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大型强子对撞机是粒子物理科学家为了探索新的粒子，和微观量化粒子的‘新物理’机制设备，是一种将质子加速对撞的高能物理设备，英文名称为LHC（Large Hadron Collider）。

在科学史上，人类每一次推进知识的前沿，都伴随着高回报的前景，同时也少不了一定的投资和风险。虽然风险是多方面的，例如：没有达到预期的效果，实验无法按设计进行，甚至有可能对人类自身造成严重的破坏（最典型的就是核物理的发展）。但同时回报也十分诱人，包括新知识的发现，新技术的发展，以及整个人类科学事业的进步。今天就说下有关粒子对撞机的争论和传言，例如：我们该不该建对撞机？对撞机能撞出黑洞吗？

先说第一个问题：该不该建造对撞机

欧洲核子研究中心（CERN）的大型强子对撞机（LHC）是人类目前高能物理的极限试验场，是粒子物理学的前言，保持着人类目前最高能量和极限速度的记录。而它也是所有争论的众矢之的，例如，我们国家到底要不要建造属于自己的强子对撞机，其实争论的焦点只有一个就是值不值得问题，该不该花这个钱。

欧洲的强子对撞机打破了费米实验室创造的2 TeV（10^12 eV）的旧记录，将每个粒子加速到3.5TeV，并将它们相互碰撞，从而获得了7TeV总能量。

这一撞不仅使我们创造出了大量难以捉摸的基本粒子（如顶夸克，以及w和z玻色子），而且使我们发现一个全新的基本粒子，也是标准模型中最后一个未被发现的粒子：希格斯玻色子。

顺便提一下：希格斯玻色子的发现，标志着标准模型基本已经完善，大型强子对撞机可以说赢得了所有的荣誉，而剩下的一些未解决的问题，也是些高难度的物理学前言问题（暗物质粒子、中微子振荡、超对称粒子，额外维度）或者超出标准模型以外的更高能量的奇异粒子，这些都需要更高的对撞能量才可能发现，所以建造对撞机是一件耗时耗力烧钱，还有可能没有回报的项目。剩下的都是难以实现的目标。

但是这也不排除有高回报的前景，甚至能加速我国基础科学的发展进程，使我国成为全世界高能物理学的前言之地。所以有好有坏，有钱啥都好办。

那么撞出高能物理的未来有没有可能？现在我们回到大型强子对撞机看一下，2015年LHC升级后达到的碰撞总能量为13- 14 TeV。2019年又进行升级，预计会在2021年重启，但不管怎样都是为了增加能量，但在希格斯玻色子之后，大型强子对撞机并没有发现任何粒子，都是在烧钱维护升级！

当然，这只能说明在目前这个能量段内可能没有新的粒子，并不是说标准模型就真的完善了，我们需要做的就是继续增加粒子的碰撞能量。至于有没有希望，这谁也说不准，但是有一个事实，只要撞到够劲，肯定会打破标准模型。还是有所期待的。下面说第二个问题。

随着能量的增加，对撞机能撞出黑洞吗？

在增加能量的同时，也出现了一些完全不可信的传言和声明，比如：

• 科学家希望通过大型强子对撞机与平行宇宙取得联系，

• 大爆炸理论可能会被大型强子对撞机证伪，

• 增加大型强子对撞机的能量可能最终会制造一个吞噬地球的黑洞，从而毁灭宇宙。

前两个只是与事实不否的科学报道，而第三个则是一种天大的谎言，没有任何现实的科学依据。那么我们怎么知道它是错的呢？下面我们就找出答案。

有很多理论都预测了额外维度的存在。说这个宇宙不仅是我们所知道的四维时空（三维空间和一维时间），至少还有一个额外的空间维度存在于我们的宇宙中。为什么创造微型黑洞必须要有额外维度呢？我们知道三维空间并不是连续的，也不能无限的分割，普朗克最小尺度为：1.6x10-33厘米。在这个尺度上两个质子相撞，所携带的质量不足以形成黑洞。

虽然我们不能以目前的探测能量获得这些额外维度，但可以想象，在比我们所能探测到的更小的尺度上（对应更高的能量）这些更小的额外维度是存在的。

如果这些额外维度存在，一种理论上的可能性是：有可能会创造出微小的微型黑洞！

如果我们能制造一个微型黑洞，这将是一项不可思议的科技成就，一项将永远改变我们对宇宙认识的惊人成果。当然，我们一提到“黑洞”，人们马上就会想象出这样一幅灾难性的画面：黑洞会无情的吸入了各种各样的物质，逐渐吞噬构成我们这个世界的质子、中子和电子，最终摧毁整个世界。

这些微型黑洞是否有害？

这是不可能的。原因有三。我们一个一个地过一遍。

• 地球已经被高能粒子撞击了几十亿年了，如果微型黑洞存在的话，那么地球为什么现在还好好的？

几十亿年来，地球一直被高能粒子轰击，我们以前从未在实验室里创造过这种能量的粒子。在能量最高的时候，比大型强子对撞机所产生的能量大了一亿倍，这些粒子不断地撞击地球：从太空的各个方向轰击地球的高能宇宙射线。

这些黑洞如果存在的话，在我们太阳系的整个历史中，宇宙射线都会轰击地球和所有的其他行星或者任何天体，但是没有绝对的证据表明太阳系的任何物体曾经变成了黑洞或被黑洞吞噬。

也许，你会认为，这些微型黑洞移动速度特别快，只吸收了很少量的物质，然后穿过地球，奔向了星际空间。那么下面再来看看第二个原因。

• 如果真的创造了一个微型黑洞，它们就会通过霍金辐射在极小的时间尺度上衰减。

如果存在额外维度，它们可能是一种特定的类型，从而形成了微型黑洞。这个黑洞的质量最多等于质子-质子碰撞的能量，或达到13- 14 TeV。通过E=mc^2，对应的质量是5 x 10^-20克，很可能会更小。

即使有合适的尺度和合适类型的额外维度，即使制造了一个微型黑洞，仍然有一个问题：它不能稳定的存在。由于量子力学的定律，这个黑洞将通过霍金辐射的过程发生衰减。对于质量为5 x 10^-20克的黑洞，在三维空间中衰减时间大约是10^-83秒，这个时间短到不足以让一个物体存在！要使物理学有意义，我们需要大约10^-43秒或更长时间。如果换算成黑洞的质量，至少需要0.00002克才有存在的可能。也才能谈得上存在过。

然而，在四维空间中，这个黑洞的衰减时间为10^-23秒。为了克服这个微型黑洞的预期衰减，我们必须抛弃已知的物理定律。

如果我们制造了一个微型黑洞，它不会发生衰减，并且相对于地球中心处于静止状态。它能吞掉地球吗？如果可以，需要多长时间？这就引出了第三个问题。

• 我们可以计算出黑洞吞噬物质的速度，它甚至还没有我们星球的寿命那么小。

黑洞吞噬物质，只能通过引力与物质相互作用。在质量约为5×10^-20克的情况下，它所产生的引力非常非常微弱，不足以通过引力吸引任何东西，只能通过在地球上来回的穿梭，与基本粒子发生碰撞。虽然黑洞的横截面很小，但质子（或中子）的横截面却相当大，因此，为了便于论证，我们可以假设，每当黑洞撞击质子或中子时，它都会吸收质子或中子。

黑洞会吃掉与它接触的每一个质子、中子或电子，每秒会吃掉大约66000个质子和中子。66000个质子和中子的质量很小为1.1 x 10^-25克。黑洞质量的增长速度将在很长一段时间内保持不变，因为黑洞的反应横截面需要很长的时间才能增加。如果每秒捕获66000个核子，需要多长时间才能让黑洞达到1千克？三万亿年，比太阳的寿命还长，甚至比宇宙的年龄还长。

所以即使制造了一个微型黑洞，即使我们知道的物理定律是错误的，这个黑洞可以永远存在，它仍然是无害的。

所以我们需要继续增加对撞机的能量去探索物理学的前沿，去增加我们对宇宙知识的理解！地球是安全的。

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