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叩响天堂之门：宇宙探索的历程 [:1700950065]
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叩响天堂之门：宇宙探索的历程
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很长一段时间以来，物理学家们都在等待着大型强子对撞机的开机运行。这些数据对科学进程而言十分重要，粒子物理学家们已经对高能情形下的实验数据求知若渴了。我们尚不知道隐藏在标准模型之下的各种假设中到底哪一个是正确的，而大型强子对撞机将提供这个答案。在这本书揭示一些有趣的可能性之前，接下来的几章中我们将绕路而行，以考虑一些有关风险与不确定性的重要问题，这些问题对理解如何解释大型强子对撞机的实验研究，以及一些有关现实世界主题的问题都是十分重要的。这场征程将从大型强子对撞机产生的黑洞，以及它们是如何收获大众杞人忧天般的关注开始。
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担心世界毁灭的人们
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物理学家们正在考虑大型强子对撞机最终可能发现事物的多种可能性。20世纪90年代，理论物理学家和实验物理学家们首次对某个新发现的，粒子物理学与引力本身都能在其中得以修正，并能在大型强子对撞机的能标上预测新现象的研究方向感到兴奋。这些理论中一个有趣的潜在推论激起了人们很大的兴趣，物理学领域之外的人对其兴趣尤甚，即微观低能黑洞存在的可能性。如果额外维度的观点确实正确，比如我与拉曼·桑卓姆（Raman Sundrum）提出的那套理论，这种额外维度的微型黑洞也许真的可能产生。物理学家们乐观地预测，这种黑洞（如果被创造出来）可以为引力修正理论提供合理的证据。
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并非所有人都对这种可能性抱有热情。在美国与其他地方的某些人担心，可能产生的黑洞会吞噬地球上的一切事物。我经常在许多公开演讲中被问及这种潜在的情景。在我解释了为何这种想法是杞人忧天之后，大多数的提问者都对我的回答十分满意。然而，并非每一个人都有机会聆听整个故事。
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沃尔特·瓦格纳（Walter Wagner），曾是一位核安全官员，现在是律师、中学教师、夏威夷某座植物园的经理；西班牙人路易斯·桑科（Luis Sancho），一名作家、自封的时间理论研究者——这两人是这些杞人忧天的人中最激进的。他们两位激进到在夏威夷对欧洲核子研究中心、美国能源部、美国国家科学基金会与美国费米加速器中心提起了诉讼，以拖延大型强子对撞机的开机时间。如果他们的目标仅仅是拖延大型强子对撞机的运行，那还不如送出一只鸽子，让它把一片面包渣掉到大型强子对撞机的机器里更为简单呢（这种事情当真发生过，那只鸽子像是一名特立独行的特工[41] ）。但是，瓦格纳与桑科希望让大型强子对撞机永久地停止运行，所以他们依旧在奋力前进。
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并不只有瓦格纳与桑科担忧黑洞可能引起的危机。由公益律师哈里·莱曼（Harry V.Lehmann）执笔的著作《量子中没有金丝雀：谁来决定大型强子对撞机是否值得以我们的地球作为赌注？》中也简明地概述了这些顾虑。一个相关主题的博客集中回顾了2008年9月的爆炸所带来的恐惧，并拷问：大型强子对撞机是否能再次安全开机？然而，最主要的顾虑并非集中于2008年9月19日灾难背后的技术失败原因，而是大型强子对撞机中可能产生的真正物理现象。
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由莱曼与其他许多人对“末日审判机械”的描述所传播开的恐惧，主要集中于他们认为可能导致整个地球被吞噬的黑洞。他们担心，大型强子对撞机风险评估小组根据量子力学作出的研究缺乏可信的风险评估。
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他们作出这一论断的主要依据是：
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●根据理查德·费曼与其他人的说法，“没有人真正懂得量子力学”。
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●弦理论之中尚有许多未知因素，它们有可能构成不确定性，而他们认为是有关系的。
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他们的问题涉及如下要点：
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●是否不论风险多小、出于何种理由，对地球产生的威胁都不能被允许？
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●谁拥有上述问题的决议权？
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虽然地球瞬间的毁灭实乃大事，然而，后一个问题往往更加适用于其他决议——比如涉及全球变暖的议题。我希望本章及下一章将能使你确信，与其担忧地球被黑洞吞噬的可能性，还不如担心美国401（K）法案[42] 的养老金被消耗光呢。尽管大型强子对撞机的计划表与预案都有风险，然而通过细致的调查、研究所修正的理论说明，黑洞并不具有任何危险。
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必须明确，我这么说并不意味着我们没有必要提出这个问题。和其他人一样，科学家们也必须预估他们的行为所可能带来的危险结果。然而在黑洞的问题上，物理学家们建立在已有的科学理论和数据之上来评估风险并因此确定，并不存在令人不安的可能性。在前行到下一章讨论更一般的风险之前，本章将要探索，为什么某些人会考虑到大型强子对撞机产生黑洞的可能性，以及为什么人们对世界末日的担忧是一种完全被误导的想法。本章讨论的这些细节对下一章的一般性讨论而言并不重要，甚至对下一部分大型强子对撞机将要发现什么的概述而言也不重要。但是，它是物理学家们如何思考、预测，并为接踵而来的风险评估打下基础的一个示例。
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大型强子对撞机中的黑洞
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黑洞是某种事物，它的引力之强足以把任何离它过近的物体吸引进去。在某个被称为“事件视界”（event horizon）半径之内的任何事物都会被吞噬，并被束缚在其内部。即便是如光一般轻盈的事物，也会沦陷于黑洞那巨大的引力场中。任何事物都无法从黑洞之中逃脱。一名《星际迷航》的铁杆粉丝开玩笑说，它们是“最好的博格人”。任何遭遇黑洞的事物最终都将被吞噬，因为引力的铁律宣示着“抵抗毫无意义”[43] 。
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事件视界
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一种时空曲隔界线。在事件视界之外的观察者无法利用任何物理方法获得事件视界之内的任何事件信息。它是从黑洞中发出的光所能达到的最远距离。
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当足够多的物质被集中在一个足够小的区域中时，引力将变得不可阻挡，黑洞就产生了。形成黑洞所需区域的大小取决于黑洞的质量。更小的质量必须被集中在相应的更小区域中，而更大的质量可以分布在更大的区域中。不管怎样，当密度很大且临界物质处在所需的体积内时，引力就会变得不可阻挡，黑洞就会形成。从经典角度来看（这意味着在计算中忽略量子力学效应），当这些黑洞吸引附近的物质时会不断变大。也是根据这种经典计算，黑洞永远不会衰亡。
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在20世纪90年代之前，从没有人想过在实验室中制造黑洞，因为与典型的现代对撞机中的粒子质量或者能标相比，即便是制造最小的黑洞所需的质量也太过巨大。毕竟，黑洞有着极强的引力，然而任何我们已知单独粒子的引力都太过微小，远小于任何其他已知的相互作用力，比如电磁相互作用力。如果引力的强度与我们的预期相一致，那么在一个只有三个空间维度构成的宇宙里，在可达到的能标下，粒子的对撞远达不到所需的能量。然而，黑洞确实遍布宇宙——事实上，大多数大型星系的中心都有一个黑洞。然而，创造黑洞所需的能量至少比任何实验室能产生的能量要高出1015 倍（1后面接15个0）。
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