Wann immer wir die Grenzen des Wissens überschreiten, gibt es Risiken und die Aussicht auf Belohnungen. Es gibt viele Risiken: nichts Neues zu finden, ein fehlgeschlagenes oder nicht funktionierendes Experiment durchzuführen und Zerstörung zu verursachen, wenn etwas schief geht. Aber die Belohnungen können enorm sein: neues Wissen, neue Technologien und Durchbrüche für die gesamte Humanwissenschaft.
Ein Ort, der all dies verkörpert, ist der Large Hadron Collider (LHC) am CERN, wo wir begonnen haben, Protonen mit den höchsten Energien zu kollidieren, die jemals in einem Teilchenbeschleuniger erreicht wurden. Vor ein paar Jahren haben wir den alten Rekord - 2 TeV (Teraelectronvolt oder 1012 eV), der vom Fermi-Labor eingestellt wurde - gebrochen, indem wir Partikel auf 3,5 TeV beschleunigt und zusammengestoßen haben, um 7 TeV Gesamtenergie zu erreichen. Diese Entdeckung ermöglichte es uns nicht nur, eine große Anzahl schwer fassbarer Grundpartikel (Top-Quark-, W- und Z-Bosonen) zu erzeugen, sondern auch ein völlig neues Grundteilchen zu entdecken, das letzte der unentdeckten Teilchen des Standardmodells: das Higgs-Boson.
Mit dem aktualisierten LHC können wir etwa 13 bis 14 TeV Gesamtenergie gewinnen. Wenn wir Glück haben, können wir durch eine beeindruckende Anzahl von Kollisionen bei diesen Energien in Kombination mit unglaublichen Detektoren in diesem Labor nie zuvor gesehene Partikel erzeugen und entdecken. Und dies eröffnet natürlich den gesamten Spielraum für unglaubliche (und völlig umständliche) Aussagen wie:
"Wissenschaftler des Large Hadron Collider hoffen, bald mit einem PARALLEL UNIVERSE in Kontakt zu sein."
"Der Large Hadron Collider stellt die Urknalltheorie in Frage."
"Spiele mit dem Universum können uns zerstören: Die am LHC entstandenen Schwarzen Löcher werden uns verschlucken."
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Und wenn die ersten beiden völlig Unsinn und irreführende wissenschaftliche Informationen sind, sät die dritte Aussage Angst in der Bevölkerung und erhebt jedes Mal, wenn der LHC zu arbeiten beginnt, seinen hässlichen Kopf.
Woher wachsen die Beine dieses Unsinns? Lass es uns herausfinden.
Es gibt eine Reihe von Theorien, die die Existenz zusätzlicher Dimensionen vorhersagen. Nicht nur drei räumliche und eine zeitliche, die bekanntlich unserer vierdimensionalen Raumzeit innewohnen, sondern auch mindestens eine weitere räumliche Dimension in unserem Universum. Und obwohl wir mit den uns zur Verfügung stehenden Energien nicht auf diese Dimensionen zugreifen können, wird angenommen, dass auf Skalen, die kleiner sind als die, mit denen wir uns befasst haben - und höheren Energien entsprechen - diese zusätzlichen Dimensionen existieren.
Und wenn diese zusätzlichen Dimensionen existieren, besteht auch die theoretische Möglichkeit, dass winzige, mikroskopisch kleine Miniatur-Schwarze Löcher entstehen könnten!
Wenn wir dies getan hätten, hätten wir eine unglaubliche technologische und wissenschaftliche Leistung vollbracht, die die Art und Weise, wie wir über das Universum denken, für immer verändern würde. Aber wenn Sie "Schwarzes Loch" sagen, stellen sich die Menschen sofort (und nicht umsonst) ein katastrophales Bild von etwas vor, das Materie jeglicher Art ansaugt, Protonen, Neutronen, Elektronen unserer Welt verschlingt und alles und jeden zerstört.
Dies ist jedoch aus drei Gründen unmöglich. Lass es uns herausfinden.
1. Wenn diese kleinen schwarzen Löcher existieren, treffen sie die Erde für Milliarden von Jahren und die Erde dreht sich immer noch
Natürlich haben wir noch nie zuvor Partikel mit dieser Energie in einer Laborumgebung erzeugt. Aber auf den höchsten Energieniveaus - Energien, die mehr als hundert Millionen Mal (100.000.000) höher sind als die, mit denen wir am LHC arbeiten - kollidieren Partikel ständig mit der Erde: Dies sind kosmische Strahlen, die uns aus allen kosmischen Richtungen bombardieren.
Diese Schwarzen Löcher würden, wenn sie existieren würden, die Erde (und alle Planeten) in der Geschichte unseres Sonnensystems sowie die Sonne bombardieren, und nichts deutet darauf hin, dass irgendein Körper im Sonnensystem schwarz geworden ist Loch oder wurde davon gegessen.
Und hier kann man argumentieren, dass sich diese Objekte zu schnell bewegen und daher einfach durch die Erde fliegen, zu wenig Materie essen, um im Inneren zu bleiben und in den intergalaktischen Raum hinauszufliegen. In diesem Fall sollte der zweite Grund Sie beruhigen.
2. Wenn Sie ein Miniatur-Schwarzes Loch erstellen, zerfällt es aufgrund der Hawking-Strahlung sehr, sehr schnell
Wenn es zusätzliche Abmessungen gibt, kann davon ausgegangen werden, dass sie von einem bestimmten Typ sind, wodurch sich (wiederum selten, aber treffend) mikroskopisch kleine Schwarze Löcher bilden können. Ein solches Schwarzes Loch hat bestenfalls eine Masse, die der Energie einer Proton-Proton-Kollision entspricht, bis zu 13-14 TeV. Nach der Formel E = mc2 entspricht dies einer Masse von 5 x 10-20 Gramm und höchstwahrscheinlich sogar weniger.
Aber selbst wenn Sie zusätzliche Abmessungen des richtigen Maßstabs und Typs haben und dieses Schwarze Loch herstellen, bleibt das Problem bestehen: Es wird instabil. Dank der Gesetze der Quantenmechanik zerfällt dieses Schwarze Loch im Prozess der Hawking-Strahlung. Für ein Schwarzes Loch mit einer Masse von 5 x 10-20 Gramm beträgt die Abklingzeit in drei Dimensionen etwa 10-83 Sekunden. Es ist schwierig, es überhaupt als Existenz zu bezeichnen. Damit die Physik Sinn macht, dauert es mindestens 10-43 Sekunden oder länger. In die Masse eines Schwarzen Lochs übersetzt, muss es mindestens 0,00002 Gramm wiegen, um eine Existenzchance zu haben.
In vier Dimensionen beträgt die Abklingzeit jedoch 10 bis 23 Sekunden, insbesondere wenn eine "zusätzliche" groß ist. Aber um den erwarteten Zerfall dieses Miniatur-Schwarzen Lochs zu vereiteln, müssen Sie die bekannten Gesetze der Physik wegwerfen. Und diese Gesetze sind so gut etabliert, dass es nicht die geringste Wahrscheinlichkeit gibt, sie zu widerlegen - es ist, als würde man morgens aufwachen und die Sonne im Westen aufgehen sehen.
Angenommen, es gibt neue Gesetze der Physik, die wir noch nicht kennen, und diese Schwarzen Löcher werden plötzlich stabil. Du machst ein schwarzes Loch - ein winziges - in der Mitte der Erde, und es zerfällt nicht. Wird es die Erde verschlucken? Und wenn ja, wie schnell? Dies bringt uns zur dritten und letzten Bedingung und vergessen Sie nicht: Wir haben die bekannten Gesetze der Physik bereits zweimal abgelehnt, um diesen Unsinn möglich zu machen.
3. Sie können berechnen, wie schnell ein Schwarzes Loch Materie absorbiert, und Sie werden nicht einmal der Lebensdauer unseres Planeten nahe kommen
Wir sind es gewohnt zu denken, dass Schwarze Löcher Materie "ansaugen", aber in Wahrheit können sie nur gravitativ mit ihr interagieren. Mit einer Masse von 5 x 10-20 Gramm ist diese Gravitationskraft extrem gering: Alles, was sie tun kann, ist, immer wieder durch den Erdmittelpunkt zu gelangen und auf eine Kollision mit einem Elementarteilchen zu warten. Da der Querschnitt unseres Schwarzen Lochs sehr klein und der Querschnitt eines Protons (oder Neutrons) sehr groß ist, kann - um das Argument zu retten - angenommen werden, dass jedes Mal, wenn das Schwarze Loch kollidiert, es ein Proton oder Neutron absorbiert.
Angenommen, es absorbiert jedes Proton, Neutron oder Elektron, mit dem es in Kontakt kommt - und berücksichtigt seine Schwerkraft, um herauszufinden, was es anzieht -, absorbiert es in der Größenordnung von 66.000 Protonen und Neutronen pro Sekunde. Natürlich sind 66.000 Protonen und Neutronen in Bezug auf die Masse kleine Dinge: 1,1 x 10-25 Gramm. Diese Wachstumsrate bleibt konstant, bis das Schwarze Loch ziemlich groß ist. Nur bei einer Masse von einer Milliarde Tonnen wächst ein Schwarzes Loch mit zunehmendem Querschnitt schneller. Wie lange dauert es Ihrer Meinung nach ein Schwarzes Loch, um ein Kilogramm zu gewinnen, wenn Sie 66.000 Nukleonen pro Sekunde erfassen? Drei Billionen Jahre. Während dieser Zeit wird die Sonne ausgehen - selbst das Universum existiert nicht so viel.
Selbst wenn Sie ein Schwarzes Loch bauen und die Gesetze der Physik falsch sind und das Schwarze Loch für immer leben wird, ist es harmlos. Egal wie viele Gesetze der Physik wir verwerfen, überarbeiten oder ändern, die Erde wird immer noch in Ordnung sein.
Hab keine Angst. Wir versuchen die Welt auf völlig sichere Weise zu erkunden. Alle Bedenken können ausgeräumt werden - wenden Sie sich einfach an Wissenschaftler und fragen Sie. Sie sind auch nicht verrückt.
ILYA KHEL
