也許弦理論本質上是整個宇宙的理論

物理 宇宙 黑洞 天文 宇宙小百科 2017-07-01

微型黑洞




也許弦理論本質上是整個宇宙的理論

由於弦理論本質上是整個宇宙的理論,所以要對它進行直接測試就需要在 實驗室中建立一個宇宙。一般情況下,我們預期引力的量子效應會 在普朗克能量條件下出現,也許弦理論本質上是整個宇宙的理論


這比我們最強大的粒子加速器還要強大百萬之四次方倍(quadrillion times),因此不可能對弦理論進行直接測 試。但是,如果在離開我們不到1毫米的地方確實存在著一個平行宇宙,




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那麼, 使統一和量子效應出現所需的能量可能就會相當低,我們的下一代粒子加速器, 例如大型強子對撞機(LHC)就有能力做到。這反過來又引發了對黑洞物理學的 研究熱潮,其中最令人興奮的就是“微型黑洞(mini-black hole)”。微型黑洞的表 現如同亞原子粒子,它們是一種“實驗室”,在其中人們可以對弦理論中的一些 預言進行測試。有了大型強子對撞機(LHC)就有可能創造出微型黑洞,物理學 家們為此而興奮。(微型黑洞小到與電子的大小差不多,所以不怕它們會吞下 整個地球。一般到達地球的宇宙射線,其能量都超過了這些微型黑洞,但並沒有 對地球造成不利影響。)




也許弦理論本質上是整個宇宙的理論

黑洞以亞原子粒子的形象出現,雖然聽起來頗具顛覆性,但其實是個早已有 之的想法,它是由愛因斯坦於1935年首次提出的。在愛因斯坦看來,肯定存在 著一個統一場理論,在其中,由亞原子粒子構成的物質可以被看成是空間-時間 結構中的某種扭曲現象。在他看來,像電子那樣的亞原子粒子實際上是一些 “線疙瘩”或捲曲在空間中的蟲洞,它們只是在一定距離上看起來像粒子。愛因斯坦和內森•羅森 —起玩味著電子可能實際上是喬裝起來的微 型黑洞這樣一種想法。他以他的方式,想把物質納入這一統一場理論,它最終會 把亞原子粒子降解為純幾何學。




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微型黑洞後來又被斯蒂芬•霍金再次提出,他證明,黑洞一定會蒸發,併發 射出一絲微弱的能量o黑洞在億萬年間不斷地散發能量,以至於逐漸縮小,最終 變得像亞原子粒子那樣的大小。

弦理論現在又再次引進了微型黑洞的概念。回想一下,黑洞是在大量的物 質被壓縮到其史瓦西半徑以內的時候形成的。由於物質 和能量可以互相轉換,因此黑洞也可以通過壓縮能量而製造出來。大型強子對 撞機(LHC)是不是能夠在14萬億電子伏特的能量下將兩個質子對撞,從由此產 生的碎塊中製造出微型黑洞,對此人們頗為期待。這些黑洞將非常之小,可能只 有一個電子質量的1 000倍那麼重,而且可能只持續10一23秒。但是在LHC所創 造出來的亞原子粒子軌跡中清晰可辨。




也許弦理論本質上是整個宇宙的理論

物理學家們還希望,外太空的宇宙射線中說不定也包含微型黑洞。設在阿 根廷的皮埃爾*奧格(Pierre Auger)宇宙射線觀測站非常敏銳,能夠探測到科學 史上所記錄過的幾次最大的宇宙射線爆發。由於宇宙射線在到達地球的高層大 氣時會產生有明顯特徵的輻射雨(shower of radiation),人們希望,可以從中自然 找到微型黑洞。一項計算表明,奧格(Auger)宇宙射線探測器每年或可發現10 次由微型黑洞弓I發的宇宙射線雨(consmic rays showers )。

說不定在本十年期內,設在瑞士的大型強子對撞機(LHC)或設在阿根廷的 奧格(Auger)宇宙射線探測器就會探測到微型黑洞,這可能就會提供出良好證 據,證明平行宇宙的存在。雖然它未必能夠一勞永逸地證明弦理論是正確的,但 它可以使整個物理學界信服,弦理論與所有的實驗結果都吻合,是正確的方向。

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