Telkens wanneer we de grenzen van kennis verleggen, zijn er risico's en uitzicht op beloningen. Er zijn veel risico's: niets nieuws vinden, een mislukt of niet-werkend experiment uitvoeren, vernietiging veroorzaken als het misgaat. Maar de beloningen kunnen enorm zijn: nieuwe kennis, nieuwe technologieën en doorbraken voor de hele menselijke wetenschap.
Een plaats die dit alles belichaamt, is de Large Hadron Collider (LHC) op CERN, waar we protonen begonnen te laten botsen met de hoogste energieën die ooit in een deeltjesversneller zijn bereikt. Een paar jaar geleden hebben we het oude record gebroken - 2 TeV (teraelectronvolt, of 1012 eV), dat werd vastgesteld door het Fermi Laboratory - door deeltjes te versnellen tot 3,5 TeV en ze met elkaar te laten botsen, waardoor 7 TeV aan totale energie werd bereikt. Deze ontdekking stelde ons niet alleen in staat om niet alleen een groot aantal ongrijpbare fundamentele deeltjes (top-quark, W- en Z-bosonen) te creëren, maar ook om een volledig nieuw fundamenteel deeltje te ontdekken, de laatste van de onontdekte deeltjes van het Standaardmodel: het Higgs-deeltje.
Met de bijgewerkte LHC kunnen we ongeveer 13-14 TeV aan totale energie winnen. Als we geluk hebben, zullen een indrukwekkend aantal botsingen met deze energieën, gecombineerd met ongelooflijke detectoren, ons in staat stellen om nooit eerder geziene deeltjes in dit laboratorium te creëren en te ontdekken. En dit opent natuurlijk de hele ruimte voor ongelooflijke (en volkomen ongemakkelijke) uitspraken, zoals:
"Wetenschappers van de Large Hadron Collider hopen binnenkort in contact te komen met een PARALLEL UNIVERSUM."
"De Large Hadron Collider daagt de oerknaltheorie uit."
"Games met het heelal kunnen ons vernietigen: de zwarte gaten die bij de LHC ontstaan, zullen ons opslokken."
Promotie video:
En als de eerste twee volkomen onzin, misleidende wetenschappelijke informatie zijn, zaait de derde uitspraak angst onder de bevolking en steekt de kop elke keer op als de LHC begint te werken.
Waar heeft deze onzin benen? Laten we het uitzoeken.
Er zijn een aantal theorieën die het bestaan van extra dimensies voorspellen. Niet alleen drie ruimtelijke en één tijdelijke, die, zoals we weten, inherent zijn aan onze vierdimensionale ruimte-tijd, maar ook ten minste nog één ruimtelijke dimensie in ons universum. En hoewel we geen toegang hebben tot deze dimensies met de energieën die voor ons beschikbaar zijn, wordt aangenomen dat op schalen die kleiner zijn dan die waarmee we te maken hadden - en corresponderen met hogere energieën - deze extra dimensies bestaan.
En als deze extra dimensies bestaan, is er ook de theoretische mogelijkheid dat er minuscule, miniatuur, microscopisch kleine zwarte gaten kunnen ontstaan!
Als we dit hadden gedaan, zouden we een ongelooflijke technologische en wetenschappelijke prestatie hebben bereikt die de manier waarop we over het universum denken voor altijd zou veranderen. Maar als je "zwart gat" zegt, stellen mensen zich onmiddellijk (en niet tevergeefs) een catastrofaal beeld voor van iets dat materie van welke aard dan ook opzuigt, protonen, neutronen en elektronen van onze wereld verslindt en alles en iedereen vernietigt.
Maar dit is om drie redenen onmogelijk. Laten we het uitzoeken.
1. Als deze miniatuur zwarte gaten bestaan, dan hebben ze miljarden jaren de aarde geraakt, en de aarde draait nog steeds
Natuurlijk hebben we nog nooit eerder deeltjes met deze energie gemaakt in een laboratoriumomgeving. Maar op de hoogste energieniveaus - energieën die meer dan honderd miljoen keer (100.000.000) hoger zijn dan die waarmee we bij de LHC werken - botsen deeltjes constant op de aarde: dit zijn kosmische straling die ons vanuit alle kosmische richtingen bombarderen.
Deze zwarte gaten zouden, als ze zouden bestaan, de aarde (en alle planeten) bombarderen gedurende de hele geschiedenis van ons zonnestelsel, evenals de zon, en niets wijst erop dat enig lichaam in het zonnestelsel zwart is geworden. gat of werd er door opgegeten.
En hier kun je stellen, zeggen ze, deze objecten bewegen te snel en vliegen daarom gewoon door de aarde, eten te weinig materie om binnen te blijven en vliegen naar de intergalactische ruimte. In dit geval zou de tweede reden u moeten kalmeren.
2. Als je echt een miniatuur zwart gat creëert, zal het vervallen als gevolg van Hawking-straling, en heel, heel snel
Als er aanvullende dimensies zijn, kan worden aangenomen dat ze van een bepaald type kunnen zijn, waardoor (opnieuw, zelden, maar toepasselijk) microscopisch kleine zwarte gaten kunnen ontstaan. Zo'n zwart gat zal op zijn best een massa hebben die gelijk is aan de energie van een proton-proton-botsing, tot 13-14 TeV. Volgens de formule E = mc2 komt dit overeen met een massa van 5 x 10-20 gram, en hoogstwaarschijnlijk zelfs minder.
Maar zelfs als je extra afmetingen hebt van de juiste schaal en type, en je maakt dit zwarte gat, dan blijft het probleem: het wordt instabiel. Dankzij de wetten van de kwantummechanica zal dit zwarte gat tijdens het proces van Hawking-straling uiteenvallen. Voor een zwart gat met een massa van 5 x 10-20 gram zal de vervaltijd in drie dimensies ongeveer 10-83 seconden zijn, het is moeilijk om het zelfs maar bestaan te noemen. Om natuurkunde te begrijpen, duurt het minstens 10-43 seconden of langer. Vertaald naar de massa van een zwart gat, moet het minstens 0,00002 gram wegen om een kans van bestaan te hebben.
In vier dimensies echter, vooral als een "extra" groot is, zal de vervaltijd 10-23 seconden zijn. Maar om het verwachte verval van dit miniatuur zwarte gat te dwarsbomen, moet je de bekende natuurkundige wetten weggooien. En deze wetten zijn zo goed ingeburgerd dat er geen enkele kans is om ze te weerleggen - het is alsof je 's ochtends wakker wordt en de zon in het westen ziet opkomen.
Maar laten we zeggen dat er nieuwe natuurkundige wetten zijn die we nog niet kennen, en deze zwarte gaten worden plotseling stabiel. Je maakt een zwart gat - een heel klein gat - in het midden van de aarde, en het valt niet uiteen. Zal het de aarde verzwelgen? En zo ja, hoe snel? Dit brengt ons bij de derde en laatste voorwaarde, en vergeet niet: we hebben de bekende natuurkundige wetten al twee keer verworpen om deze onzin mogelijk te maken.
3. Je kunt berekenen hoe snel een zwart gat materie absorbeert, en je komt niet eens in de buurt van de levensduur van onze planeet
We zijn gewend te denken dat zwarte gaten materie "opzuigen", maar in werkelijkheid kunnen ze er alleen gravitatie mee in wisselwerking staan. Met een massa van 5 x 10-20 gram zal deze zwaartekracht extreem klein zijn: het enige wat het kan doen is keer op keer door het middelpunt van de aarde gaan, wachtend op een botsing met een elementair deeltje. Aangezien de doorsnede van ons zwarte gat erg klein is en de doorsnede van een proton (of neutron) erg groot, kan - om het argument te redden - worden aangenomen dat elke keer dat het zwarte gat botst, het een proton of neutron zal absorberen.
Ervan uitgaande dat het elk proton, neutron of elektron waarmee het in contact komt, absorbeert - en rekening houdend met de zwaartekracht om erachter te komen wat het aantrekt - zal het ongeveer 66.000 protonen en neutronen per seconde absorberen. 66.000 protonen en neutronen zijn natuurlijk kleine dingetjes qua massa: 1,1 x 10-25 gram. Deze groeisnelheid zal constant blijven totdat het zwarte gat vrij groot is; alleen met een massa van een miljard ton zal een zwart gat sneller groeien naarmate de doorsnede groter wordt. Als je 66.000 nucleonen per seconde vastlegt, hoe lang denk je dat het een zwart gat zal kosten om een kilo aan te komen? Drie biljoen jaar. Gedurende deze tijd zal de zon uitgaan - zelfs het universum bestaat niet zo veel.
Dus zelfs als je een zwart gat maakt, en zelfs als de wetten van de natuurkunde verkeerd zijn, en het zwarte gat voor altijd zal leven, zal het onschadelijk zijn. Het maakt niet uit hoeveel natuurwetten we weggooien, herzien of veranderen, de aarde komt nog steeds goed.
Wees dus niet bang. We proberen de wereld op een volledig veilige manier te verkennen. Eventuele zorgen kunnen worden weggenomen - wend u tot wetenschappers en vraag het. Ze zijn ook niet gek.
ILYA KHEL
