迷你黑洞的背景知识

如题所述

第1个回答  2016-06-04

产生的黑洞原来是质量(能量):质量被塞进一个球体,这个球体的半径与“施瓦氏半径”(Schwarzschild radius)相等,就形成黑洞。施瓦氏半径是引力导致一个特定密度的天体自行坍塌的临界点。事实上施瓦氏半径与塞进去的物体的总质量和引力的强度成正比。例如,为了在我们的地球外形成黑洞,你必须把它塞进一个体积大约只有一个弹子(半径8.9毫米)那么大的球体里。相比之下,太阳的施瓦氏半径大约是3公里。
这张图片模拟的是ATLAS里产生的黑洞
如果我们用黑洞代替我们的太阳,会出现什么情况呢?
如果我们用相同质量的黑洞取代我们的太阳,我们的太阳系不会有太大改变。地球会继续保持在现在的轨道里,因为黑洞产生的引力可能跟太阳产生的引力正好相同。不过整个太阳系会变的比现在暗一些,冷一些。
“迷你”黑洞与潜伏在太空中的大型黑洞有何不同?
牛津大学物理系的奇戴姆·艾瑟威尔说:“最简单的黑洞是中心有奇点,而且被‘黑洞表面(Event Horizon)’环绕的天体。一旦有东西与黑洞之间的距离小于‘黑洞表面’的半径,它就会被黑洞吸进去,再也无法逃逸出去,即使光也无法逃出黑洞的魔爪,因此美国物理学家约翰·阿奇巴德·惠勒在1967年把这些天体命名为‘黑洞’。”
奇戴姆表示希望通过研究黑洞,可以得出一个公式化的量子引力理论:把爱因斯坦的广义相对论(从宏观上描述了引力)与量子力学(从微观角度描述了物理学)嫁接在一起。
大型强子对撞机是质子与质子相撞。这些质子由更小的成分构成,即所谓的“部分子”,事实上它们才是大型强子对撞机里正在相撞的粒子。大型强子对撞机里的两个相撞质子(例如夸克和胶子)的施瓦氏半径,至少比普朗克长度(Planck length)小15个等级。普朗克长度是可以在常规宇宙中获得的物体的最小间距或大小。
奇戴姆评论说:“这意味着在常规物理模型中,两个质子相撞根本不会产生黑洞。然而有模型称,在非常小的距离内引力会变得异常大。如果这种猜测属实,大型强子对撞机里两个相撞质子的施瓦氏半径会变的足够大,因此两个质子彼此穿过对方并非没有可能。如果真是这样,我们或许可以生成一个微型黑洞。” 将大型离子对撞实验(ALICE)的内部追踪系统运送到实验洞并将它嵌入定时发射膛(TPC)。
这些小型黑洞是什么样的?我们应该担心它们吗?事实上它们不会那么黑暗。随着黑色天体不断辐射波谱,它们最终会消失。它们的消失速度与黑洞的质量成反比。庞大黑洞的质量非常大,它们的消失速度可以忽略不计。与之相比,迷你黑洞非常热:热得令人难以置信。我们太阳的核心大约有1500万开氏温标,然而它要想赶上迷你黑洞的温度,你必须再在这个数字后面添加42个零。这种令人难以置信的高温意味着迷你黑洞会很快消失在它们周围温度更低的太空里。它们的潜在寿命大约是一亿分之一秒的一千的九次方分之一。因此它们产生后会在刹那间消失不见。
如果它们果真出现了,它们会立刻变成很多小粒子,利用ATLAS探测器可以发现它们。这些粒子将拥有非常惊人的特征。储存在探测器里的总能量大约是几兆电子伏特,终态粒子的数量会非常大。利用其他新物理学几乎无法模拟黑洞的特征,如果它们果真产生了,我们就不会错过它们。
据英国每日邮报报道,目前,英国著名物理学家史蒂芬-霍金(Stephen Hawking)指出,与一座山脉质量相近的迷你黑洞将产生1000万兆瓦的X射线和伽马射线,这足以提供全球的电力供应,但我们首先需要发现一个质量较小的黑洞,并合理利用它的能量,如果控制不当很可能毁灭人类。
这一观点是霍金在参与英国广播公司“里斯讲座”节目中提出的,他解释称,在黑洞存在的前提下,成对的虚粒子可能落入黑洞,分裂再重新组合在一起,彼此逐渐消耗能量。虚粒子最终落入黑洞,或者以放射形式逃离黑洞。
他之前发现一个黑洞可以制造并喷射粒子和放射物,与其质量形成反比例。例如:一个具有太阳质量的黑洞,在低速率的条件下会使粒子泄漏,使它无法被探测到。但是可能存在于一个山脉质量大小的迷你黑洞。
霍金说:“山脉质量大小的黑洞将以1000万兆瓦的速率释放大量X射线和伽马射线,这足以提供全球电力供应。但是操控迷你黑洞并非易事,你无法将迷你黑洞放置在发电站,因为它会直接穿透地面,进入地球内核。如果我们获得一个迷你黑洞,只有一个处理方法,那就是将它设置在地球轨道。”
科学家已搜寻迷你黑洞多年时间,但都没有成功,霍金说:“虽然很遗憾,但如果他们找到了,那么我就不会获得诺贝尔奖了!”他建议在额外维度空间创建迷你黑洞。

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