Зачем ученые стремятся создать черную дыру на Земле? И как они собираются это сделать?
Черные дыры — это прожорливые субстанции, поглощающие все, что находится поблизости. Вот почему ученые волнуются, что их коллеги могут случайно или намеренно создать подобные явления, например, внутри ускорителя частиц, Большого адронного коллайдера (БАК). Что произойдет в таком случае? Разбираемся.
Как бы выглядела черная дыра, созданная в лаборатории?
Черная дыра образуется, когда умирает звезда, намного более массивная, чем наше Солнце. В то время как внешние слои звезды взрываются наружу, превращаясь в сверхновую, ее ядро сминается внутрь, прижимаясь к центральной точке с такой силой, что никакая известная во Вселенной сила не может его остановить. Это приводит к субатомному пятну невообразимой массы и плотности, гравитация которого настолько сильна, что даже что-то, движущееся со скоростью света, не сможет вырваться из его лап. Это и называется черная дыра.
Если подлететь к ней слишком близко, она вас поглотит. Только в пределах сферической границы, окружающей дыру, человек или любой другой объект втянется внутрь. Огромные черные дыры имеют большую границу (горизонт событий) — диаметром в миллионы километров, тогда как меньшие простираются всего на десятки километров в поперечнике. Если бы мы могли создать черную дыру в лаборатории весом всего 500 г, ее горизонт событий был бы в триллион раз меньше, чем у протона.
Даже если бы кто-то захотел создать нечто подобное в лаборатории на Земле, пределы наших технологий не позволили бы нам этого. Ученые говорят, что искусственная черная дыра будет настолько маломассивной, что ее гравитационное влияние окажется относительно небольшим.
На самом деле в 2021 году ученые уже пытались создать искусственную черную дыру. Точнее, повторить принцип ее работы. Еще в 1974-м Стивен Хокинг утверждал, что тип излучения, подобный тепловому излучению, формируется как освобождение от прерываний квантовых флуктуаций, вызванных горизонтом событий. Однако излучение Хокинга, скорее всего, слишком слабое, чтобы его можно было обнаружить с Земли, и, вероятно, его слишком сложно обнаружить или отсеять — если предположить, что оно вообще существует. Чтобы проверить эту теорию, ученые решили смоделировать дыру в лаборатории.
Исследователи позволили электронам перескакивать из одного положения в другое, создав одномерную цепочку атомов. Некоторым свойствам было позволено исчезнуть, фактически породив своего рода ровный горизонт, который мешал волнообразной природе электронов. Это вызвало повышение температуры, как теоретически ожидалось от черной дыры, и имитировало пространство-время, которое можно было считать плоским при определенных симуляциях.
Частицы были созданы возмущениями квантовых флуктуаций, вызванными разрывом пространства-времени черной дырой. Затем излучение Хокинга проявилось в форме видимого свечения. Черная дыра, выращенная исследователями в лаборатории, состояла из потока газа (примерно из 8000 атомов рубидия, охлажденного почти до абсолютного нуля и удерживаемого на месте лазерным лучом). Они создали состояние вещества, известное как конденсат Бозе-Эйнштейна, которое позволяет тысячам атомов действовать в унисон, как если бы они были единым целым.
Зачем ученые стремятся создать черную дыру?
Возможность создания черной дыры в лаборатории — это цель, которую активно преследуют ученые. Она позволит исследователям ответить на многие фундаментальные вопросы о квантовой механике и природе гравитации.
Опасения по поводу того, что именно БАК сможет создать черную дыру, возникли из-за того, что в специальной теории относительности Эйнштейна масса (m) и энергия (E) взаимозаменяемы: отсюда и известное уравнение E = mc2, где «c» — скорость света. Поскольку суперколлайдер сталкивает протоны с невероятными скоростями (близкими к скорости света) и энергиями, могут появиться всевозможные странные и экзотические частицы, включая черную дыру.
Но для создания дыры даже с микроскопическим горизонтом событий потребуется в миллиарды раз больше энергии, чем может произвести БАК. Даже если бы он мог создать такую субстанцию, объект быстро потерял бы энергию и рассеялся в мгновение ока.
До того, как установку запустили в 2008 году, некоторые исследователи предположили, что если ткань пространства-времени будет иметь дополнительные измерения, подобные тем, которые предполагаются в теории струн (возможный способ объединить квантовую физику и гравитацию в единую теорию), может появиться черная дыра. Это потому, что в нашей четырехмерной вселенной гравитация слишком слаба, чтобы загнать материю в черную дыру.
Однако, если другие измерения существуют, гравитация может быть не такой слабой, как нам кажется, потому что часть ее силы может просачиваться в эти измерения. В такой вселенной черная дыра, появляющаяся внутри атомного сокрушителя, становится гораздо более реальной, потенциально открывая понимание самой природы гравитации. Это открытие стало бы одним из самых странных и удивительных явлений.
Идею подхватили СМИ, произведя большой фурор. Немецкий химик даже подал иск против CERN в Европейский суд по правам человека. Специальный комитет физиков уже начал изучать этот вопрос в 2003 году и пришел к выводу, что, поскольку частицы из космоса врезаются в атмосферу с энергией, намного превышающей энергию суперколлайдера, без образования черных дыр, такая возможность представляется маловероятной. Отчет комитета был пересмотрен и переиздан в 2008 году с дополнительной информацией, чтобы успокоить опасения общественности.
На сегодняшний день на БАК не наблюдалось ни одной черной дыры. Но кто знает, к чему приведет развитие технологий в дальнейшем.
