Valahányszor átlépjük a tudás határait, fennállnak a kockázatok és a jutalom lehetősége. Sok kockázat van: nem találni semmi újat, elbukott vagy nem működő kísérletet végezni, pusztítást okozni, ha a dolgok rosszra fordulnak. De a haszon óriási lehet: új ismeretek, új technológiák és áttörések az egész emberi tudomány számára.
Az egyik hely, amely mindezt megtestesíti, a nagy hadronütköző (LHC) a CERN-ben, ahol a részecskegyorsítóban valaha elért legmagasabb energiákon kezdtük el ütközni a protonokat. Pár évvel ezelőtt megdöntöttük a régi rekordot - 2 TeV (teraelektronvolt, vagy 1012 eV), amelyet a Fermi Laboratórium állított be - azáltal, hogy részecskéket 3,5 TeV-ra gyorsítottunk és együtt ütköztettünk, elérve a 7 TeV teljes energiát. Ez a felfedezés nem csak lehetővé tette számunkra, hogy hatalmas számban megfoghatatlan alapvető részecskéket hozzunk létre (felső kvark, W- és Z-bozonok), hanem egy teljesen új alaprészecskét is felfedezhessünk, a standard modell utolsó fel nem fedezett részecskéjét: a Higgs-bozont.
A frissített LHC lehetővé teszi számunkra, hogy körülbelül 13-14 TeV teljes energiát nyerjünk. Ha szerencsénk van, akkor ezeknél az energiáknál az elképesztő számú ütközés hihetetlen detektorokkal kombinálva lehetővé teszi számunkra, hogy soha nem látott részecskéket hozzunk létre és fedezhessünk fel ebben a laboratóriumban. És ez természetesen megnyitja a hihetetlen (és teljesen kínos) állítások teljes terét, például:
"A nagy hadronütköző tudósai remélik, hogy hamarosan kapcsolatba lépnek egy párhuzamos univerzummal."
"A nagy hadronütköztető kihívja az ősrobbanás elméletét."
"Az Univerzummal folytatott játékok elpusztíthatnak minket: az LHC-n keletkezett fekete lyukak elnyelik minket."
Promóciós videó:
És ha az első kettő teljesen hülyeség, helytelenül átadott tudományos információ, a harmadik állítás félelmet vet a lakosság körében, és csúnya fejét emeli, valahányszor az LHC munkába áll.
Honnan nőnek ennek a hülyeségnek a lábai? Találjuk ki.
Számos olyan elmélet létezik, amelyek megjósolják az extra dimenziók létezését. Nemcsak három térbeli és egy időbeli, amelyek - mint tudjuk - a négydimenziós téridőnkben rejlőek, hanem az Univerzumunkban még legalább egy térbeli dimenzió. És bár nem tudunk hozzáférni ezekhez a dimenziókhoz a rendelkezésünkre álló energiákon, úgy gondoljuk, hogy ezeknél a dimenzióknál léteznek olyan skálák, amelyek kisebbek, mint amellyel foglalkozunk - és amelyek megfelelnek a magasabb energiáknak.
És ha léteznek ezek az extra dimenziók, fennáll az az elméleti lehetőség is, hogy apró, miniatűr, mikroszkopikus fekete lyukak keletkezhetnek!
Ha ezt megtesszük, hihetetlen technológiai és tudományos bravúrt értünk el, amely örökre megváltoztatja az univerzumról alkotott gondolkodásmódunkat. De amikor azt mondod, hogy "fekete lyuk", az emberek azonnal (és nem hiába) elképzelnek egy katasztrofális képet arról, hogy valami bármiféle anyagot szív, ami világunk protonjait, neutronjait, elektronjait emészti fel, és mindent és mindenkit elpusztít.
De ez három okból lehetetlen. Találjuk ki.
1. Ha léteznek ezek a miniatűr fekete lyukak, akkor milliárdokig érik a Földet, és a Föld még mindig forog
Természetesen laboratóriumi körülmények között soha nem hoztunk létre ilyen energiájú részecskéket. De a legmagasabb energiaszinteken - több mint százmilliószor (100 000 000) magasabb energiák, mint azok, amelyekkel az LHC-n dolgozunk - a részecskék folyamatosan ütköznek a Földdel: ezek kozmikus sugarak, amelyek minden kozmikus irányból bombáznak minket.
Ezek a fekete lyukak, ha léteznének, bombáznák a Földet (és az összes bolygót) a naprendszerünk történelme során, valamint a napot, és semmi sem utal arra, hogy a Naprendszer bármely teste fekete lett volna lyuk vagy megette.
És itt lehet vitatkozni, azt mondják, ezek az objektumok túl gyorsan mozognak, ezért egyszerűen átrepülnek a Földön, túl kevés anyagot esznek ahhoz, hogy bent maradjanak, és kirepülnek az intergalaktikus űrbe. Ebben az esetben a második oknak megnyugodnia kell.
2. Ha valóban létrehoz egy miniatűr fekete lyukat, az Hawking-sugárzás miatt nagyon és nagyon gyorsan el fog pusztulni
Ha vannak további dimenziók, akkor feltételezhető, hogy ezek bizonyos típusúak lehetnek, lehetővé téve (ismét, ritkán, de találóan) mikroszkopikus fekete lyukak kialakulását. Egy ilyen fekete lyuknak legfeljebb a proton-proton ütközés energiájának megfelelő tömege lesz, legfeljebb 13-14 TeV. Az E = mc2 képlet szerint ez 5 x 10-20 gramm tömegnek felel meg, és valószínűleg még ennél is kevesebb.
De még akkor is, ha a megfelelő méretarányú és típusú extra méretekkel rendelkezik, és elkészíti ezt a fekete lyukat, a probléma továbbra is fennáll: instabil lesz. A kvantummechanika törvényeinek köszönhetően ez a fekete lyuk a Hawking-sugárzás folyamatában el fog pusztulni. Az 5 x 10-20 gramm tömegű fekete lyuk esetében a bomlási idő három dimenzióban körülbelül 10-83 másodperc lesz, nehéz még létnek is nevezni. Ahhoz, hogy a fizika értelmet nyerjen, legalább 10-43 másodpercig vagy annál tovább kell tartani. A fekete lyuk tömegére lefordítva legalább 0,00002 gramm súlyúnak kell lennie, hogy esélye legyen a létezésre.
Négy dimenzióban, különösen, ha egy "további" nagy, a bomlási idő 10-23 másodperc lesz. De ennek a miniatűr fekete lyuknak a várható pusztulásának meghiúsításához el kell dobnia a fizika jól ismert törvényeit. Ezek a törvények pedig annyira megalapozottak, hogy a legkisebb valószínűséggel sem lehet ezeket megcáfolni - olyan, mintha reggel felébrednék, és látnánk, ahogy nyugaton felkel a nap.
De tegyük fel, hogy vannak új fizikai törvények, amelyeket még nem ismerünk, és ezek a fekete lyukak hirtelen stabilakká válnak. Fekete lyukat csinálsz - egy apró - a föld közepén, és az nem bomlik szét. Lenyeli a Földet? És ha igen, milyen gyorsan? Ezzel elérkeztünk a harmadik és egyben utolsó feltételhez, és ne felejtsük el: már kétszer is elutasítottuk a fizika ismert törvényeit, hogy ez a hülyeség lehetséges legyen.
3. Kiszámíthatja, hogy a fekete lyuk milyen gyorsan felszívja az anyagot, és még csak a bolygónk élettartamához sem jut hozzá
Szoktuk azt gondolni, hogy a fekete lyukak "szívják" az anyagot, de valójában csak gravitációsan tudnak kölcsönhatásba lépni vele. 5 x 10-20 gramm tömegű ez a gravitációs erő rendkívül kicsi lesz: csak annyit tehet, hogy újra és újra áthalad a Föld közepén, és egy elemi részecskével való ütközésre vár. Mivel fekete lyukunk keresztmetszete nagyon kicsi, és egy proton (vagy neutron) keresztmetszete nagyon nagy, feltételezhető - az érv mentése érdekében -, hogy minden alkalommal, amikor a fekete lyuk ütközik, elnyeli a protont vagy a neutront.
Feltételezve, hogy minden protont, neutront vagy elektront elnyel, amellyel érintkezésbe kerül - és figyelembe véve annak gravitációját, hogy kiderüljön, mi vonzza -, másodpercenként körülbelül 66 000 protont és neutronot fog elnyelni. Természetesen 66 000 proton és neutron tömeg apróság: 1,1 x 10-25 gramm. Ez a növekedési sebesség állandó lesz, amíg a fekete lyuk elég nagy lesz; csak egymilliárd tonna tömegnél nő a fekete lyuk gyorsabban, mivel keresztmetszete nő. 66 000 nukleon rögzítése másodpercenként, mit gondol, mennyi időbe telik a fekete lyuk, hogy kilót nyerjen? Három billió év. Ez idő alatt a Nap kialszik - még az Univerzum sem létezik annyira.
Tehát még akkor is, ha fekete lyukat csinál, és ha a fizika törvényei tévesek, és a fekete lyuk örökké élni fog, ártalmatlan lesz. Nem számít, hány fizikai törvényt vetünk el, felülvizsgálunk vagy változtatunk, a Föld akkor is rendben lesz.
Tehát ne félj. Igyekszünk teljesen biztonságos módon felfedezni a világot. Minden aggály elosztható - csak forduljon a tudósokhoz és kérdezzen. Ők sem őrültek.
KHEL ILYA