像，现在的有些技术和理论是100年前的人们难以想像的。尤其可怕的是，如果有人真的把黑洞用作武器的话，它对人类的威胁可能比核武器还严重，或许届时将制定新的限制黑洞武器的公约了。不过，黑洞将吞噬地球的任何恐惧实在是毫无根据的。