Создать миниатюрную черную дыру легче, чем считалось раньше
Создание микроскопических черных дыр с использованием ускорителей частиц требует меньше энергии, чем считалось раньше, сообщают ученые.
Если физики будут создавать черные дыры с таким энергетическим потенциалом на Земле, то данное достижение будет говорить в пользу существования во Вселенной других измерений.
Никакая из таких черных дыр не будет нести угрозы Земле, добавляют ученые.
Гравитационные поля черных дыр настолько мощные, что от них не сможет убежать даже свет. Черная дыра обычно возникает, когда остатки мертвой звезды разрушаются под влиянием собственной силы притяжения (происходит процесс сжатия частиц).
Некоторые теории развития Вселенной предполагают существование других измерений реальности, размеры которых варьируются от показателей протона до частицы миллиметра. На расстояниях, сравнимых с размерами данных измерений, сила притяжения должна быть намного сильнее. Как таковой, атомный распад может сгенерировать достаточно энергии для создания черной дыры.
Когда самый мощный ускоритель частиц в мире, Большой Адронный Коллайдер, начал работать, ученым стало интересно, смог ли бы он стать «фабрикой черных дыр», генерируя такие объекты со скоростью одной единицы в секунду. Частицы движутся с огромной скоростью вокруг 27-километрового ядерного ускорителя. Столкновения частиц порождают взрывную энергию. В своей максимальной точке каждая вспыхивающая внутри коллайдера частица содержит в себе столько энергии, сколько есть в 400-тонном поезде, движущемся со скоростью 195 километров в час.
Как создать черную дыру
До этого времени ученые не идентифицировали черных дыр внутри Большого Адронного Коллайдера. Все же, теоретический интерес к такой возможности остается. Сейчас при помощи суперкомпьютеров ученые способны проводить симуляции столкновений частиц, движущихся почти со скоростью света. Такие симуляции дают возможность утверждать, что для создания черной дыры потребуется не так много энергии, как считалось раньше.
Это открытие происходит от теории относительности Эйнштейна. Вначале, посредством своего знаменитого уравнения E = mc2, Эйнштейн показал, что понятия массы и энергии относительны. Это значит, что чем выше энергия частицы (чем больше скорость движения частицы внутри коллайдера, в данном случае), тем больше становится ее масса.
Дальше, теория Эйнштейна объясняет, что масса искривляет материю пространства-времени, генерируя, таким образом, феномен под названием гравитация. Частицы, вращающиеся внутри ускорителя, также деформируют пространство-время и способны фокусировать энергию подобно линзам, фокусирующим свет.
Когда две частицы сталкиваются, энергетические потенциалы каждой из них фокусируются на своем противнике. Если ученые будут использовать модели, основанные на классическом понятии относительности, которое исключает вероятность других измерений, «возникновение черных дыр можно будет ожидать при третьей части энергетической мощности», говорит ученый Франс Преториус, физик-теоретик университета Принстон, в интервью сайту livescience.com.
Тем не менее, конвенциональная физика предполагает, что для создания микроскопической черной дыры потребуется в миллион миллиардов (квадрильон) раз больше энергии, чем способен выделить Большой Адронный Коллайдер. Именно поэтому треть от ранее предполагаемого объема энергии остается все еще за пределами человеческих возможностей. Сценарии, основанные на понятии других измерений, говорят о формировании черных дыр при меньших энергетических затратах, «но они не делают никаких конкретных предположений».
Безопасные черные дыры
Несмотря на весь тот ужас, который могут представлять собой черные дыры, если ускорители частиц способны их генерировать, тогда такие бесконечно малые сущности не будут нести с собой никакого риска.
«Одно из неправильных представлений о микроскопических черных дырах, которые могут формироваться в Большом Адронном Коллайдере, состоит в том, что они поглотят Землю», говорит Преториус. «Но, основываясь на научных выводах, мы со всей уверенностью можем сказать, что это невозможно».
Для начала, физик-теоретик Стивен Хокинг в ходе своих вычислений пришел к выводу, что все черные дыры со временем теряют массу, которая обретает форму излучения (излучение Хокинга). Крошечные черные дыры, таким образом, будут исчезать раньше, чем развиваться посредством пожирания вещества.
Даже, если кто-нибудь предположит, что Хокинг ошибся насчет стабильности черных дыр, они все равно не будут представлять собой никакой опасности. Поскольку крошечные черные дыры будут формироваться внутри ускорителя частиц, у них будет достаточно энергии, чтобы избежать влияния земной гравитации. Кроме того, если какая-нибудь из них попадет в ловушку, то, чтобы разрушить хотя бы миллиграмм земного вещества, ей понадобится времени столько, сколько существует сама Вселенная.
Преториус и его коллега Вильям Ист опубликовали детальный отчет о своем исследовании в журнале «Записки Физического Обзора» за 7 марта 2013 года.
