Hver gang vi skyver grensene for kunnskap, er det risiko og muligheter for belønning. Det er mange risikoer: å ikke finne noe nytt, gjennomføre et mislykket eller ikke-fungerende eksperiment, forårsake ødeleggelse hvis ting går galt. Men fordelene kan være enorme: ny kunnskap, ny teknologi og gjennombrudd for all humanvitenskap.
Et sted som kjennetegner alt dette er Large Hadron Collider (LHC) ved CERN, der vi begynte å kollidere protoner med de høyeste energiene noensinne oppnådd i en partikkelakselerator. For et par år siden slo vi den gamle rekorden - 2 TeV (teraelectronvolt, eller 1012 eV), som ble satt av Fermi Laboratory - ved å akselerere partikler til 3,5 TeV og kollidere dem sammen, og nådde 7 TeV total energi. Denne oppdagelsen tillot oss ikke bare å skape et stort antall unnvikende grunnleggende partikler (toppkvark, W og Z-bosoner), men også å oppdage en helt ny grunnleggende partikkel, den siste av de uoppdagede partiklene i standardmodellen: Higgs-bosonen.
Den oppdaterte LHC lar oss få ca 13-14 TeV total energi. Hvis vi er heldige, vil et imponerende antall kollisjoner ved disse energiene, kombinert med utrolige detektorer, tillate oss å skape og oppdage partikler som aldri før har blitt sett i dette laboratoriet. Og selvfølgelig åpner dette opp hele muligheten for utrolige (og helt vanskelige) uttalelser, for eksempel:
"Forskere ved Large Hadron Collider håper å være i kontakt med en PARALLELL UNIVERSE snart."
"The Large Hadron Collider utfordrer Big Bang Theory."
"Spill med universet kan ødelegge oss: de svarte hullene som er opprettet ved LHC vil svelge oss."
Kampanjevideo:
Og hvis de to første er helt tull, villedende vitenskapelig informasjon, sår den tredje uttalelsen frykt blant befolkningen, og løfter sitt stygge hodet hver gang LHC begynner å jobbe.
Hvor vokser beina til dette tullet fra? La oss finne det ut.
Det er en rekke teorier som forutsier eksistensen av ekstra dimensjoner. Ikke bare tre romlige og en tidsmessige, som som kjent er iboende i vår firedimensjonale romtid, men også minst en mer romlig dimensjon i vårt univers. Og selv om vi ikke får tilgang til disse dimensjonene ved de energiene som er tilgjengelige, antas det at på skalaer som er mindre enn de som vi handlet med - og tilsvarer høyere energier - eksisterer disse ytterligere dimensjonene.
Og hvis disse ekstra dimensjonene eksisterer, er det også den teoretiske muligheten for at små, miniatyrmikroskopiske sorte hull kan opprettes!
Hvis vi hadde gjort dette, ville vi ha oppnådd en utrolig teknologisk og vitenskapelig bragd som for alltid ville endre måten vi tenker på universet. Men når du sier "svart hull", forestiller folk seg øyeblikkelig (og ikke forgjeves) et katastrofalt bilde av noe som suger av noe slag, sluker protoner, nøytroner, elektroner i vår verden og ødelegger alt og alle.
Men dette er umulig av tre grunner. La oss finne ut av det.
1. Hvis disse svarte hullene finnes, treffer de jorden i milliarder av år, og jorden snurrer fortsatt
Selvfølgelig har vi aldri før laget partikler med denne energien i laboratorieinnstillinger. Men på de høyeste energinivåene - energier mer enn hundre millioner ganger (100.000.000) høyere enn de som vi arbeider med på LHC - kolliderer partikler hele tiden med jorden: dette er kosmiske stråler som bombarderer oss fra alle kosmiske retninger.
Disse sorte hullene, hvis de eksisterte, ville bombardere jorden (og alle planeter) gjennom solsystemets historie, så vel som solen, og det er ingenting som indikerer at noen kropp i solsystemet har blitt svart hull eller ble spist av den.
Og her kan du argumentere, sier de, disse objektene beveger seg for fort og flyr derfor ganske enkelt gjennom jorden, spiser for lite materie til å bli inne og flyr ut i det intergalaktiske rommet. I dette tilfellet bør den andre grunnen berolige deg.
2. Hvis du virkelig lager et miniatyr svart hull, vil det forfalle på grunn av Hawking-stråling, og veldig, veldig raskt
Hvis det er flere dimensjoner, kan det antas at de kan være av en bestemt type, slik at (igjen, sjelden, men treffende) mikroskopiske sorte hull kan dannes. Et slikt svart hull vil i beste fall ha en masse som tilsvarer energien til en proton-protonkollisjon, opptil 13-14 TeV. I henhold til formelen E = mc2 tilsvarer dette en masse på 5 x 10-20 gram, og mest sannsynlig enda mindre.
Men selv om du har ekstra dimensjoner av riktig skala og type, og du lager dette sorte hullet, er problemet fortsatt: det vil være ustabilt. Takket være kvantemekanikkens lover vil dette sorte hullet forfalle i løpet av Hawking-stråling. For et svart hull med en masse på 5 x 10-20 gram vil forfallstiden i tre dimensjoner være omtrent 10-83 sekunder, det er vanskelig å til og med kalle det eksistens. For at fysikk skal gi mening, tar det minst 10-43 sekunder eller lenger. Oversatt til massen av et svart hull, må det veie minst 0,00002 gram for å ha en sjanse for eksistens.
I fire dimensjoner, men spesielt hvis en "tillegg" er stor, vil forfallstiden være 10-23 sekunder. Men for å hindre det forventede forfallet til dette miniatyr-sorte hullet, må du kaste de velkjente fysikklovene. Og disse lovene er så veletablerte at det ikke er den minste sannsynlighet for å tilbakevise dem - det er som å våkne om morgenen og se solen stige opp i vest.
Men la oss si at det er nye fysikklover som vi ikke kjenner til ennå, og disse svarte hullene blir plutselig stabile. Du lager et svart hull - et lite hull - midt på jorden, og det går ikke i oppløsning. Vil den svelge jorden? Og i så fall, hvor raskt? Dette bringer oss til den tredje og siste tilstanden, og ikke glem: vi har allerede to ganger avvist de kjente fysikklovene for å gjøre dette tullet mulig.
3. Du kan beregne hvor raskt et svart hull absorberer materie, og du kommer ikke engang nær levetiden til planeten vår
Vi er vant til å tenke at sorte hull "suger" noe, men i sannhet kan de bare samhandle med det gravitasjonelt. Med en masse på 5 x 10-20 gram vil denne gravitasjonskraften være ekstremt liten: alt den kan gjøre er å passere gjennom sentrum av jorden igjen og igjen og vente på en kollisjon med en elementær partikkel. Siden tverrsnittet av vårt sorte hull er veldig lite og tverrsnittet av et proton (eller nøytron) er veldig stort, kan det antas - for å redde argumentet - at hver gang det sorte hullet kolliderer, vil det absorbere et proton eller nøytron.
Forutsatt at den absorberer hvert proton, nøytron eller elektron det kommer i kontakt med - og tar hensyn til tyngdekraften for å finne ut hva det tiltrekker seg - vil det absorbere i størrelsesorden 66 000 protoner og nøytroner per sekund. Selvfølgelig er 66.000 protoner og nøytroner små ting når det gjelder masse: 1,1 x 10-25 gram. Denne vekstraten vil være konstant til det sorte hullet er ganske stort; bare med en masse på en milliard tonn vil et svart hull vokse raskere når tverrsnittet øker. Å fange 66 000 nukleoner per sekund, hvor lang tid tror du det tar et svart hull å få et kilo? Tre billioner år. I løpet av denne tiden vil solen gå ut - selv universet eksisterer ikke så mye.
Så selv om du lager et svart hull, og selv om fysikkens lover er gale, og det svarte hullet vil leve for alltid, vil det være ufarlig. Uansett hvor mange fysikklover vi forkaster, reviderer eller endrer, vil jorden fremdeles være bra.
Så ikke vær redd. Vi prøver å utforske verden på en helt trygg måte. Eventuelle bekymringer kan fjernes - bare henvend deg til forskere og spør. De er ikke sprø heller.
ILYA KHEL
