Дали Най-Големият Суперколад В Света Ще Породи Черна Дупка? (Op-Ed)

{h1}

Подобно на сцените от dc the comics 'the flash, слуховете продължават да съществуват за ускорители на частици, пораждащи бедствия, завършващи на земята, но има конкретни причини, поради които физиците в реалната вселена не губят сън.

Дон Линкълн е старши учен в американския департамент по енергетика „Фермилаб“, най-голямата изследователска институция за големи адронови коли в САЩ. Той също така пише за науката за обществеността, включително и последната му „Големият адронен сблъсък: извънредната история на Хигс Босън и други неща, които ще взривят ума ви“ (Johns Hopkins University Press, 2014). Можете да го последвате във Facebook. Мненията тук са негови. Линкълн допринесе тази статия за WordsSideKick.com's Expert Voices: Op-Ed & Insights.

Авангардната наука е изследване на неизвестното; интелектуална стъпка към границата на човешкото познание. Подобни изследвания доставят голямо вълнение за страстните от разбирането на света около нас, но някои се страхуват от неизвестното и се чудят дали новата и мощна наука и съоръженията, в които се изследва, биха могли да бъдат опасни. Някои дори стигат дотам, че се питат дали един от най-амбициозните изследователски проекти на човечеството може дори да представлява екзистенциална заплаха за самата Земя. Така че нека да зададем този въпрос сега и да го извадим от пътя.

Може ли суперколайдер да сложи край на живота на Земята? Не разбира се, че не.

Но всъщност не е глупав въпрос за хората, които не са мислили внимателно за това. В крайна сметка Големият адронен колайдер (LHC), най-големият и най-мощен ускорител на частици в света, е изрично инструмент за изследване, който е предназначен да отблъсне границите на невежеството. Не е толкова неразумно да питаш как знаеш, че нещо не е опасно, ако никога не си го правил. И така, как мога да кажа с такава пълна увереност, че LHC е напълно безопасен?

Е, краткият отговор е, че космическите лъчи от космоса непрекъснато напомпват Земята с енергии, които джуджет тези на LHC. Като се има предвид, че Земята все още е тук, не може да има опасност или така разсъжденията отиват.

И това би могло да бъде последната история, но приказката е много по-богата, отколкото този кратък (но много точен) отговор би ви накарал да повярвате. Затова нека разровим малко по-дълбоко в това, което кара някои да подозират опасност, и след това да проучим доста подробно описание на точката и контрапункта, участващи в предоставянето на солиден и удовлетворителен отговор на въпроса.

Може ли LHC да създаде черна дупка за убийство на Земята?

Скептиците са предложили LHC да създаде много възможни опасности, вариращи от неясния страх от неизвестното до някои, които са странно специфични.

Най-често се споменава идеята, че LHC може да направи черна дупка. В популярната литература черните дупки разпалват чудовища на Вселената, като ограбват всичко около тях. Като се има предвид такова изображение, изобщо не е неразумно хората да се чудят дали една черна дупка, създадена от LHC, може да протегне и да унищожи ускорителя, лабораторията, после Швейцария, Европа и накрая Земята. Това би било страшен сценарий, беше ли достоверно - но не е така.

Това, което следва веднага, са по-слабите (но все още непреодолими) причини, поради които тази възможност е, не е възможна, а в следващия раздел ще видите причините от чугун и злато, за да отхвърлите този и всички други възможни сценарии за край на Земята,

Първият въпрос е дали в LHC дори може да се създаде черна дупка. Уви, когато разгледаме всички научни доказателства и използваме най-модерното ни разбиране за законите на Вселената, няма как LHC да направи черна дупка. Гравитацията е просто твърде слаба, за да се случи това.

Някои скептици протестират, че едно от обясненията за слабостта на гравитацията е, че съществуват малки допълнителни измерения на пространството. Според тази теория гравитацията е наистина силна и изглежда само слаба, защото гравитацията може да "изтича" в допълнителните измерения. След като започнем да изследваме тези малки размери, силната гравитация може би ще направи черна дупка. За съжаление на почитателите на черната дупка, никой не е намерил доказателства за съществуването на допълнителни измерения и ако те не съществуват, LHC не може да направи черни дупки.

Така цялата основна идея за тази конкретна възможна опасност е изградена на дълъг изстрел. И все пак, дори в малко вероятния случай, че допълнителни размери са реални и може да се създаде черна дупка, има добра причина да не се притеснявате, че черните дупки ще навредят на Земята.

Щитът срещу тази хипотетична опасност е радиацията на Хокинг. Предложена през 1974 г. от Стивън Хокинг, радиацията на Хокинг е по същество изпаряването на черна дупка, причинена от взаимодействието й с частици, създадени в близост до дупката. Докато черните дупки ще абсорбират околния материал и ще растат, изолирана черна дупка бавно ще загуби маса.

Механизмът е квантов механичен, включващ двойки частици, които се правят близо до повърхността на дупката. Едната частица ще влезе в дупката, но другата ще избяга и ще отнесе енергия. Тъй като според теорията на Айнщайн за обща относителност, енергията и масата са еднакви, този процес има ефект на много бавно намаляване на масата на черната дупка. Въпреки че едната частица влиза в дупката, загубата на другата води до дупката бавно да се изпарява. Това е трудна точка. Повечето хора мислят за черна дупка като маса в центъра, но всъщност тя е както масата в центъра, така и енергията, съхранявана в гравитационното поле. Частицата, приближаваща се към центъра, просто се движи в черната дупка, докато частицата, която се движи навън, избяга изцяло от черната дупка. Както масата на избягващата частица, така и енергията, която носи, се губят към черната дупка, намалявайки енергията на цялата система от черна дупка.

А скоростта, с която дупката се изпарява, е силна функция на размера на дупката. Голяма черна дупка ще загуби енергия много бавно, но малка ще се изпари с миг на око. Всъщност всяка черна дупка, която LHC би могла да направи, чрез всяка възможна теория, ще изчезне, преди да може да се доближи до всяка друга материя, която да се издигне.

Симулация на сблъсък на частици вътре в Големия адронен колайдер, най-големият ускорител на частици в света близо до Женева, Швейцария. Когато два протона се сблъскат вътре в машината, те създават енергична експлозия, която поражда нови и екзотични частици.

Симулация на сблъсък на частици вътре в Големия адронен колайдер, най-големият ускорител на частици в света близо до Женева, Швейцария. Когато два протона се сблъскат вътре в машината, те създават енергична експлозия, която поражда нови и екзотични частици.

Кредит: CERN

Странни странчета

Друга предложена опасност е нещо, наречено странно. Странник е хипотетична субатомна частица, съставена от приблизително равен брой нагоре, надолу и странни кварки.

Имайте предвид, че няма нулеви доказателства, че странните парчета са нещо различно от идея, родена в плодородното въображение на теоретичен физик. Но, ако те съществуват, твърдението е, че странното по същество е катализатор. Ако повлияе на обикновената материя, тя ще накара материята, която докосне, също да се превърне в странност. Следвайки идеята до своя логичен завършек, ако на Земята се направи странно, това ще доведе до срутване на цялата планета в кълбо от материя, направено от странци... нещо като превръщане на Земята в екзотична версия на неутронна звезда. По същество странник може да се мисли като субатомно зомби; този, който превръща всичко, до което се докосне, в зомбита на другаря си.

Но няма доказателства, че странките са истински, така че това може да е достатъчно, за да не се притесняват някои хора. Въпреки това, все още е вярно, че LHC е машина на откриване и може би всъщност може да направи странно... добре, ако те наистина съществуват. В крайна сметка странните не са окончателно изключени и някои теории ги предпочитат. Въпреки това, по-ранен ускорител на частици, наречен релативистки тежък йонен сблъсък, тръгна да ги търси и се появи празни.

Това са само две идеи за това как суперколлайнер може да представлява заплаха и има още. Бихме могли да изброим всички възможни опасности, но остава нещо по-смущаващо да се има предвид: Тъй като ние не знаем какво се случва с материята, когато започнем да я изучаваме с енергии, които са възможни само с LHC (това е, разбира се, точка на изграждане на газта), може би ще се случи нещо, което никога не е било предвидено. И предвид нашето невежество, може би това неочаквано явление може да бъде опасно.

И това е последното притеснение, което потенциално би могло да бъде толкова тревожно за създателите на LHC. Когато не знаеш това, което не знаеш, ти… ами… не знаеш. Такъв въпрос изисква мощен и окончателен отговор. И ето го...

Защо LHC е напълно безопасен

Предвид изследователския характер на изследователската програма за LHC, това, което е необходимо, е причина за желязо, която показва, че съоръжението е безопасно, дори ако никой не знае какво може да срещне LHC.

Черните дупки са странни региони, където гравитацията е достатъчно силна, за да огъва светлина, да изкривява пространството и да изкривява времето.

Черните дупки са странни региони, където гравитацията е достатъчно силна, за да огъва светлина, да изкривява пространството и да изкривява времето.

Кредит: Карл Тейт / Space.com

За щастие, ние имаме най-убедителния отговор от всички: Природата провежда еквивалента на безброй LHC експерименти от началото на Вселената - и все още се прави всеки ден на Земята.

Космосът е насилствено място, звездите изхвърлят буквално тонове материал всяка секунда - и това е най-тъмното явление. Появяват се супернове, които взривяват звездни неща в Космоса. Нейтронните звезди могат да използват интензивни магнитни полета, за да ускорят частиците от едната страна на Вселената. Двойките на орбита черни дупки могат да се слеят, разклащайки самата тъкан на пространството.

Всички тези явления, както и много други, предизвикват преливане на субатомни частици в пространството. Тези частици, състоящи се предимно от протони, пътуват по дължината на Вселената, спирайки се само когато един неудобен къс материя попадне на пътя им.

И понякога тази неудобна материя е Земята. Ние наричаме тези междугалактични куршуми - предимно високоенергийни протони - „космически лъчи“. Космическите лъчи носят гама от енергии - от почти пренебрежимото, до енергии, които абсолютно джуджет тези на LHC.

За да създаде усещане за мащаб, LHC се сблъсква с частици заедно с обща енергия от 13 трилиона (или тера) електронни волта енергия (TeV). Космическият лъч с най-висока енергия, регистриран някога, е бил несъвместим 300 000 000 TeV енергия.

Сега космическите лъчи на тази огромна енергия са много редки. Енергията на по-често срещаните космически лъчи е много по-ниска. Но ето точката: Космическите лъчи на енергията на един LHC лъч удрят Земята с около половин квадрилион пъти в секунда. Не е необходим коллайдър.

Не забравяйте, че космическите лъчи са предимно протони. Това е така, защото почти цялата материя във Вселената е водород, който се състои от един протон и един единствен електрон. Когато ударят земната атмосфера, те се сблъскват с азот, кислород или други атоми, които са съставени от протони и неутрони. Съответно космическите лъчи, удрящи Земята, са само два протона, които се блъскат заедно - точно това се случва вътре в LHC. Два протона се блъскат заедно.

По този начин, баражът от космически лъчи от космоса прави еквивалент на LHC изследвания от началото на Земята - просто не сме имали лукса да можем да гледаме.

Сега човек трябва да бъде внимателен. Лесно е да хвърляш числата наоколо малко ужасно. Въпреки че има много космически лъчи, удрящи атмосферата с LHC енергии, ситуациите между това, което се случва вътре в LHC, и това, което се случва с космическите лъчи навсякъде по Земята, са малко по-различни.

Сблъсъците в космическите лъчи включват бързо движещи се протони, удрящи неподвижни, докато LHC сблъсъците включват два лъча от бързо движещи се протони, удрящи се напред. Челните сблъсъци са присъщи по-силни; за да направим справедливо сравнение, трябва да разгледаме космическите лъчи, които са много по-високи в енергията, по-специално около 100 000 пъти по-високи от енергиите LHC.

Космическите лъчи на тази енергия са по-редки от по-ниските енергийни, но все още 500 000 000 от тях удрят атмосферата на Земята всяка година.

Когато си спомняте, че Земята е на 4,5 милиарда години, осъзнавате, че Земята е преживяла нещо като 2 милиарда милиарда космически лъчи с енергии, еквивалентни на LHC (или по-високи) в атмосферата, откакто Земята се е образувала. За да направим толкова много сблъсъци, трябва да управляваме LHC непрекъснато в продължение на 70 години. Като се има предвид, че все още сме тук, можем да заключим, че сме в безопасност.

Но за да сте абсолютно сигурни...

Аргументът за космическия лъч е фантастичен, тъй като е независим от всяка възможна опасност от LHC, включително и такива, които все още не сме си представяли. Съществува обаче вратичка, която потенциално намалява силата на аргумента. Тъй като сблъсъците на космическите лъчи са между бързо движещ се и неподвижен протон, "опасната" частица (каквато и да е тази) се получава с висока скорост и може да се изстреля от Земята, преди да има време да я повреди. (Това е като в билярд, когато топката с бияч удря друга топка. След удара поне една, а често и двете отиват да летят.) За разлика от тях LHC лъчите се удрят с главата напред, правейки неподвижни предмети. (Помислете за две еднакви коли с еднакви скорости, удрящи се с главата.) Може би те ще се придържат и ще разграбят касапницата по земното кълбо.

Но и на това има отговор. Избрах Земята, защото тя е близка и скъпа за нас, но Земята не е единственото, което е засегнато от космическите лъчи. Слънцето също се удря; и когато космически лъч удари слънцето, той може да направи високоенергиен "опасен" продукт, но след това този продукт трябва да премине през много по-голямо количество материя. И това не взема предвид, че е слънцето много по-голям от Земята, така че той преживява много повече високоенергийни сблъсъци от нашата планета.

По-нататък можем да разширим броя на космическите цели, за да включим неутронни звезди, които се състоят от материя, толкова плътна, че каквото и да е потенциално опасно нещо, което бихме помислили, ще спре мъртъв в неутронната звезда веднага след като е направено. И все пак слънцето и неутронните звезди, които виждаме във Вселената, все още са там. Не са изчезнали.

Безопасност!

Значи този аргумент е най-долният ред. Когато попитате дали LHC е безопасен, трябва да осъзнаете, че Вселената вече е направила експериментите за нас.

Ако сте актуален експерт - изследовател, бизнес лидер, автор или новатор - и бихте искали да допринесете за редакция, изпратете ни имейл тук.

Ако сте актуален експерт - изследовател, бизнес лидер, автор или новатор - и бихте искали да допринесете за редакция, изпратете ни имейл тук.

Космическите лъчи удрят Земята, Слънцето, другите звезди и всички безброй обитатели на Вселената с енергии, които далеч надхвърлят тези на LHC. Това се случва непрекъснато. Ако имаше някаква опасност, щяхме да видим някои от тези предмети да изчезнат пред очите ни. И въпреки това не го правим. Така можем да заключим, че каквото и да се случи в LHC, то представлява точно, точно, несъмнено, нула опасност. И не можете да забравите решаващия момент, че този аргумент работи за всички възможни опасности, включително тези, които никой още не си е представял.

И така, след като установихме безопасността на желязото на LHC, какво тогава? Е, абсолютно се надяваме, че ние правя направете черни дупки в LHC - както беше обяснено, те биха били мънички и не биха изплакали планетата. Ако видим малки черни дупки, ще разберем защо гравитацията изглежда толкова слаба. Вероятно ще установим, че съществуват допълнителни измерения на пространството. Ще бъдем толкова по-близо до намирането на теория за всичко, теория, която е толкова убедителна, проста и сбита, че можем да напишем нейното уравнение на тениска.

Макар че сега сме уверени, че LHC е напълно безопасен, абсолютно вярно е, че въпросът за безопасността е бил важен за изследване на учените. Всъщност цялото упражнение беше удовлетворяващо, тъй като използваше най-добрите научни принципи, за да стигне до окончателно заключение, че всички могат да се съгласят, е валидно. Така че сега можем да изтласкаме границите на своето невежество, като само нарастващото ни вълнение от перспективата за откритие да ни разсее.

Следвайте всички въпроси и дебати на експертните гласове - и станете част от дискусията - във Facebook, Twitter и Google+. Изразените мнения са тези на автора и не отразяват непременно възгледите на издателя. Тази версия на статията първоначално е публикувана в WordsSideKick.com.


Видео Добавка: .




Изследване


Ами Ако Снимам Телевизора Си?
Ами Ако Снимам Телевизора Си?

Вие Го Правите: Направете Своя Собствена Крушка
Вие Го Правите: Направете Своя Собствена Крушка

Наука Новини


Ледът На Арктическо Море Достига Рекорден Минимум (Инфографика)
Ледът На Арктическо Море Достига Рекорден Минимум (Инфографика)

Невъзможност За Откриване На Сарказъм Мей Хералд Деменция
Невъзможност За Откриване На Сарказъм Мей Хералд Деменция

Снимки: Древно Погребално И Метално Оръдие От Южен Левант
Снимки: Древно Погребално И Метално Оръдие От Южен Левант

Вероятно Е Открит 1-Ви Метеорит От 1908 Г. Тунгуска Експлозия
Вероятно Е Открит 1-Ви Метеорит От 1908 Г. Тунгуска Експлозия

Скалата На Хаити Е Изненадващ Остатък От Древен Суперконтинент
Скалата На Хаити Е Изненадващ Остатък От Древен Суперконтинент


BG.WordsSideKick.com
Всички Права Запазени!
Възпроизвеждането На Използваните Материали Оставя Само Prostanovkoy Активна Връзка Към Сайта BG.WordsSideKick.com

© 2005–2020 BG.WordsSideKick.com