互动科普

如果高维度真的存在的话，就能人工合成黑洞了吗!?

与超弦理论相关的一个很有意思的预言，就是使用加速器，可能造出“微型黑洞”。

这个加速器，就是瑞士日内瓦郊区欧洲核子中心（CERN）的“LHC”。加速器是基本粒子物理学家们经常使用的代表性实验设备，它通过电磁力加速质子等带电粒子，使之发生碰撞，然后科学家们就可以研究在这个过程中出现的现象。

在加速器LHC上产生出微型黑洞

LHC是周长27公里的大型环状加速器。在环形的管道中，质子被加速到接近光的速度，从左右引来的质子对发生正碰，这时可能形成一个微型黑洞。不过，即便微型黑洞能够形成，也会以发出光子的形式瞬间蒸发掉，因此通过探测发射出的粒子，就可以知道微型黑洞的形成。

黑洞是引力非常强的天体，物质一旦掉落进去，即便是光也逃不出来。它是由某些天体在自身的重力下“崩塌”后所形成的超高密度的天体。

从超弦理论中派生出来的“膜世界假说”，预言了在LHC上有可能产生微型黑洞。这个假说认为，我们所居住的世界是浮在高维空间中的膜。

虽然我们不能离开这个膜，但是引力（引力子=闭弦）却能传播到高维空间中去。反之，我们平时感受到的重力（地球的吸引力），其实已经是扣除掉逃到高维空间的那部分引力后，被弱化了的重力。

假如膜世界假说是正确的，那么在近距离，也就是引力（引力子）能逃脱到高维空间之前的距离上，引力应该比原先的引力理论（广义相对论、万有引力理论）所预言的要大。

质子在LHC上被加速到接近光速并进行正碰，这就意味着在碰撞发生的地方，将汇集极大的能量。根据相对论，能量等同于质量，所以也可以认为，在碰撞发生的地方汇集了巨大的质量，处于超高密度状态。

根据以前的理论，即便是LHC也达不到产生黑洞那样的超高密度的状态。但如果膜世界假说正确的话，在短距离内，引力会变得比过去的预言要强，所以更容易形成黑洞。但是即便膜世界假说成立，也不能说明LHC上就一定能产生黑洞。另外，微型黑洞恐怕也很难保存，因为理论上也有这样的预言：在吸积周围的物质之前，微型黑洞就会瞬间被“蒸发”掉（霍金辐射）。

假如预言是正确的，那么在自然界中也在频繁地发生着与实验条件类似的情况。在地球上达到LHC的能量范围的高能宇宙射线（从宇宙中来的放射线）不断地射向地面，在与大气层中的物质碰撞的过程中也应该形成微型黑洞才对。既然我们平安无事地生活着，已经说明即便预言是正确的，微型黑洞的威胁也是不存在的。

如果在今后的实验中真的确认了微型黑洞的存在，虽说不足以证明超弦理论的正确性，但也能证明高维空间的存在。也就是说，由此也就发现了超出3维空间的存在的证据，我们的世界观也将因此而发生极大的改变。

（本文发表于《科学世界》2013年第3期）