Büyük Hadron Çarpıştırıcısı Dünya'yı yok edecek bir kara delik yaratabilir mi?
Bilgi sınırının gelişimini her teşvik ettiğimizde, buna riskler ve geri dönüş beklentileri eşlik eder. Buradaki riskler birçok yönden kaynaklanıyor: yeni hiçbir şey bulunamaz, deney tasarlandığı gibi çalışamaz ve bir şeyler ters gitse bile hasara ve yıkıma neden olabilir. Ancak yeni bilginin geliştirilmesi, yeni teknolojilerin geliştirilmesi ve tüm insan bilimlerinin ilerlemesi dahil olmak üzere ödüller çok büyük.
Resim kaynağı: CERN'de Büyük Hadron Çarpıştırıcısı (LHC)
Avrupa Nükleer Araştırma Merkezi'nin (CERN) Büyük Hadron Çarpıştırıcısı (LHC), tüm bunları en iyi şekilde somutlaştırabilecek yerlerden biridir. Orada, bir parçacık hızlandırıcının ulaşabileceği en yüksek enerjiye sahip protonları çarpıştırmaya başladık. Birkaç yıl önce, Fermilab tarafından belirlenen 2 teravoltun (teravolt, 10 ^ 12 elektron volt) rekorunu kırdık, her parçacığı 3.5 teravolta hızlandırdık ve elde etmek için birbirleriyle çarpışmalarını sağladık. Toplam 7 teravolt enerji. Bu keşif, yalnızca çok sayıda bulunması zor temel parçacığı (üst kuarklar ve w ve z bozonları gibi) oluşturmamızı sağlamakla kalmaz, aynı zamanda yeni bir tür temel parçacığı ve Standart Modelde keşfedilmemiş olan son parçayı keşfetmemizi sağlar. Parçacık: Higgs bozonu.
Resim kaynağı: Fermi Ulusal Hızlandırıcı Laboratuvarı.
Büyük Hadron Çarpıştırıcısına yapılan mevcut yükseltme, toplam enerjinin 13-14 TEV'sine ulaşmamızı sağlıyor (kime sorduğunuza bağlı olarak). Yeterince şanslıysak, bu devasa enerji altındaki çok sayıda çarpışma, sahip olduğumuz yüksek hassasiyetli dedektörlerle birleştiğinde, bu laboratuvarda daha önce hiç görmediğimiz parçacıkları yaratmamıza ve keşfetmemize izin verebilir. Elbette bu, bazı insanları inanılmaz (ve tamamen güvenilmez) suçlamalar yapmaktan alıkoymadı, örneğin:
- Büyük Hadron Çarpıştırıcısı'ndaki bilim adamları, paralel evrenle birkaç gün içinde iletişime geçmeyi umuyorlar.
- Büyük Patlama teorisi, Büyük Hadron Çarpıştırıcısı tarafından yıkılabilir ve evrene bakma eylemi, bizi yutan bir kara delik yaratarak sonunda evreni yok edebilir.
İlk ikisi kötü bilimsel raporlar ve üçüncüsü, çirkin yüzünü defalarca yükselten ortak bir korkudur. Gerçekte dayanak yok Ama paniğe neden oldu.
Peki yanlış olduğunu nasıl bileceğiz? Hadi bulalım.
Resim kaynağı: Fermilab Today
Ek boyutların varlığını öngörebilecek birçok teori vardır. Dört boyutlu uzay-zamanda var olduğunu bildiğimiz üç boyutlu ve tek boyutlu zaman boyutları değil, aynı zamanda evrenimizde en az bir ek uzay boyutu vardır. Bu boyutları tespit ettiğimiz enerjiyle elde edemesek de, bu ekstra boyutların bizim algıladığımızdan daha küçük bir ölçekte var olduğu düşünülebilir - daha yüksek enerjiye karşılık gelir.
Bu ekstra boyutlar varsa, teorik bir olasılık, küçük, küçük ve mikroskobik kara deliklerin üretilebileceğidir!
Resim kaynağı: NASA / California Institute of Technology Jet Laboratory
Eğer bunu yapabilirsek, bu inanılmaz bir teknolojik başarı, evren anlayışımızı sonsuza kadar değiştirecek inanılmaz bir kanıt olacak. Elbette, her durumda, "kara deliklerden" bahsettiğinizde, insanlar hemen böyle felaket bir tablo hayal edecekler: bir şey her türlü maddeyi içine çeker ve yavaş yavaş dünyamızı oluşturan protonları ve ortamı yer. Oğullar ve elektronlar sonunda tüm dünyayı yok etti.
Sanatçının süper kütleli kara delik jetinin hayal gücü
Aslında bunun imkansız olduğunu biliyoruz, bunun üç nedeni var, tek tek açıklayalım.
Resim kaynağı: Pierre Auger Gözlemevi
1) Eğer bu küçük kara delikler varsa, dünya milyarlarca yıldır onlar tarafından vurulmuştur ve o hala buradadır.
Elbette, daha önce bir laboratuvarda bu enerjinin parçacıklarını hiç üretmemiştik. Ancak enerjinin en yüksek noktasında, enerji, Büyük Hadron Çarpıştırıcısında yarattığımız enerjiden yüz milyon kat (100 milyon) daha büyüktür ve parçacıklar dünyaya çarpmaya devam eder: kozmik ışınlar bizi uzayın her yönünden bombardıman eder.
Örnek: Kozmik ışın akısı (birim alandaki parçacık sayısı) ve enerji (elektron volt olarak, en yüksek enerji 1 joule'e eşittir; veya 10 ^ 12 elektron volt, bu LHC çarpışmasının ürettiği enerjiye eşdeğerdir). Resim kaynağı: Boyle, P.J. Mathematics Library: 0810.28967, Cronin et al.
Güneş sistemimizde ve güneşin tarihi boyunca, eğer bu kara delikler var olsaydı, dünyayı (ve tüm gezegenleri) bombardıman edeceklerdi ve güneş sistemimizdeki herhangi bir nesnenin kara delik haline geldiğine veya bir kara delik tarafından yutulduğuna dair kesinlikle hiçbir kanıt yok.
Ama belki de muhalif bir tavra sahip olacaksınız: Bu nesneler çok hızlı hareket ederler, bu yüzden dünyadan geçerler, içinde kalmak için çok az yerler ve sonra galaksinin uzayından geçip güneşi uzak bırakırlar. Peki, itirazınız buysa, belki ikinci neden sorununuzu çözecektir - bu neden imkansızdır.
2) Gerçekten minyatür bir kara delik yaratırsanız, Hawking radyasyonu yoluyla çok küçük bir zaman ölçeğinde bozulurlar.
Ek boyutlar varsa, bunların (aynı zamanda çok nadir, ancak makul olan) mikroskobik kara deliklerin oluşumuna izin veren belirli bir türde olabileceği düşünülebilir. Bu kara deliğin kütlesi en fazla proton-proton çarpışmasının enerjisine veya 13-14 teravolta eşittir. E = mc ^ 2'ye göre, karşılık gelen kütlesi 5 × 10 ^ (- 20) gramdır ve bu muhtemelen daha küçüktür.
Ancak doğru boyut ve türde ekstra boyutlara sahip olsanız ve bu kara deliği yaratsanız bile, hala bir sorununuz var: bu kararsız. Kuantum mekaniği yasaları nedeniyle, bu kara delik Hawking radyasyonu adı verilen bir süreçle bozulacak. Kütlesi 5 × 10 ^ (- 20) gram olan bir kara delik için, üç boyuttaki bozunma süresi yaklaşık 10 ^ -83 saniyedir, bu da var olmak için yeterli değildir! Fiziği anlamlı kılmak için 10 ^ -43 saniye veya daha uzun süreye ihtiyacımız var. Bir kara deliğin kütlesine dönüştürüldüğünde, mümkün olması için en az 0.00002 gram olması gerekiyor.
Büyük patlamadan bu yana evrenin tarihi
Bununla birlikte, dört boyutlu bir uzayda, özellikle "fazladan" boşluk büyük olduğunda, bozulma süresi 10 ^ -23 saniyeye kadar devam edecektir. Oh, bu gerçekten ilginç. Bu minyatür kara deliğin beklenen çürümesinin üstesinden gelmek için, bilinen fizik kanunlarını bir kenara atmalıyız. Ancak bu yasalar o kadar mükemmel ve güvenilir ki, yanıldıklarını hayal etmek zor - tıpkı yarın uyanmak ve batıdan doğan güneşi görmek gibi.
Bununla birlikte, tartışmanın rahatlığı için, bu kara delikleri dengelemek için henüz düşünmediğimiz bazı yeni fizik yasalarının olduğunu varsayıyoruz. Bu yüzden, dünyanın merkezine göre hareketsiz duran bir kara delik - çok küçük bir kara delik - yapıyoruz ve çürümeyecek. Dünyayı yutabilir mi? Öyleyse, dünya ne kadar hızlı yutulacak? Bu üçüncü ve son itirazımıza yol açar: Unutmayın: Bunu başarmak için, bilinen fizik kanunlarını iki kez iptal ettik.
Resim kaynağı: Ulusal Havacılık ve Uzay İdaresi, S. Gezari (Johns Hopkins Üniversitesi), J. Guillochon (California Üniversitesi, Santa Cruz).
3) Kara deliğin, gezegenimizin yaşam süresinden çok daha az olan maddeyi yutabileceği hızı hesaplayabilirsiniz.
Hızla dönen kara delik çok fazla plazma saçıyor. Kaynak: evren bugün
Kara deliklerin tüm maddeyi "biriktirdiğini" düşünüyoruz, ama gerçek şu ki, madde ile ancak yerçekimi yoluyla etkileşime girebilirler. Yaklaşık 5 × 10 ^ (- 20) gramlık bir kütleyle, uyguladığı yerçekimi kuvveti son derece zayıftır: yapabileceği tek şey, dünyanın merkezine girmek ve onu tekrar dışarıya iletmektir. Temel parçacıklar çarpışır. Bir kara deliğin enine kesiti küçük olmasına rağmen, bir protonun (veya nötronun) kesiti oldukça büyüktür.Bu nedenle, gösteri adına, bir kara deliğin bir protona veya nötrona çarptığı her seferinde, bir proton veya nötron absorbe edeceğini varsayabiliriz. .
Resim kaynağı: CERN / Süperiletken Halka Alan Dedektörü
Diyelim ki dokunduğu her proton, nötron veya elektronu - neyi çekeceğini görmek için yerçekimini hesaba katarken - her saniye yaklaşık 66.000 proton ve nötron yiyecektir. Tabii ki 66.000 proton ve nötronun kütlesi çok küçük: 1.1 x 10-25 gram. Bu büyüme oranı, kara delik oldukça büyüyene kadar aynı kalacak; sadece yaklaşık 1 milyar tonda kara delik bu hızdan daha hızlı büyümeye başlayacak çünkü kesitinin artması çok uzun sürüyor. Saniyede 66.000 nükleon yakalamak için, bir kara deliğin 1 kilograma ulaşması ne kadar sürer? Üç trilyon yıl, bu güneşin ömründen daha uzun ve hatta evrenin yaşından bile daha uzundur.
Resim kaynağı: NASA / "Wilkinson Mikrodalga Anizotropi Probu" bilimsel araştırma ekibi
Yani bir kara delik yaratsanız bile, bildiğimiz fizik yasaları yanlış olsa ve her zaman var olacak olsa bile, yine de zararsızdır. Kaç tane fizik kanunu önerirseniz, gözden geçirir veya ayarlarsanız, dünya yine de daha iyi olacaktır.
Resim Kredisi: NASA / Apollo 17
Öyleyse neşelen! Hepimiz fiziğin sınırlarını keşfetmeye, evren hakkındaki bilgimizi ve anlayışımızı artırmaya ve bunu tamamen güvenli bir şekilde yapmaya hazırız. Gezegenimizin kara delikler tarafından yutulacağına dair herhangi bir korku tamamen mantıksızdır ve artık bunun nedeni hakkında bilimsel bilgiye sahip olduğunuza göre, emin olabilirsiniz. En azından fiziksel olarak dünya güvende.
Referans
1. Wikipedia Ansiklopedisi
2. Astronomik terimler
Bilginize: Qin Zhengbing
Yazar: Ethan Siegel
İlgili herhangi bir içerik ihlali varsa, silmek için lütfen 30 gün içinde yazarla iletişime geçin
Lütfen yeniden basım için yetki alın ve bütünlüğü korumaya ve kaynağı belirtmeye dikkat edin
