在地球上制造黑洞 物理学家想毁灭地球？
大型强子对撞机是物理学中寻找新粒子的前沿。但是对于一些物理学家来说，他们期待的是另一件事：在对撞机中从高维时空中创造黑洞.
黑洞离我们有多近？
今年5月，欧洲南方天文台发现了迄今为止可能离我们最近的黑洞。这个黑洞位于南方天空的望远镜星座。它和两颗恒星组成了一个三体系统，叫做HR 6819。
当然，天体是否属于黑洞还是有争议的。如果结论得到证实，黑洞与地球的最短距离将从3000光年减少到1000光年，这是第一个肉眼可以看到的黑洞系统。(前提是在南半球进行观测)
但是，除了天文观测之外，黑洞还能离我们更近，甚至出现在地球上吗？
虽然这听起来像是奇怪的谈话，但一些物理学家早在上世纪末就开始思考如何在地球上创造黑洞。制造黑洞的地方是今天最强大的对撞机，——大型强子对撞机(LHC)。
听到这里，你是不是在想：如果真的出现黑洞，会不会把地球上所有的物质都吸进去，甚至毁灭地球？别担心，在我们恐慌之前，我们先来思考一下这个问题：黑洞到底是什么？
在我们的印象中，黑洞都是宇宙中的巨人。的确，在我们目前发现的黑洞中，即使是最小的黑洞，其质量也是太阳的五倍，其引力之强足以撕裂恒星，更不用说吞噬地球了。
但理论上，根据广义相对论，任何物体的引力都会使周围的时空发生弯曲。当我们压缩足够多的时间，直到时空曲率大到光线无法逃逸时，物体就变成了黑洞。
根据计算黑洞大小的史瓦西半径公式(r=2GM/c2)，太阳、地球或肥宅可以压缩成黑洞：
由此可以看出，质量越轻，形成黑洞所需的压缩程度越高，黑洞的密度越大。
所以理论上最小的黑洞也是密度最大的黑洞。物质的理论最大密度为普朗克密度：5.1551096kg/m3。用史瓦西半径公式，我们可以知道最小黑洞质量是10-8 kg。物理学家希望在对撞机中实现的目标是这样一个微型量子黑洞。
2009年，LHC开始工作。在LHC，被压缩的物体是基本粒子——质子。LHC能使质子具有7万亿电子伏。根据质能方程E=mc2，质子质量为10-23 kg。与质子本身的静止质量(10-27kg)相比，提高了不少。当两个这样高能的质子碰撞时，能量会被压缩到一个很小的空间。
但是我们前面说过，理论上最小的黑洞是10-8 kg，对撞机中的质子与它相差15个数量级。也就是说对撞机的能量需要增强1015倍才能把质子变成黑洞。
在我们的有生之年，做出大的改进显然是不切实际的。但这一切的前提是空间只有我们看到的三维。如果空间中隐藏着更高维度，情况就不一样了。这里的关键是重力。
在三维空间中，重力与距离的平方成反比。为了理解这一点，让我们想象这样一个场景：当它距离引力源1米时，引力分散成半径为1米的球面；距离减半时，重力集中在半径为0.5米的球体上，每一点的重力都是前一点的22或4倍。
同样，如果是二维空间，重力沿圆周分布，所以与距离的一次幂成反比。
以此类推，在n维空间中，引力与距离的(n-1)次方成反比：
随着额外维度的增加，引力呈指数增长。近20年前，科学家从理论上证明，如果空间有7维，在对撞机上创造黑洞是可行的。也就是说，如果弦理论或者M理论被证明，那么做黑洞在理论上是可行的。而且制造黑洞的速度可能不会太慢，每秒——。因此，他们称对撞机为黑洞工厂。
如果黑洞真的可以被撞出对撞机，那么这些黑洞的最终结局是什么？霍金的理论给出了答案。
20世纪70年代，霍金提出了著名的霍金辐射：任何黑洞吸收物质，同时向外辐射能量并不断蒸发。而量子黑洞辐射出高能粒子，同时质量下降。当其质量达到普朗克质量时，黑洞会瞬间湮灭。整个过程只需要10-26秒。也就是说，远不到一眨眼，黑洞出现又消失。
好在这个过程中释放的高能辐射也能在对撞机上留下痕迹。研究人员可以寻找这些痕迹来判断对撞机中是否有黑洞。
到目前为止，“黑洞工厂”已经运行了10多年，但在寻找黑洞方面没有取得任何进展。现在对撞机的能量已经上升到了13万亿电子伏，但是来自黑洞的信号可能不会出现，此时的引力并没有表现出高维空间的特征。
这是什么意思？也许高维空间根本不存在，在地球上制造黑洞只是妄想；或者说，我们低估了制造黑洞所需的能量，目前的对撞机达不到这样的能量水平。
最近，欧洲核子研究中心宣布将升级LHC，并建造一个未来的高能环形对撞机。到那时，黑洞能出现吗？要等答案，可能要等几十年。
那么，物理学家为什么要试图制造黑洞呢？事实上，在对撞机中创造黑洞具有深远的科学意义。
首先，刚才提到的黑洞理论——霍金辐射并没有得到证实。这是因为根据这个理论，黑洞的质量越高，辐射释放的温度就越低。我们发现的所有黑洞都太大了，它们的辐射太弱，无法观察。但是，如果存在量子黑洞，那么它们发出的高能辐射可能会成为霍金辐射理论的证据。
量子黑洞也可以帮助我们找到高维空间。在我们的印象中，额外的空间维度似乎只存在于科幻的概念中，因为即使隐藏的更高维度存在，我们也无法在三维空间中直接触及它。但是通过寻找黑洞湮灭的痕迹，我们有机会验证隐藏的维度，探索高维空间的性质。
最后，量子黑洞意味着人类对“小”的探索达到了一个新的阶段。从尘埃到原子，从质子到夸克，人类一再刷新“最小”的定义。现在我们知道物理学中最短的有意义距离是普朗克长度。再短的空间概念也就不复存在了。如果我们能创造一个黑洞，它将触及最小的边界。
编辑：hxg