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言完美的机器

时间:2023-02-13 理论教育 版权反馈
【摘要】:实际上作为一种时髦的行为,在很多物理学会议上都是这样做的。在麦克斯韦神奇地促成电和磁之间的婚姻之后,许多物理学家开始为其他作用力作媒。目前来说最成功的统一是,电磁相互作用和弱相互作用之间的融合。现在把它们的统一称为电弱相互作用。在这个机制里需要一种称为希格斯场的特殊物质,它弥漫了整个空间,并设定了基本的能量标度。如果希格斯机制是对的,原始场的残余部分应该以基本粒子的形式存在。

原子间的兄弟关系不是明确地表明它们来源于同一个家庭吗?整体的复杂不是暗示着单一的完美吗?……这难道不是因为最初的时候它们就是同一个东西?——现在,在所有的环境下——在所有的点——在所有的方向——运用所有方法——在所有关系里,通过所有条件——它们会回归成一个绝对的纯粹的东西?

——埃德加·爱伦·坡(《找到了》)

在人的内心深处有着不可压抑的对于统一的渴望。对称性和完备性指引着我们对美的感知,并导引我们趋近看上去平衡而统一的人、地方和物体。建筑师们理解这种要求,因此他们利用几何原理来设计审美上令人愉悦的建筑;摄影师们则在他们的作品中突出景物的和谐以满足这种渴望;爱人们通过寻求共同的爱好以加深彼此的感情。

我们能在什么地方找到完美呢?是追寻到古老的过去,回到那对称性还没有破坏的时光吗?或者深挖到地下,精心制造强大的机器,然后我们自己来粉碎那些粒子,期冀在那些碎片中找到一些失落的伊甸园里的化石?

美的反面是那些恐怖的东西。不平衡的东西,比如被打破的艺术品或者没有调子的音乐,会使得我们很不舒服。或许没有哪个作家对这种对比的表达,比善于捕捉华美和恐怖的大师埃德加·爱伦·坡做得更好了。他在晚年花了很多时间来发展和提升对于深层次的统一的理解。在他的散文诗《找到了》中,宇宙原始的“原一”渴望着重建自己,就像不安定的厄舍古屋,它渴望着自己故乡的土地。

现代物理学经过几代人的努力尝试将自然的特性绘制下来,它容纳了诸多令人满意的和谐性的东西。但今天这一学科仍然存在着令人不舒服的不平等和空白。完成宇宙的图画这一任务召唤着当代最有能力的研究者来进行无畏的探索。

在认识那些推动宇宙运动的作用力,并试图将之统一成世上万物的单一理论的过程中,那些最伟大的进展大部分都是在过去的两个世纪中完成的。19世纪中期,极其优秀的苏格兰物理学家詹姆斯·克拉克·麦克斯韦证明了电和磁是连为一体的。它们之间的关系可以用四个简单方程组成的方程组来表达。这些方程是如此的简明,它们可以完整地印制在T恤衫上。实际上作为一种时髦的行为,在很多物理学会议上都是这样做的。这些方程的关系给出了一个令人震惊的结论:世界上所有的光,从向日葵的耀眼的黄色光芒到日落的深红影子,都是由电磁波组成的,它们是电和磁的合作结果。

在20世纪早期,物理学家们开始认识到,这些电磁波总是以分立的能量包形式传播的,这些能量包称为光子。它们以光速在带电物体间跳跃,产生吸引或排斥作用。因而世界上所有的电磁现象,从指南针的转动到空中的闪电,都涉及了带电粒子间的光子交换。

除电磁相互作用外,其他已知的自然相互作用包括两种在原子核尺度下起作用的力,它们称为弱相互作用和强相互作用;以及万有引力,地球的万有引力导致了苹果下落到地面。这四种力描述了物体之间吸引、排斥以及转换等所有现象。无论什么时候运动发生了变化,比如突然的晃动、微妙的扭曲、轻柔的启动,或者戛然而止,都是由于这四种相互作用中的一种或几种在起作用。

每种相互作用都是通过相应的交换粒子(一种或几种)来起作用。交换粒子把其他粒子拉到一起,或者分开,或者改变它们的性质。就像玩飞盘,玩家们在接的时候会跑近些,又在扔的时候往远处跑。来回扔东西的过程加强了玩家间的联系。

在麦克斯韦神奇地促成电和磁之间的婚姻之后,许多物理学家开始为其他作用力作媒。就像在聚会中主人努力促进客人间的联系,研究者们通过寻找共同性来做引见。全部四种相互作用可以通过它们之间相互关系联系到一起吗?

目前来说最成功的统一是,电磁相互作用和弱相互作用之间的融合。这是由三位物理学家独立发现的,他们分别是美国物理学家史蒂文·温伯格和谢尔登·格拉肖,以及巴基斯坦物理学家阿卜杜勒·萨拉姆。现在把它们的统一称为电弱相互作用。然而在婚配完成之前,还是有很多微小的细节需要处理。

一个主要的问题就是,每种力对应的交换粒子有着巨大的质量差别。光子是没有质量的,而弱相互作用的传递者是很重的,这就意味着后者是一种短程力。电磁相互作用和弱相互作用之间的不同,有点像在场地上扔泡沫球和铅制的保龄球。后者在撞到地面之前几乎不会在空气中花多少时间。有着这么大的不同,这两种力怎么可能会玩相同的游戏呢?

然而有时候,不平等是从曾经的平衡中产生的。对称性就像古雕塑的收集者们知道的那样,可能是易碎的。在很早期的宇宙,剧烈的大爆炸刚发生之后的瞬间,那时候也许是一个转瞬而逝的和谐状态。所有的力都完美地平衡着,直到某些变换改变了尺度。平衡破碎了,某些交换粒子变得比其他交换粒子重很多。今天这些不平等的力会是宇宙对称性破缺过程的最后结果吗?

1964年,英国物理学家皮特·希格斯提出了一个可以让宇宙初始对称性破缺的机制。在这个机制里需要一种称为希格斯场的特殊物质,它弥漫了整个空间,并设定了基本的能量标度(场是力或者粒子怎样从一点到另一点发生变化的数学描述)。在它的内部结构中,有一个被称为相角的标志,它可以沿着一个圆圈指向任何地方。在极其高温下,比如在宇宙初期的时候,这个标志的方向是模糊的,就像高速旋转的轮盘赌转轮。然后当温度下降,转轮停止下来,此时这个标志会指向任意的地方。希格斯场的初始对称性对于所有的方向都是平权的,此时自发破缺到某个单独的角度上。由于希格斯场给出了宇宙的真空态(最低能态)的最低值,因此在对称性破缺过程中,这就把称为真真空(其最低能量为零)的状态变换成伪真空(其最低能量不是零)的状态。由阿尔伯特·爱因斯坦的著名公式E=mc2(能量等于质量乘以光速的平方)可以知道,多出来的能量成为了质量。这些质量被许多基本粒子分享了,其中包括了弱相互作用的携带者。简而言之,希格斯场的“轮盘赌之轮”的停转使得弱相互作用的交换粒子以及其他粒子产生了质量,并且这也解释了为什么它们很重而光子却没有质量。由于希格斯粒子拥有赐予其他粒子质量的非凡能力,因此它获得了“上帝粒子”的称号。

如果希格斯机制是对的,原始场的残余部分应该以基本粒子的形式存在。由于它的质量很大——比组成氢原子核的质子大100倍,所以它只能在能量巨大的粒子事件中看到,比如说高能碰撞。尽管寻找了几十年,这个弱电统一所需的关键组分还是没有被发现。因此难以捕捉的“上帝粒子”成为了现代物理学的圣杯。

除了失落的希格斯粒子,弱电统一仍旧被证明是非常成功的。它是如此的重要以至于被称为标准模型。然而,让物理界感到失望的是,把电弱相互作用与其他两种力统一起来的尝试目前还是没有很大进展。

至少电弱相互作用与强相互作用可以用相同的语言写出来,这就是量子力学。20世纪20年代发展起来的量子力学是描述亚原子领域的强有力工具。尽管对于像散射(一个粒子被另一个粒子弹开)或衰变这样的物理事件,量子力学可以给出精确的概率,但令人沮丧的是,它具有固有的不确定性。对于亚原子尺度上的自然事件,无论你如何努力去确定每个事件的精确过程,最后通常只得到了翻动的硬币或滚动的骰子。爱因斯坦很讨厌用赌博的方式来描述本该像晶体一般清澈的东西。他的晚年都用于发展量子力学的替代物。尽管如此,就像杰出但又淘气的年轻莫扎特,量子力学提供了足够多的极富魅力的交响乐来掩藏它对于端庄得体的缺乏。

偏爱精确性的物理学家倾向于爱因斯坦的经典成果:广义相对论。广义相对论给出了精确描述引力的方法,与其他的相互作用理论不同,它的描述是决定性的,而不是概率性的。在广义相对论中,时间和空间是参与者,而不是仅仅作为背景坐标存在。尽管有过无数的尝试,但依然没有任何一个基于量子力学的引力理论被广泛接受。就像想组建一个拼写锦标赛的优胜队,却发现四名队员虽然都是专家,但其中有一个说的是完全不同的语言。

研究者们面对了一个古怪的谜题。在四种基本相互作用中,电磁相互作用和弱相互作用可以完美地合为一体。强相互作用看上去似乎应该可以合进去,但没人知道如何完美地把它合进去。引力则看上去完全像是另外一块东西。那么该怎么样来重建宇宙的原始对称性呢?

现代物理学中其他不对称的地方还包括:宇宙中的物质和反物质(和物质类似,但具有相反的电荷)在数量上的巨大差异,前者非常多;组成了物质的费米子与传递力的玻色子在行为表现上的差异。就像蒙塔古家与凯普莱特家,费米子和玻色子住在不同的房间里,有着截然不同的传统。它们喜欢以不同的方式汇集在一起,费米子需要更大的活动空间。在一个称为超对称的大宇宙同盟理论中,调和它们的关系需要一个家族的每个成员都要在另一家族里有一个对应物。这些超对称伙伴也可以用来解释天文学中的一个难题:为什么星系看来像是需要用比我们看到的那些质量更大的质量来控制。超对称伙伴能组成这种暗物质的一部分,甚至全部吗?到目前为止这种看不见的物质还没有被发现。

这样的空白和不一致让人类的精神局促不安。我们喜欢我们的科学可以讲述一个完美的故事,而不是冗长杂乱的传说。如果我们想不出严密的结果,或许是因为我们没有尽力去构思,而不是因为理论物理学家没有进行尝试。每个科学谜题都有很多可能的解释,它们像雨后春笋般涌现,带着不同程度的合理性。

最新的理论尝试把基本粒子替换成振动的能量弦和能量膜,这些理论分别叫做弦理论和M理论,它们发挥了想象力。这些理论利用超对称以及空间和时间之外的额外维度,以一种优雅的方式解释了万有引力和其他相互作用之间的一些不同之处。它们在数学上吸引人的一大特色是,之前的方法在涉及无穷小的粒子的一些计算时会得出无意义的结果,而用有限大的弦或膜就消除了这些问题。考虑到通过扩展标准模型期望得到完整的统一时遇到的那些困难,一些卓越的理论家已经被这些新方法的数学优雅性征服了。例如史蒂文·温伯格曾经评论说:“弦是城镇里唯一的游戏。”

另一方面,反对弦理论和M理论的人质疑它们的物理意义,因为它们有着一些不确定的值,并且需要看不到的维度。在所有的构型之中,真实世界只是大量可能性的一个子集。反对者指出,如果一个理论有足够多的参数,它就能给出几乎任何种类的粒子或相互作用。就像一个作家用自己几万页乱七八糟的散文与狄更斯作比较,然后教导编辑怎么拼凑出最像狄更斯作品的段落。模仿杜鲁门·卡波特著名的评论“这不是写作,这是打字”,诋毁者们可能会这样说弦理论:“这不是物理,这是模型制作。”

即使是最坚定的支持者以及最强烈的反对者都会同意,一个理论的最终验证在于它的实验证据。到目前为止,这样的证据依然缺乏。著名理论家布莱斯·德威特曾经告诉我:“对于M理论,我感觉(进入这个领域的)研究生半信半疑,没有一个实验证据可以支持它。”

从20世纪30年代到90年代中期,通过利用不同类型的加速器进行高能实验,粒子物理得到了巨大的进步。加速器是利用电场和磁场的合作,操控粒子(比如质子)沿着轨道或环运动,同时把它们提升到越来越高的能量上的一种装置。然后让这些粒子发生碰撞,把它们的能量转变成大量的碰撞产物。根据爱因斯坦的方程,碰撞处的能量越高,产生出大质量粒子的可能性就越大。老式的加速器使用固定靶,现在物理学家已经实现了将粒子头对头地对撞在一起,从而产生更高的能量。这种用粒子彼此对撞的加速器称为对撞机。

在这关键的几十年中,物理学家利用不同类型的探测器收集和分析碰撞数据,研究人员们已经能够分辨出大量不同的粒子。那时候的主要理论突破的方向是,需要将这些粒子组织成家族,并理解它们的衰变以及相互作用。物理学家们发现,所有的物质粒子要么是强子(受强相互力作用),要么是轻子(不受强相互力作用)。质子是强子的例子,电子是轻子的例子。强子由称为夸克的基本元素组成,两个或三个夸克组成一个强子,夸克由胶子聚合在一起。夸克有六种类型,称为不同的味道:“下”、“上”、“奇异”、“粲”、“底”和“顶”。也有六种类型的反夸克,它们与夸克相似,但带有相反的电荷。在那个发现的年代,一旦新的理论被提出来,比如说夸克模型,研究人员就着手通过进一步的实验来验证它们。可测性给予某些理论特别意义和影响,使得它们的声音比别的理论更高,以致大家都能听见。有了证据之后,那时他们就可以说:“我早就给你说过了。”

例如顶夸克的存在是在1970年代预言的,1995年通过分析那时候世界上最强大的加速器——位于伊利诺斯州巴达维亚费米国家加速器实验室的万亿电子伏加速器——产生的碰撞碎片确定了下来。万亿电子伏加速器于1983年开始运行,在碰撞之前,它将质子流和反质子流(质子的带负电的反物质对应物)的能量提升到大约1TeV。1电子伏是指用1伏的电池将一个电子或质子在电极间传输所对应的能量大小。将这个量乘以1万亿,其结果就是1TeV,对于微小的基本粒子来说,这是一个非常巨大的能量。

事实证明,顶夸克的发现是万亿电子伏加速器以及一段时间内高能实验的最新的重大胜利。寻找希格斯粒子,确认超对称伙伴粒子以及其他重要的目标,似乎需要比这个强大的机器所能达到的能量更高的能量。对于那些相互竞争的理论来说,如果没有机会做实验验证的话,它们仅代表着毫无意义的杂音。只有建造更高能量的对撞机来测试这些相互竞争的理论,理论物理学的不安才能治好,其声音才会变得正常。

欧洲核子研究中心,一般用缩写为CERN(Conseil Européen pour la Recherche Nucléaire),接受了这个挑战。其目标是寻找希格斯粒子,发现可能存在的超对称伙伴粒子,认清暗物质的本性,探寻隐藏着的额外维度存在的可能性,理解为什么宇宙中物质的量比反物质多很多,再现大爆炸的某些环境以及解决一系列的其他重要科学问题。欧洲核子研究中心将把它的资源投入到建造世界上最大、能量最高的加速器之中,其总部位于瑞士的日内瓦附近。

经过超过15年的规划,超过80亿美元的投资,为揭开粒子物理最深层秘密的创新性科学成就的大强子对撞机(LHC),最终建成了。它真正是历史上最宏伟的实验,是人类对统一理论追寻的尖峰。为了追求宇宙的庄严和统一,它被设置在一个极好的位置上。

如果向旅行者打听美得惊人而且和谐的地方,那么瑞士最有可能列于名单的顶端。从巍峨的山脉和水晶般的湖泊到古色古香的齿轮铁路以及迷人的中世纪小镇,很难想象这里是建立实验室、研究统一理论的好地方。事实上瑞士联邦聚集了讲4种不同的官方语言(法语、德语、意大利语和罗曼斯语)的居民,有着几个大宗教(新教、天主教和其他宗教),26个行政区,它们在地理上以不同的方式隔离开。这里代表了一个把不同的力统一为一个系统的模型。瑞士虽然在过去几个世纪经历了动荡,但近来它已经成为和平、中立的一个避风港。

由于欧洲的政治边界已经变淡了,许多科学障碍也开始消除。LHC能穿越瑞士法国的边界也是一种外交上的缓和。其17英里长的地下加速环循环再利用了称为大正负电子对撞机(LEP)的退役加速器,代表了国际合作的一次胜利。它提醒我们只有通过协同合作才有可能发现大自然的统一之谜。

美国的研究人员为LHC实验的主体部分组织了一个很大的团队。他们为能够参与这样一个重大的探险而骄傲。尽管美国不是欧洲核子研究中心的成员,但它为LHC的科研投入了大量的资金。然而当欢庆欧洲的胜利时,许多美国物理学家还是因为这没有发生在自己家乡而感到郁闷。

1993年,美国国会投票决定停止投资建造一个大得多的、更强大的对撞机——超导超级对撞机。原计划要在得克萨斯州华兹堡的一个地方建造54英里长的隧道,在项目下马前已经建造好了14英里。现在那块土地已经荒废了,只剩下一些杂草遍地的废弃建筑。多年以来想找到新发现的希望只是因为预算问题而破灭了。

比尔·克林顿总统给众议院投资委员会写了一封信来表达他的强烈忧虑:“在这个时候放弃超导超级对撞机,将是美国放弃它在基础科学中领导地位的信号,这个地位多年以来是毫无疑问的。”

然而紧缩的钱袋还是压过了其他的事情。超导超级对撞机的下马粉碎了那些多年以来为此做出过承诺的人的计划,同时也阻碍了年轻的研究人员进入这一领域。这将证明是美国高能物理的一次可怕的挫折,转移横跨大西洋的势头。

计划中得克萨斯的这个粒子粉碎机每次会以20TeV的能量进行碰撞,这对于难以追寻的上帝粒子来说能量是足够大的,可以进行全面的搜索。或许在这个孵卵所里超对称伙伴粒子将会出生,通过它们典型的衰变模式将它们自己表现出来。暗物质也可能在得克萨斯土地深处的山洞里让自己出名。还可以探索弦理论的各个分支以及其他统一模型。这些探索本应该像登月计划一样在美国的土地上进行。由于LHC建成了,万亿电子伏加速器很快就会荒废,在美国也不会规划更多的大加速器。到底出了什么错呢?

原因就在于长期的规划和对科学的承诺。悲哀的是,这是一个美国最近经常退缩的区域。欧洲核子研究中心的每个欧洲成员,保证每年会根据其国民生产总值提供一定量的资金。因而LHC的设计者们多年以来可以依赖特定的资金来组建和运行。未来几年的升级计划已经做好了。远见和毅力是LHC成功的关键之处。

并不是没有令人沮丧的故障和延期。现代高能物理需要精密的装备,它们必须完美地装配并维持一些极端的环境条件,比如说超低的温度。尽管研究人员们尽了最大的努力,系统还是经常失效。LHC最初是想在2005年开始运行,但它那时并没有完工。2007年它的运行又被延期了,原因是其中的一些磁铁意外地损坏了。

2008年9月10日,质子束第一次成功地沿着LHC巨大的环开始转圈。项目负责人林恩·埃文斯和在那里工作的国际团队中的研究人员们兴高采烈。“这是个美妙的时刻,”埃文斯说,“我们现在期望着一个认识宇宙的起源和演化的新时代的到来。”

然而9天后,在这个令人兴奋的夏天,希望又由于一次灾难性的事故再次暂停了。就在尝试进行粒子碰撞之前,两块磁铁之间电线的一次错误连接导致了温度上升,使得环绕它们的超冷氦蒸发了。液氦是LHC冷却系统的一个关键部分,它保证了超导磁铁正常运行。氦在气态形式下大量泄漏到包围系统的真空层,用紧急释放阀将其安全地导出的企图失败了。然后就来了决定性的一击。氦气的洪流撞击了磁铁,把它们推离了正常位置,破坏了更多的线路以及部分束流管。检查之后,技术人员发现修补那些损伤,重新检查环周围的电磁系统,然后再次尝试运行需要花费好几个月的时间。目前LHC计划在2009年9月开始运行。

当LHC完工并开始运行的时候,它将被视为一个奇迹。由于其运行完全是在地下进行的,我们只能远远地看着它。LHC的隧道埋在地下几百英尺深,但直径只有十英尺,它是用来当作两个沿相反方向运动的粒子束的跑道。这些粒子用超过1 000个巨大的超冷磁铁——它们是地球上最冷的物体——来控制其路线,当它们在管道里被加速到11000转/圈时,速度高达光速的百分之99.999999。当这些粒子束的能量提高到7TeV时,会引导它们在设计好的四个交叉点之一处进行碰撞。

其中一个对撞点放置着ATLAS(环形LHC装置的缩写)探测器,它是一个从底到顶有几层楼高(超过自由女神像的一半高度)的巨大装置。利用敏感的追踪和量热(能量测量)装置,它将监视在其中心质子碰撞后产生的碎片,收集有关每次碰撞产物的各种数据。沿着环一半的地方,另一个称为CMS(小型μ子螺线管的缩写)的通用探测器将用另外的追踪和量热系统对大量的有价值碰撞数据进行类似的收集。在第三个地方,一个称为LHCb(大强子对撞机美人的缩写)专用探测器将寻找包含底夸克的粒子衰变,其目的是发现宇宙中缺乏反物质的原因。最后,在第四个碰撞点,安置着一个称为ALICE(大离子对撞机实验的缩写)的探测器,在每年开始进行离子碰撞,而不是质子碰撞的时候,它就启用了。通过将离子碰撞在一起,研究人员们有希望重建早期宇宙的一些环境。在仔细评估了来自每个探测器的可能存在的新粒子信号之后,最有希望的数据会发送出去,用一个称为Grid的全球计算网络来进行分析。

隶属于全球许多不同国家的数量庞大的研究人员,会焦急地等待来自LHC的结果,希望找到属于希格斯粒子、超对称伙伴粒子以及其他期待已久的粒子的信号,发现这些粒子中的任何一个都将推动物理学的复兴,并极大地推动科学事业,更不要说获得一个诺贝尔奖了。全世界将为那些涉及这些不平凡事情的成就而欢庆,包括努力工作的埃文斯和为这个项目作出重大贡献、出过主意的几千个工人。

如果希格斯粒子找到了,根据其质量会是多少,标准模型要么会被证实,要么会发现它需要重大的修正。标准模型的一些超对称替代品,预言了多种具有不同能量的希格斯粒子。如果发现了这些证据,特别是如果其他超对称粒子和它们一起被发现了,将会是超对称理论的胜利。大多数物理学家希望在LHC的能量下看到一些新粒子。如果一切正常的话,这些足够理论家们消化很多年。

对LHC的期望很高,但忧虑也同样多。在最近的印象里,没有其他什么科学仪器会导致这样的恐惧暗流出现,担心其运行会以某种方式将地球,甚至整个宇宙都置于危险之中。这些观点通过网络广泛地传播了开来,在无数的博客和用户组中点燃了火焰(或者被点燃了)。

对于来自LHC的威胁的主要控诉包括,贪婪的微黑洞、称为“奇异夸克物质”的残忍粒子、磁单极以及其他传说中会引发灾难的东西。对世界末日的恐惧并不是什么新东西。许多人会忧虑像小行星撞地球,或者附近的天体爆发导致地球被蒸发掉这样的潜在灾难。关于LHC的说法的新意在于这些理论上预言的,但还没有探测到的,也可能完全不存在的物体有着吞噬世界的能力。

在这些LHC导致世界末日的传说中,或许传播最广泛的是它产生的强烈碰撞将在碰撞点合成微黑洞,而它们就会像恐怖电影《魔点》中的胶状生物那样吞噬越来越多的物质,最后成长到能把地球吞噬掉的大小。对于这种微小的致密引力物体的产生,的确是有一些理论预言。但是这种微小黑洞会表现的像魔点那样的想法,只是不幸的误解,产生出来的任何物体都太小了而构不成威胁。

普通黑洞是至少3倍于太阳大小的重恒星塌缩的最后产物。之所以这么称呼它们,是因为它们的强引力场,其强度大到在所谓的视界内甚至连光都跑不出去。某些黑洞积累物质的典型方式是,当它们有伴星的时候,就会慢慢地吸收它们不幸的伴侣的物质,并随着时间逐渐长大。

微黑洞是一个假设的概念,它是基于把大量物质聚集到一个基本粒子大小的区域内的想法。其视界非常小,这些微型物体事实上在超过一英寸的一小部分外的空间中没有引力效应,更不要说在地球上其他地方了。此外,由于一个称为霍金辐射的过程,它们几乎立刻就蒸发了,衰变成其他粒子。因而微黑洞基本没有机会生存下来,更不要说增大到超过亚原子的大小。简而言之,它们是没有机会摧毁掉LHC,哪怕是其中的一部分,更何况地球了。

皮特·希格斯对《独立报》说:“关于黑洞的事情变得相当夸张。即使是预言会产生黑洞的理论家们,也不会预言黑洞会大到吞掉宇宙。我觉得宣传已经失去了控制,有些人产生了误解。”

在2008年9月中止启动之前的那段日子,对世界末日的担心就充斥于关于对撞机的新闻报道中。英国报纸《每日邮报》对LHC项目领导的报道标题为“会见埃文斯,他将在星期三毁灭世界”。这个故事在一开始就讲述,威尔士出生的埃文斯在孩童时期用他的化学装置制造炸药,有几次导致(他家)房子烧了起来。那篇报道说,整个世界会是他接下来要炸掉的东西吗?

由前核安全官员沃尔特·瓦格纳领导的一队活跃分子走得更远,他们起诉了LHC,申请停止其运行。为了回应民众对传说中LHC的危险的担忧,在这个项目中工作的研究人员对可能会对这个行星产生的威胁做了详细分析,证明了这些事情没有什么是值得担心的。2003年的报告“对LHC在重离子碰撞中潜在危险事件的研究”发现,“对于LHC的能量和亮度来说,(小黑洞的)经典引力效应完全可以忽略。”接下来在2008年进行的研究表明,微黑洞不会有危险。两份报告都指出,如果这样的实体会被产生出来,那么它们早已在高能宇宙射线中产生出来了,并不断像雨滴一样落在地球上。仅仅我们还活着的这一事实就意味着,在这样能量下合成的任何东西都不会有危险。

事实上,生活在这个粒子粉碎机上面的法国和瑞士居民似乎大多安静而快乐。欧洲核子研究中心为自己的开放而自豪,他们的全部决定都会公布出来。为了尊重环境,它也付出了很多。对撞机上面的土地大都没有被破坏和污染,那里坐落着茂盛的农场和葡萄园。如果政府机构相信LHC有任何合理的可能会将地球处于危险之中,这个装置就会被取消掉。

LHC导致恐惧以及兴奋的另一个方面是,它有能力再现被认为是在大爆炸之后短于万亿分之一秒时的环境。这意味着实际产生一次新的宇宙爆炸,并可能摧毁我们自己的宇宙吗?根本不可能。这只是对于每个粒子来说,其能量像时间开始时的环境。忘掉巨大的爆炸吧。用人类的标准来说,实际产生的能量是很小的,每次碰撞的能量都少于一顿饭中热量的十亿分之一!然而对于一个亚原子粒子来说,这顿饭就太丰盛了。通过记录和研究这样能量下的事件,科学家们就能够理解宇宙实际产生的时候发生了什么,而且不用冒险重新产生一个这样的过程。

揭开宇宙起源和演化的秘密并不是一次新的冒险,因为像LHC这样的工具令其容易很多。哲学家和科学家早就想知道,在最初开始的时候发生了什么。什么是世界上最小的东西?所有的碎片是怎么样聚合起来的?能把各种理论合成一个理论来解释大自然的所有方面,从最小的粒子到宇宙本身吗?这些为时已久的谜团可能不久就有答案了,这是很奇妙的。

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