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本帖最后由 wqr 于 2011-12-18 21:26 编辑
新型模拟的快照表明，两个对撞的粒子实际上可以创造出黑洞（见最后一个方块中的黑圈）。
你可能听说过这个争论：粒子物理学家们预测，世界上最高能量的新型核粒子加速器——位于瑞士日内瓦附近的大型强子对撞机（LHC），可能会创造出微型黑洞，他们称这将是一个奇妙的发现；一些灾难预言者担心，这些黑洞可能会吞没地球，尽管物理学家们说吞没地球是不可能的，但他们还是请求联合国停止这个55亿美元的LHC项目。然而说来也怪，从来没有人证明过，流行的引力论——爱因斯坦的广义相对论，实际上预测了黑洞是可以通过对撞而产生的。现在，一次计算机模拟首次确切地证明，利用粒子对撞可以制造出黑洞。
“如果模拟结果不是这样，我会感到吃惊的，”伊利诺斯州巴塔维亚市费米国家加速器实验室的物理学家约瑟夫·莱肯说，“但是，要让那些知道黑洞形成过程的人们仔细看看该模拟，这是很重要的。”
形成黑洞的关键是在足够小的体积内塞进足够多的质量或能量，就象巨型恒星塌缩时所发生的情况。根据爱因斯坦的广义相对论，质量和能量可以使空间和时间（时空）发生扭曲，产生了我们所感觉到的引力效应。如果足够大的质量或足够高的能量塞进足够小的空间中，那么这种扭曲就会变得极为严重，以至于任何事物——甚至连光都无法逃脱。这样该物体就变成了黑洞。恰恰是利用这种办法，两个粒子可以形成黑洞，条件是以超出基本限度的能量进行对撞，这个能量限度被称为普朗克能量。
也许物理学家们这么猜测过。加拿大温哥华市英属哥伦比亚大学的马修·肖普提克说，研究人员根据所谓的“环绕猜测（hoop conjecture）”得出了上述预言。环绕猜测是一个基本法则，它说明了一个特定质量的物体被压缩到何种程度才会形成黑洞。肖普提克指出，20世纪70年代的一次计算也表明，粒子碰撞可以形成黑洞，但是当时的模拟把粒子本身当作黑洞，因此可能会由于曲解而无法得到预期的结果。
现在，肖普提克和普林斯顿大学的弗朗斯·普雷托里斯模拟了这样的对撞，同时利用了广义相对论中全部特别复杂的数学资料。为了使模拟简便和具有普遍性，他们将两个粒子模拟成被称为玻色星体的假设物体，类似于把恒星做成流质球体的那种模型。肖普提克和普雷托里斯运用了几百台计算机，计算了两个对撞粒子之间的引力作用。他们发现，如果两个粒子对撞的总能量为普朗克能量的大约三分之一，确实可以形成一个黑洞，这个能量比环绕猜测所预测的稍微低一点。他们在《物理评论快报》杂志纸质版的一篇论文中报道了该发现。
这是否意味着LHC将会制造出黑洞呢？肖普提克说，不一定。普朗克能量比LHC可以达到的最高能量还要高出1×1018倍。因此，LHC可能制造出黑洞的唯一方法和条件是：空间不是三维的，它实际上拥有更多的维度，这些维度卷曲成极小的环状，只有在高能粒子对撞中才可以探测到。根据某些理论的预测，这些额外维空间可能会由于一个异常的因素而有效地降低普朗克能量。“如果确实在这个加速器中探测到了黑洞的形成，我会感到极为惊讶的，”肖普提克说。物理学家们说，这种黑洞会在没有任何危害的情况下衰变成普通粒子。
“能够通过计算机模拟做到这些，确实证明了他们的技术高超，”加州大学圣塔芭芭拉分校的引力理论家史蒂夫·吉丁斯说。他说，这样的模拟对于更加仔细地研究粒子碰撞和黑洞形成是很重要的。的确，如果太空中不存在额外维空间，如果普朗克能量仍然无望达到，模拟或许就是研究这种现象的唯一方法。
译自：美国《科学》杂志网站（22 January 2010）
原著：Adrian Cho
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发表于 2011-12-18 20:02:24
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