每次我們突破知識的前沿，它都會伴隨著風險，也伴隨著回報的前景。風險很多：找不到任何新的，實驗沒有按照設計發揮作用，甚至如果事情出錯，破壞可能性也會大。但回報是巨大的，包括新知識的開啟、新技術的開發以及整個人類科學事業的進步。

歐洲核子研究中心的大型強子對撞機（LHC）

歐洲核子研究中心的大型強子對撞機（LHC）就是其中一個，我們已經開始以粒子加速器中的最高能量碰撞質子。幾年前，我們打破了在費米實驗室創下的舊記錄——2 TeV（太電子伏特，或10^12 eV），將每個粒子加速至3.5 TeV，並相互粉碎，達到總能量的7 TeV。這一發現不僅使我們能夠創造出大量難以捉摸的基本粒子（如夸克和W-Z玻色子），而且使我們能夠發現標準模型中的全新基本粒子，如：希格斯玻色子。

升級的歐洲核子研究中心的大型強子對撞機（LHC）現在使我們能夠達到 13 到 14 TeV 之間的總能量（取決於您詢問誰）。如果我們真的很幸運，這些巨大能量的碰撞數量之多，加上我們高精度的探測器，使我們能夠在這個實驗室中製造和發現前所未見的粒子。 當然，這並不能阻止某些人提出令人難以置信的（和完全不可信的）聲明，例如：

• 大型強子對撞機的科學家希望在幾天內與平行宇宙取得聯繫，
• 大爆炸理論可能被大型強子對撞機揭穿真相，
• 對宇宙的窺探，最終導致通過製造出一個黑洞，吞噬地球，毀滅我們的宇宙。

雖然前兩個只是糟糕的科學報告，第三個是常見的恐懼，一次又一次出現在各大媒體上，引發了沒來由的公眾恐懼。

那麼，我們怎麼知道它是錯的？讓我們來看看。

我們生活在一個四維空間的宇宙，三個三維空間和一個時間維度，有許多理論預測了額外維度的存在，而且至少有一個額外的空間維度存在於我們的宇宙中。儘管我們不能完全以我們所探索的能量來訪問這些維度，但可以想象，在比我們所研究相對更高能量的尺度小，存在額外的維度。

如果這些額外的維度存在，一個理論上的可能性是，有可能創建微觀的黑洞！

黑洞

如果我們能做到這一點，這將是一個令人難以置信的科技壯舉，一項令人驚歎的證據，它將永遠改變我們對宇宙的理解。當然，你說"黑洞"這個詞，人們會在腦海中閃現一幅這種災難性的畫面，吸積各種物質，逐漸吞噬構成我們世界的質子、中子和電子，並最終摧毀整個宇宙。

這是不可能的。事實上，有三個原因，我們知道這是不可能的，下文我將逐一反駁解釋。

1.） 如果這些微型黑洞存在，地球已經被它們撞擊了數十億年，現在我們的地球仍然存在於宇宙中。

當然，我們以前從未在實驗室環境中製造過這種能量的粒子。但在最高能量下，能量比我們在LHC製造的粒子大一億倍以上：從太空四面八方轟擊我們的宇宙射線。

圖注：宇宙射線通量（每個區域的粒子）與能量（在電子伏特中，最高能量對應於+1焦耳；10^12eV對應於LHC碰撞中的能量）。

這些黑洞，如果它們存在的話，就會轟炸地球（和所有行星），在整個太陽系歷史，絕對沒有證據表明，我們太陽系的任何天體曾經成為一個黑洞或被黑洞吞噬。

但也許，你會反對，這些黑洞移動太快，所以它們只會從地球掠過，由於吞噬太少的物質，不能留在太陽系裡，然後穿過星系間空間，遠離太陽系而去。好吧，如果你反對這，也許第二個原因，可以解釋為什麼這是不可能的。

2.） 如果確實創造了一個微型黑洞，它們就會在小時間尺度上通過霍金輻射衰變。

如果有額外的尺寸，可以想象，它們可能是一種特定類型，允許（同樣，非常罕見，但看似合理）形成一個微觀黑洞。這個黑洞的質量最多等於質子與質子碰撞的能量，或高達13至14TeV。通過 E=m(c^2)，這對應於質量僅為5x10^(-20)克，而且很可能更少。

人們對黑洞恐懼

但是，即使有正確的比例和正確的類型的額外尺寸製造出這個黑洞，仍然有一個問題：它是不穩定。由於量子力學定律，這個黑洞將會通過一個稱為霍金輻射的過程而衰變。對於質量為5x10^(-20)克的黑洞，三維的衰變時間約為 10^(-83) 秒，這甚至不足以存在！為了物理有意義，我們需要大約10^(-43)秒或更長時間。需要至少是0.00002克質量才能轉化為黑洞質量，這樣的黑洞才會有存在的機會。

然而，在四個維度中，特別是如果"額外"維度較大，衰減時間一直長達10^(-23)秒。為了克服這個微型黑洞的預期衰變，我們必須拋棄已知的物理定律。這些定律是如此完善，這是不可思議的，以至於無法想象它們是錯的，這就像明天醒來，看到太陽在西方升起。

但是，為了論證起見，讓我們假設有一些新的物理定律，我們想到可以使這些黑洞保持靜止。所以，製造一個黑洞——一個微小的黑洞在地球中心靜止不動，且該黑洞不會衰變，它能吞噬地球嗎？如果是這樣，那會有多快將地球吞噬呢？這給我們帶來了我們的第三個也是最後一個反對理由，並記住：為達到這一點，我們已經兩次拋棄了已知的物理定律。

3.） 您可以計算黑洞吞噬物質的速度，發現它的成長速度，比太陽的壽命甚至宇宙的年齡要長得多。

我們知道黑洞"吸積"一切物質，但事實是，物質只能與黑洞引力相互作用。在質量為5x10^(-20)克時，黑洞施加的引力極其微弱：它所能做的就是進入地球的中心，然後再次向外傳遞，希望與基本粒子相撞。雖然黑洞的橫截面很小，但質子（或中子）的橫截面相當大，因此我們可以假設——為了論證——每次黑洞撞擊質子或中子時，它都會吸收它。

假設黑洞吃掉與它接觸的每一個質子、中子或電子——也考慮到它的引力，看看它吸引什麼——它將每秒吃掉大約66，000個質子和中子。當然，66，000個質子和中子的質量是很小的：1.1x10×^(-25)克。這個增長率保持恆定，直到黑洞變得相當大，只有當黑洞大約10億噸時，才會開始比這個速度增長得更快，因為它的橫截面需要這麼長時間才能增加。每秒捕獲66，000個核子，需要多長時間才能使黑洞達到一公斤？三萬億年，比太陽的壽命甚至宇宙的年齡要長得多。

可觀測宇宙年齡

因此，即使大型強子對撞機（LHC）製造出一個黑洞，即使它永遠存在，它是無害的。不管你拋棄多少物理定律，或者修改物理定律，地球仍然不會被該黑洞吞噬。

所以，請振作起來！任何你擔心我們地球被黑洞吞噬的恐懼，都是無稽之談，現在你掌握了這些科學知識，你可以放心了，至少，從物理學上來說，地球是安全的。

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