梦幻星空宇宙：人造黑洞可怕吗？

人造黑洞，一秒一个

现在我们拥有两种能很好描述物理实在的理论：量子力学在微观尺度上描述粒子和波的行为；广义相对论则描述了时间、空间、物质、能量在宏观尺度上的统一关系。但究竟哪个更基本呢？科学家们认为，为了透彻理解宇宙，必须把量子力学和相对论综合为能更精确描述实在的统一理论。

黑洞中心包藏谜底

为达到这个目的，需要在宇宙中找到一个量子力学效应和广义相对论效应都非常显著而又可测量的地方。而为了满足这个要求，必须把某一完整量的物质压缩到极小极小的体积中。之所以必须有一定量的物质，是因为广义相对论效应主要涉及引力。而在极小的空间中，量子效应会变得明显起来。哪里存在这样的条件呢？宇宙为科学家们研究基础物理学提供了一种天然实验室——黑洞。

黑洞是“死去”恒星的残余物，具有巨大吸引力，在时间和空间上是无底洞，无论多少量的物质都能吞噬。黑洞吞噬的物质会被压缩进被称为“奇点”的无穷小的中央区域。根据现有理论，奇点密度无限大而体积却无限小。

你可能认为这种论断毫无意义，许多科学家长期以来也以怀疑态度看待黑洞的奇点，其心态如同近代航海家拿到一份标明“该处有魔鬼”的地图一样，那显然是不正确的。如果我们对奇点的认识只是“不可思议”，那必定是认识方式有问题。也许就在黑洞的心脏地带，存在将量子力学和广义相对论在极端条件下统一起来的线索。

然而，尽管理论上可以如此猜测，但要实际观察黑洞中央的情况却有着难以逾越的困难。因为光陷入黑洞也有去无回，黑洞视界内发生的任何事件都无法观察。因为没有任何信号能逃出黑洞，似乎也就没有任何途径可以获得黑洞内的信息。

霍金辐射透露秘密

真的没有办法吗？也许不是。在20世纪70年代，著名理论物理学家史蒂芬·霍金提出一种观点：黑洞也会辐射出能量，并且最终会完全“蒸发”出来。这被称为“霍金辐射”。经过漫长时间后，黑洞会逐渐耗尽全部能量并在最后猛然爆发后消失。

科学家们猜测，黑洞最后的景象也许会极其耀眼，发出强烈的光芒。而如果能清楚观察到黑洞如何“死掉”和在霍金辐射中携带有什么信息，就能确切地推断黑洞中央的情况。

但是，要观察黑洞的最后挣扎也是不容易的，主要有两个困难。一是我们现在所知距离我们最近的黑洞也有很多光年之遥，要实际测量霍金辐射几乎是不可能的。二是黑洞要花费漫长时间才能蒸发完其能量，所用时间与其质量成正比。即使相对小的恒星演变来的黑洞，蒸发全部能量所耗的时间也比宇宙现在的年龄要长。而在星系中的巨大黑洞也许是宇宙中最后存在的事物，需要经过数千万万万万亿年才能“死去”。

因此，最好有比自然黑洞距离近得多、质量也小得多的黑洞。人们常常错误认为，必须要有巨大量的物质才能创造出黑洞。实际上，任何量的物质都可以转变成黑洞，前提是把物质压缩进极小的相应空间中。大质量黑洞包含的质量相当于数十亿个太阳之和，但如果把地球压缩到弹球那么小的体积中，也可以把地球变成小黑洞。甚至，人体也可以变成微型黑洞，只不过需要压缩进到更小空间——大约是一个电子所占的空间。

5年内按需制造黑洞

按照这种方式继续推论，不可避免的逻辑结论就是：如果我们真想观察黑洞和霍金辐射，就得在我们的实验室(而不是大自然的天然实验室)中亲自摆弄它们。虽然现在还没有哪种技术能直接把物质压缩成黑洞那样的高密度，但有另外一种容易的办法来实现这一点。根据爱因斯坦著名的物质能量转换方程，物质和能量乃是相等的，因此你可以通过把巨大能量压缩进一微小空间中而制造出黑洞来。要进行这种实验，需要利用到粒子加速器。由于这个需求，下一代粒子加速器就要面世了。

科学家们越来越有信心，相信他们能在未来5年内利用新一代原子加速器按需大量制造黑洞。一些人估计，欧洲粒子物理研究所(CERN)中的新一代大规模强子对撞机(LHC)将能够平均每秒制造出一个黑洞。通过轰击质子和反质子让它们对撞到一起，其所用力量之大足以让这种对撞产生自宇宙大爆炸以来再未有过的温度和能量密度。这就足够制造大量的、质量不过几百个质子大小的微型黑洞。这样小型的黑洞几乎立即蒸发，它们的存在只有通过黑洞的霍金辐射在最后垂死爆发才能观察到。

科学家们想要在霍金辐射中寻找到什么呢？霍金辐射中是否包含形成黑洞时或后来落进黑洞的粒子的任何信息？这是一个巨大的谜。科学家们认为，那些粒子具有的带电、旋转及其他基本属性，这些属性可能后来未被黑洞抹去；而且黑洞最后“死亡”的方式可能让我们瞥见更高维度的空间是怎样的。

我们所能感知的只是三维空间，外加一维时间。但根据最近有关宇宙大爆炸和极早期的一些理论假说，其实存在着比这四维空间更多的维度。由于某些原因，另外一些空间维度没有随着四维空间一起膨胀，而是仍然“包裹”在极微小的尺度中。这些空间维度在黑洞中央的奇点周围也许仍然存在，并且可以直接感知到。实际上，更高的空间维度也许可以解决奇点究竟是什么这个谜。

奇点也许并不真是无限小、密度无限大的点，而可能是由在极微小尺度上才展现的其他空间维度分割成的许多小“房间”。科学家们早已考虑了其他空间维度会怎样影响霍金辐射的温度和强度，现在所需要做的就是，建造更强大的粒子加速器并对那些理论进行验证。

黑洞可能就在身边

人造黑洞会不会有危险？在实验室制造出的黑洞会不会跑出来毁灭城市以至毁灭地球？实际上对撞机里的人造黑洞绝不会带来这种风险。在欧洲粒子物理研究所制造的黑洞要比原子核还要小数百万倍，它们持续存在的时间只有一秒钟的一点零头，这么短的时间不足以吞噬周围任何物体。

实际上，如果对撞机可以产生黑洞的话，那么宇宙射线、每天撞进我们的大气层的高能粒子流也能由此产生。也许，在你身边现在就有一些黑洞正在产生和死亡。所以我们都应当放心，我们等待领略通过人为制造黑洞揭示出我们从未见过的宇宙图景。