奇异又美妙的黑洞

尽管欧洲核子研究理事会（CERN）受到这些疯子的控诉，也被那些自封“核物理学家”的人胡乱地猜测，但是客观事实是非常清楚的：在等待磁单极或奇异夸克在欧洲核子研究组织（CERN）的探测器中被发现的过程中，没有任何一位科学家屏息担忧制造出黑洞，但是很多研究粒子物理学的正牌科学家确实是相信，大型强子对撞机（LHC）可能会制造出一个微型黑洞来。但我的朋友，这个事实应该是值得庆贺，还是值得哀悼的呢？黑洞到底是什么东西，大型强子对撞机（LHC）怎样才能制造一个黑洞？

其实，黑洞没有你想象的那么复杂：它只是一个密度很大，会在自身的重量压力下完全坍缩的物体。密度，当然就是指单位空间内物质的质量。一个日常生活中的事物，比如说一架钢琴密度不够大，所以不至于在自己的重量压力下发生塌陷——任何坍缩的趋势都会被组成它的原子之间的力轻松抵消掉。但是恒星比普通物体的密度要大很多；如果碰到了够大的恒星，事情就有意思了。以我们的太阳为例，太阳表面的物质受到的向内的引力非常巨大。太阳没有坍缩的唯一原因就是，太阳的内核中发生的核反应，产生的外向的压力也很大。不过，当太阳的核反应的燃料最终用光的时候会发生什么呢？

答案是太阳会发生部分的坍缩，事实上，天文物理学家预测太阳会被压缩到地球大小，大概是它现在半径的百分之一。环顾宇宙，我们就能发现许多比太阳的质量大好几百倍的星星——它们的燃料如果烧尽了会怎么样？答案是：变成黑洞。因为它们无法承受自身巨大的重量，于是会被压缩到不及一个电子大。如果你离黑洞够远，那么它对你的影响就跟任何可以产生巨大引力场的物体，比如恒星，是一样的。但是如果靠得够近，你就会被吸进去，再也出不来了。当然这就是“黑洞”一词的由来。甚至，靠得够近的话，连光都跑不掉。

就像我们在下一课讲宇宙知识中会看到的一样，我们相信大多数星系，包括我们的母星系银河系，其中央都有一个黑洞。我们的星系中央的那个黑洞的质量相当于太阳的430万倍，其实，任何质量的物体都可以成为黑洞，只要它的密度够大。换句话说，大型恒星之所以可以成为黑洞是因为它们密度很大，而不是因为它们体积很大或者因为它们是恒星。如果我有办法把你压缩得足够小的话，你自己也可以成为一个黑洞。要想在很小的空间里聚集很多质量，除了通过大型强子对撞机（LHC）里面发生的对撞还有什么更好的地方可寻呢？

在大型强子对撞机（LHC）里绕行的一颗质子携带的能量大概是单个质子静止时能量的7000倍，两个质子对撞就有两倍的能量，也就大约是单个质子静止时能量的14000倍。对于一个很小的空间来说，这个能量算相当高了。但是问题在于，是不是密度已经大到可以形成一个微型黑洞了呢？

很遗憾，根据现有的理论，这个问题的答案是：还不够大，而且相距甚远。如果引力跟平常生活中表现得一样弱的话，那么大型强子对撞机（LHC）里的质子对撞是不会产生足够高的能量来制造出黑洞的；事实上，这能量大概弱了1000兆倍。但是，也有其他理论——弦理论就是其中之一——认为当距离小到量子等级时引力会比平常来得大。如果这是真的话，产生量子大小的黑洞就是非常可能的。

不过，就算这种微型黑洞真的出现了，所有理论都预测它存在不了多久。史蒂芬·霍金是黑洞数学模型的领军人物之一，他预测黑洞会通过一个被称为“霍金辐射”的过程蒸发。黑洞越小，蒸发速度越快；像大型强子对撞机（LHC）里的微型黑洞，基本上瞬间就蒸发掉了，而且看起来就像是突然有各种粒子朝各种方向突然消失。所以，你也可以说，量子等级的黑洞根本就不黑，它更像一个微型的太阳。

如果你因为这些事感到激动，那么你可能有点不太清醒，因为弦理论是未经证实的理论，而且大型强子对撞机（LHC）制造的黑洞可能只存在于我们的想象之中。这么说吧：如果大型强子对撞机（LHC）真的造出来一个黑洞，来帮助我们理解引力、额外维度、希格斯粒子或者其他你能想到的东西，那么量子黑洞就是一个最好不过的东西。我不仅不担心微型黑洞的出现，还会一直挥舞着欢迎的旗子，盼望着我们能有好运气，让一个微型黑洞来造访我们。