微型黑洞无处不在?大型强子对撞机制造黑洞会发生什么?
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发布时间：2023-05-16 22:27
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时间：2024-12-12 08:36
在宇宙中黑洞确实是“无处不在”，有恒星、有星团的地方可能就会存在黑洞，因为黑洞是大质量恒星死亡坍缩后的尸体，而我们对黑洞的定义也十分简单，指的就是：光线也无法从事件视界面逃脱的空间区域。
恒星级黑洞、大质量黑洞
黑洞其实是爱因斯坦广义相对论的一个解，当一个质量物质半径足够小、密度足够大，就会极度扭曲周围的时空，使得光线的速度都无法达到它表面引力所需要逃逸速度，因此黑洞是一个不发出、反射任何辐射的黑体，因此称为黑洞。
我们一般认为的黑洞有恒星级黑洞和大质量黑洞（中等质量、超大质量），恒星级黑洞顾名思义就是由恒星死亡后直接形成的黑洞，一般质量在3.8倍太阳质量到数百倍太阳质量，而中等质量黑洞，一般在数百倍到10万倍太阳质量之间，超大质量黑洞在10万倍太阳质量以上，这里需要说一下，目前宇宙中最小质量黑洞的质量还不是很确定。
例如：GROJ0422+32，这是一个双星系统，其中就存在一个质量非常小的黑洞，有人说它的质量是2.2倍太阳质量，但也有人说是4倍，目前并没有定论。而且，我们也认为两颗中子星的碰撞也有可能形成小质量黑洞，在宇宙中中子星的数量要远远超过黑洞的数量，并且双星中子星的也很常见，虽然中子星的合并、碰撞事件发生的几率很小，在一个星系中每10000到10万年左右发生一次，但是宇宙的年龄有138亿年，在其历史中可能已经存在了数万亿个星系，所以从整个宇宙的尺度来看，中子星的碰撞还是很常见的。
虽然单个中子星质量在1.3倍到2.17倍太阳质量，不足以形成一个黑洞，但是中子星在碰撞的过程中也极有可能在超新星爆发中形成一个质量更小（2倍左右太阳质量）的黑洞，银河系从诞生到现在可能已经发生了大约10万到100万个中子星合并的事件！所以我们未来有望在自己的星系发生更小的黑洞。
恒星级黑洞说完了，现在再简单提下宇宙中的大质量黑洞，不管是中等质量还是超大质量，这样的黑洞再在宇宙范围内也十分普遍，他们大多存在于星系的中心，例如：银河系中心就有一个400万倍太阳质量的黑洞，M87星系中心黑洞质量足有65亿倍太阳质量（也就会获得照片的那个黑洞）、而目前我们所知宇宙中质量最大的黑洞是距离我们104亿光年的TON618，质量有660亿倍的太阳质量！
但是目前我们所知的最大质量恒星是大麦哲伦星系中狼蛛星云R136恒星形成区域里的R136a1，它的质量有265倍太阳质量，但这样的恒星也不足以一次性形成超大质量黑洞。那么宇宙中的超大质量黑洞是怎么形成的？
其实，超大质量黑洞的形成也是来自恒星级黑洞，目前我们认为这些恒星级黑洞会再漫长的岁月中通过合并、吸积逐渐演化成超大质量黑洞，但是这个模型也存在一定的问题，因为黑洞成长的速度太慢，可能不足以解释宇宙中现存的一些超大质量黑洞。这个问题就留给科学家去解释吧。
除了以上的黑洞，我们应该还听说过微型黑洞
微型黑洞的概念是在上世纪70年代被提出来的，一些人认为，在宇宙早期高温、致密的状态下，如果物质密度在非常小的尺度上存在不均匀现象，也就是这个极小区域的密度高于平均密度的68%，那么在这些小尺度上就会在引力的作用下形成微型黑洞。
如果这件事真的发生了，那么我们的宇宙就会充满微型黑洞。但事实证明这是不可能发生的，因为我们通过观察微波背景辐射大尺度到小尺度上的波动发现，不管在哪个尺度上，最大的波动没有达到惊人的68%，而是只有微小的0.003%，这样的微小波动远不足以在宇宙的早期形成原始黑洞，更不会形成微型黑洞。而0.003%的波动其实就是我们现金宇宙中所有物质结构的种子。那么宇宙不可能存在原始的微型黑洞，但是有人又提出了大型强子对撞机可以创造出微型黑洞？
大型强子对撞机能否创造微型黑洞？
我们知道想要形成黑洞，必须在局部空间内拥有十分大的能量密度。也就是说，要么能量非常大，要么尺度非常小。而大型强子对撞机的碰撞能量在13- 14 TeV，由于宇宙空间存在的最小尺度是普朗克尺度：1.6x10^-33厘米。所以这样的能量，在这样的尺度下是不足以形成黑洞的。
如果想要在大型强子对撞机中形成黑洞，就必须要有更小的额外尺度的存在，因为更高维度的空间在更小的尺度上引力增加的幅度会比三维空间中的大。虽然我们目前无法证明是否存在额外维度，但我们可以确定在现实宇宙中高能量的碰撞是不会产生微型黑洞的。而且就算产生也不会有任何不良的影响。
宇宙射线对地球的撞击
如果你认为是大型强子对撞机的能量太小不能产生微型黑洞，未来如果我们建造更强大的对撞机可能会产生微型黑洞，并对地球造成威胁。那么我们可以参考下宇宙射线对地球的轰击。
我们知道宇宙射线来自于宇宙中一些超高能的天体事件，例如黑洞物质喷流、超新星爆发、中子星合并，这些事件所产生的质子能量可以达到惊人的5×10^10 GeV（或5×10^19 eV)，这个能量是我们所探测到宇宙射线中质子的最高能量，也是宇宙中带电粒子所能携带的能量极限。比大型强子对撞机中的质子能量高了1亿倍。
这些高能质子在地球的历史中一直在轰击我们大气层，但地球在数十亿年间一直好好的，并没有被黑洞吞噬。
微型黑洞会快速的蒸发
如果真的存在合适的额外维度，并且在大型强子对撞机质子-质子的碰撞能量13- 14 TeV下产生了一个微型黑洞，那么根据质能方程，这个黑洞的质量只有5 x 10^-20克。而霍金辐射告诉我们，黑洞质量越小蒸发得越快，这个质量的黑洞会在极短的10^-23秒蒸发掉，这个时间已经小到不足以对我们产生任何影响。
额外尺度是否存在，现在也是我们物理学研究的一个重要课题，而微型黑洞的产生就必须依赖于额外尺度。也许额外尺度存在，在高能量的碰撞下，确实产生了微型黑洞，但是鉴于宇宙射线对我们地球长达数十亿年的轰击，也没有产生任何可观测效应，所以我们认为微型黑洞是无害的。
未来我们还可以继续将人类对撞机的能量往上提，以解开宇宙更多的未知秘密。
