Может ли Большой адронный коллайдер создать чёрную дыру и поглотить Землю?
Представьте, что в ходе столкновения частиц в адронном коллайдере образовалась небольшая чёрная дыра. В теории такой объект — даже небольшой — может начать поглощать окружающее вещество и расти, увеличиваясь в размерах. Но возможно ли это на практике? Разберёмся в истоках этой гипотезы и проверим её реалистичность.
Истоки страха: от научных дебатов до судебных исков
Опасения общественности возникли задолго до запуска БАК. Дискуссии начались ещё в 1999 году в журнале Scientific American в связи с работой Релятивистского коллайдера тяжёлых ионов (RHIC). Однако настоящая волна беспокойства поднялась в 2008–2010 годах, когда БАК готовился к работе на полную мощность.
В этот период страх приобрёл реальные формы. Активисты, среди которых были Вальтер Л. Вагнер, испанский научный журналист Луис Санчо и немецкий биохимик Отто Рёсслер, утверждали, что коллайдер может создать «стабильные низкоскоростные микрочёрные дыры», способные поглотить Землю. Были поданы судебные иски в США и Европе с требованием остановить запуск машины. Все они, включая обращение в Европейский суд по правам человека, были последовательно отклонены. В 2010 году Конституционный суд Германии постановил, что противники не смогли предоставить правдоподобных доказательств своей теории. К сожалению, эта волна паники имела и трагические последствия: учёные получали угрозы убийства, а в Индии 16-летняя девушка покончила с собой, напуганная новостями о грядущем конце света.
Что такое «настоящая» чёрная дыра
Чёрные дыры — это области в пространстве, где колоссальная масса сконцентрирована в крошечном объёме. Такой объект создаёт настолько мощное гравитационное поле, что даже свет с его скоростью не может покинуть его пределы. Чёрные дыры образуются, когда у гигантских звёзд, масса которых в конце жизни превышает массу Солнца в 2-3 раза, заканчивается ядерное топливо, и они коллапсируют под действием собственной гравитации. Ядро звезды сжимается до тех пор, пока его радиус не станет меньше критического значения, известного как радиус Шварцшильда.
Первый в мире снимок чёрной дыры, полученный при помощи телескопа. Объект располагается в центре галактики M87
Ключевой момент — для создания такой дыры нужна огромная масса. Например, чтобы превратить Землю в чёрную дыру, всю её массу пришлось бы сжать до шарика диаметром менее 9 миллиметров. Солнце для этого нужно было бы сжать до радиуса в 3 километра. БАК же сталкивает не звёзды, а протоны — мельчайшие субатомные частицы. Хотя энергия их столкновения (13 ТэВ) огромна для микромира, она эквивалентна кинетической энергии летящего комара. Сравнивать это с массой звезды — ложная аналогия, которая и порождает страх.
Откуда взялась идея о чёрных дырах на БАК
Эта гипотеза возникла не как предсказание катастрофы, а как научное предположение в рамках экзотических, спекулятивных теорий, выходящих за рамки Стандартной модели физики. Одна из таких моделей (модель ADD) предполагает существование дополнительных, «скрытых» измерений пространства.
Согласно этой теории, Вселенная — это лишь «мембрана» в многомерном пространстве. Большинство фундаментальных сил действует только в пределах нашей мембраны, но гравитация, возможно, «просачивается» в эти дополнительные измерения. Это объяснило бы, почему она кажется нам такой слабой по сравнению с другими силами. Однако на микроскопических расстояниях, сопоставимых с размерами этих гипотетических измерений, гравитация могла бы быть намного сильнее. Если бы это было так, то при высокоэнергетических столкновениях частиц на БАК могли бы рождаться крошечные «квантовые» чёрные дыры. Но даже в этом гипотетическом сценарии они были бы абсолютно безвредны.
Испарение дыр
Даже если бы на коллайдере родилась микроскопическая чёрная дыра, она бы не смогла ничего поглотить. Причина — квантовый эффект, который в 1974 году предсказал знаменитый физик Стивен Хокинг.
Его теория гласит, что чёрные дыры на самом деле не совсем «чёрные» — они испускают тепловое излучение и медленно теряют массу. Этот процесс, названный «излучением Хокинга», возникает из-за квантовых флуктуаций в вакууме у горизонта событий. В пространстве постоянно рождаются и аннигилируют пары виртуальных частиц и античастиц. Если такая пара возникает на самой границе, одна частица может упасть в чёрную дыру, а вторая — улететь, унося с собой часть её энергии и массы.
Симуляция квантовой чёрной дыры, полученной в БАК на детекторе ATLAS
Главное свойство этого процесса: чем меньше масса чёрной дыры, тем выше её «температура» и тем быстрее она испаряется. Микроскопическая чёрная дыра с ничтожной массой, которая теоретически могла бы появиться в БАК, была бы невероятно «горячей». Она бы испарилась примерно за 10^(−27) секунды в виде вспышки обычных частиц, не успев причинить никакого вреда. Для учёных такая вспышка стала бы не катастрофой, а величайшим открытием, подтверждающим предсказания квантовой гравитации.
Природа проводит эксперименты мощнее
В дополнение к теоретическим доводам есть и более практический аргумент, который подтверждается ежедневно. Земля и другие небесные тела миллиардами лет подвергаются бомбардировке космическими лучами — потоками частиц из глубокого космоса.
Энергия некоторых из этих частиц достигает 10^8 ТэВ, что в миллионы раз превышает максимальную энергию столкновений в 13 ТэВ, достижимую на Большом адронном коллайдере. Природа постоянно проводит эксперименты, гораздо более мощные, чем в ЦЕРН. Эти частицы непрерывно сталкиваются с атмосферой Земли, Луной, Солнцем и другими планетами.
Как подсчитала Группа по оценке безопасности БАК (LSAG), «природа уже провела около 10^31 экспериментальных программ, аналогичных БАК, с начала Вселенной». Стабильность Земли, Солнца, нейтронных звёзд и белых карликов — неопровержимое доказательство того, что подобные столкновения не создают опасных, стабильных чёрных дыр. Если бы такие столкновения могли порождать угрозу, они бы давно уничтожили все звёзды и планеты во Вселенной.
Научный консенсус
Научный консенсус однозначен: Большой адронный коллайдер не представляет угрозы. В ответ на опасения ЦЕРН поручил независимой Группе по оценке безопасности БАК провести тщательный анализ. В отчётах 2003 и 2008 годов группа пришла к выводу, что «нет никаких оснований для каких-либо мыслимых угроз». Эти выводы были подтверждены внешними комитетами учёных и ведущими физическими организациями мира.
Таким образом, опасения основаны на двух заблуждениях:
- Неверный масштаб. Массы, необходимые для создания астрофизической чёрной дыры, несопоставимы с энергиями в коллайдере.
- Игнорирование физики. Даже если бы микродыра теоретически могла появиться, она бы мгновенно испарилась из-за излучения Хокинга.
БАК — это не оружие Судного дня, а уникальный инструмент, созданный для изучения фундаментальных законов Вселенной в безопасных и контролируемых условиях.