人造黑洞

人造黑洞

人造黑洞(Artificial black holes)是由兩名中國科學家首次製造出可以吸收周圍光線的人造電磁“黑洞”,這個黑洞目前在微波頻率下工作,或許不久後它就能夠吸收可見光,一種把太陽能轉化為電能的全新方法可能因此產生,它有著“黑洞”之名,雖然尺寸“迷你”,但任何經過的電磁波或光,都不可能逃離它的引力,世界上第一個“人造黑洞”在中國東南大學實驗室裏誕生。不過這個小型“黑洞”不僅不會毀滅世界,還能幫助人們更好地吸收太陽能。

  • 中文名稱
    人造黑洞
  • 外文名稱
    Black hole
  • 理論提出
     20世紀80年代
  • 結論
    利用粒子碰撞產生的黑洞是無害的
  • 擔憂
    人造黑洞會威脅地球上的生命
  • 黑洞
    一種質量巨大的天體
  • 粒子加速器
    科學理論上可生產出黑洞
  • 提出者
    威廉·昂魯
  • 作用
    吞噬萬物,包括光

研究背景

在宇宙中,黑洞吞噬萬物,甚至包括光。人們樂意議論這種天體,因為它神秘、"性情"怪異:它身處宇宙最幽暗的地方,沒有人能直接觀測到它,而靠近它的任何物質,都會被無情地拖曳到它的深淵裏,小行星、星系、恆星、光、時空,無一例外。人們對黑洞這種天體感到好奇,科學家也在不斷對其進行研究。

構想提出

"人造黑洞"的構想最早提出于20世紀80年代,由加拿大不列顛哥倫比亞大學的威廉·昂魯教授提出,如果使流體的速度超過聲速,那麽就可以在該流體中建立一個人造黑洞。但這種人造黑洞由于缺乏足夠的引力,除了聲音外,無法像真正的黑洞那樣"吞下周圍的所有東西",即隻對聲現象表現出黑洞的性質。

人造黑洞人造黑洞

研究發展

粒子加速器,也被稱之為大型強子對撞機(LHC),由歐洲核子研究中心(CERN)在一個將近27公裏長的圓形隧道中建造,被人們稱之為世界最大的"黑洞工廠"的裝置。台北時間2008年9月10日下午15:30正式開始運作,成為世界上最大的粒子加速器設施。從此,科學家理論上一秒鍾就可以生產出一個黑洞來。

這一潛在的"黑洞加工廠"一時引起全球恐慌,媒體紛紛報道人造黑洞會吞噬地球。致力于保衛人類免受人們周圍各種威脅傷害的非盈利性機構--救生艇基金會聲明,人造黑洞會威脅地球上的所有生命,因此,它建議到處建立自謀生活的群體。

前期分析

美國加州大學物理學教授史蒂夫·吉汀斯是這方面的專家,他對人造黑洞進行了認真分析,他認為:人造黑洞毀滅地球的理論純粹是小說和電影裏的虛構,真正的粒子碰撞製造出的人造黑洞不可能吞噬地球。

製造嘗試

2008年6月,吉汀斯教授在報告中稱,歐洲的科學家很快就會利用粒子加速器製造出人造黑洞。2008年7月,歐洲核子研究中心的蒙加諾教授與吉汀斯教授的科研小組進行合作正在建設世界上最大的粒子加速器(對撞機),而這個粒子加速器(大型強子對撞機)是世界上最先進的粒子研究工具,項目耗資80億美元,歷時14年之久,匯集了世界各地最著名的物理學家。

科學家們將在實驗中撞擊質子,模擬宇宙大霹靂後一萬億分之一秒內的能量和條件,接著細致分析撞擊產生的殘骸,用以探求物質本質的線索和自然中新的力量和平衡。

學界爭議

科學家表示,假如大型強子對撞機(LHC)生產出了黑洞,那麽它就證明了宇宙確實存在除空間和時間以外的維度。吉汀斯承認,地球的未來以及人類的生命安全和健康都令每位科學家非常擔憂。特別是關于人造黑洞風險的爭論,如今已經是一個非常具有爭議的物理話題。特別是已經有科學家指出,歐洲核子研究中心的大型粒子對撞機產生黑洞的風險足以吞噬地球,或者將產生一類名為"奇異微子"(Strangelet)的粒子,將地球變成一團沉寂、收縮的"奇異物質"。

人造黑洞實驗人造黑洞實驗

還有很多政治家擔心這種人造黑洞的技術被恐怖分子利用,成為繼核子彈和氫彈之後人類最具有毀滅性的武器。但是,吉汀斯肯定的說:現代物理學無法在地球上製造出具有破壞性的黑洞。"歐洲建立大型強子對撞機(簡稱LHC),是為了揭開宇宙大霹靂之謎,而不是製造黑洞毀滅地球。"

研究結論

吉汀斯和蒙加諾兩位教授在進行深入研究後得出結論:利用粒子碰撞產生的黑洞是無害的。因為,所有的黑洞都要釋放出宇宙射線,小的黑洞所釋放的物質要遠遠多于其吸收的物質,因此,在它們吸收物質之前自己就早已瞬間蒸發了。事實上整個宇宙原本就是一個類似的粒子對撞機器,具有高能量的宇宙射線和粒子會經常碰撞在地球的大氣表層、太陽或者是其它的白矮星和中子星的表面,每時每刻都在發生著這樣的粒子碰撞。如果這些粒子碰撞會產生危險的話,天文學家很早就會發現這一現象並對其展開研究。

其實一直以來地球就沐浴在足夠可以形成黑洞的宇宙射線和粒子對撞之下,但地球一直也都沒有被摧毀。而且,幾乎所有粒子加速器生成的黑洞都必須達到足夠的速度才能逃脫地球的重力,即使一年生產出1000萬個黑洞,也大約隻能捕捉到其中的10個,讓它們圍繞加速器中心運轉。而這些被捕捉到的黑洞又是如此的渺小,假設讓它穿過一塊相當于地球到月球距離厚度的鐵塊,它也不會撞倒任何東西。它們吞噬一個質子也需要大約100小時的時間。一個這樣的黑洞吞噬100個質子大約需要花費一年的時間,因此,要吞噬1毫克地球物質就需要花費比宇宙年齡還要長的時間。

黑洞武器

黑洞炸彈

俄羅斯科學家預言:50年後,具有巨大能量的"黑洞炸彈"將使如今人類談虎色變的核子彈也相形見絀,使其成為不足一提的小兒科。當人類學會如何掌握反物質--歐頓時,就如同當初學會掌握原子一樣,這種新能量會被用來製造發電廠,也很可能被用來製造炸彈--"黑洞炸彈"。一個原子核大小的黑洞的能量將超過一家核電站。如果人類有一天真的製造出"黑洞炸彈",那麽一枚"黑洞炸彈"爆炸後產生的能量將相當于無數顆核子彈同時爆炸。它至少可以造成10億人死亡。到那時,"黑洞炸彈"能瞬間毀滅地球。相形之下,核子彈的威力將變得無足輕重。

俄羅斯科學家亞力克山大·特羅菲蒙科卻認為,能吞噬萬物的真正宇宙黑洞也完全可以通過實驗室"製造出來"

據特羅菲蒙科稱,製造"黑洞炸彈"的反物質被科學家們稱做歐頓(otone),一顆歐頓的質量相當于一顆核子彈的40倍。

據俄媒體透露,俄羅斯太空學家們早就開始關註于黑洞現象的研究,在俄羅斯太空學會為俄軍事院校21世紀軍人編的一部教科書上,就有幾章專門涉及"黑洞知識"。這本教科書的目錄中包括:黑洞、火山現象、歐頓與地球災難、黑洞與神秘事件等等。讓人絕對想不到的是,在這本教材的最後,科學家用短短的文字介紹了如何發明黑洞武器、如何製造黑洞炸彈等。

黑洞理論

2009年年初,印度烏爾都大學的伊維根·納瑞馬諾維和亞歷山大·基爾迪謝維在媒體雜志上發表一項研究,提出如何建造可以吸收光線的桌面黑洞的理論。這種人造黑洞可模擬宇宙黑洞,其強烈的重力可彎曲周圍的時空,導致周圍任何物質或輻射遵循扭曲的時空,並螺旋向內被吸收。

人造黑洞人造黑洞

納瑞馬諾維和基爾迪謝維認為,這種人造黑洞可使光線向該設備中心彎曲吸收。他們設計的人造黑洞是由包含著同軸環殼的中心柱構成的圓柱結構。能使光線彎曲向內的關鍵因素在于同軸環殼的介電常數,它可以影響電磁波的電成分,增大從外部至內部表面的光滑程度,這類似于接近黑洞的時空的彎曲度。當同軸環殼與中心柱相接觸,同軸環的介電常數必須匹配中心柱,因此光線可以被吸收,而不是被反射。

人造黑洞

美國

2005年3月18日報道,美國布朗大學物理教授'霍拉蒂·納斯塔西'通過實驗在地球上製造出了第一個人造黑洞。我們或許會根據表面的意思認為"黑洞是黑的"。然而,納斯塔西製造的黑洞有些像花枝博士製造的黑洞,它們都是明亮的火球。

重離子碰撞機重離子碰撞機

納斯塔西介紹說,布魯克海文國家實驗室裏的相對重離子碰撞機,可以以接近光速的速度把大型原子的核子(如金原子核子)相互碰撞,產生相當于三億倍于太陽表面的溫度。納斯塔西在紐約布魯克海文國家實驗室裏利用原子撞擊原理製造出來的灼熱火球,恰好具備天體黑洞的顯著特徵。比如:火球可以將周圍10倍于自身質量的粒子吸收,這比所有量力物理學所推測的火球可吸收的粒子數目還要多。

人造黑洞的構想最初由加拿大"不列顛哥倫比亞大學"的威廉·昂魯教授在20世紀80年代提出,那麽事實上就已經在該流體中建立了一個人造黑洞。然而,利昂哈特博士打算製造的人造黑洞由于缺乏足夠的引力,除了光線外,它們無法像真正的黑洞那樣"吞下周圍的所有東西"。然而,納斯塔西教授製造的人造黑洞已經可以吸收其他物質了。因此,這被認為是黑洞研究領域的重大突破。

歐洲

曾有人擔心建于歐洲日內瓦的世界最大'大型強子對撞機'會製造出黑洞吞噬地球生物。盡管歐洲的科學家一再解釋這個不會對地球造成威脅,但大型強子對撞機就相當于一個'人造黑洞'製造機器。

對撞機首席科學家'林恩·埃文斯'對撞機首席科學家'林恩·埃文斯'

歐洲大型強子對撞機是現在世界上最大、能量最高的粒子加速器,是一種將質子加速對撞的高能物理設備,它位于瑞士日內瓦近郊歐洲核子研究組織CERN的粒子加速器與對撞機,作為國際高能物理學研究之用。系統第一負責人是英國著名物理學家'林恩·埃文斯',大型強子對撞機最早就是由他構想出來並主導製造的。埃文斯博士是英國威爾士一位礦工的孩子,當他還是孩子時就表示要做驚天動地的事情。果然沒有失言,他終于負責打造出了令世界矚目的世界最強大的機器――大型強子對撞機,為此他被外界稱為"埃文斯原子能"。

當比我們的太陽更大的特定恆星在生命最後階段發生爆炸時,自然界就會形成黑洞。它們將大量物質濃縮在非常小的空間內。假設在大型強子對撞機內的質子相撞產生粒子的過程中,形成了微小黑洞,每個質子擁有的能量可跟一隻飛行中的蚊子相當。天文學上的黑洞比大型強子對撞機能產生的任何東西的質量更重。據愛因斯坦的相對論描述的重力性質,大型強子對撞機內不可能產生微小黑洞。然而一些純理論預言大型強子對撞機能產生這種粒子產品。所有這些理論都預測大型強子對撞機產生的此類粒子會立刻分解。因此它產生的黑洞將沒時間濃縮物質,產生肉眼可見的結果。

中國

2009年10月,中國南京市東南大學的科學家崔鐵軍和程強將納瑞馬諾維和基爾迪謝維的理論套用為實踐,建造了一個微波頻率的"人造黑洞"。 製造出"人造黑洞"的是中國東南大學的一個研究組,崔鐵軍教授和程強教授是其中最主要的兩位研究者。該設備採用一種"超級材料"構造成60個同軸環,據悉,超級材料曾被用于製造隱身鬥篷。

每個同軸環是以不同結構的電路板形式形成,同軸環之間彼此相連線,因此其介電常數非常平滑。外部的40個同軸環構成外殼,內部的20個同軸環構成吸收體。當入射的電磁波打擊該設備時,電磁波將被誘導進入內部的同軸環,然後被吸收。在同軸環將把吸收的光線轉變成為熱量。"

人造黑洞

實驗室裏的"人工黑洞",目的當然不是為了將一個吞噬一切的"惡魔"裝進口袋。據程強介紹,存在于東南大學毫米波國家重點實驗室的"人造黑洞",實際上是一個模擬裝置,這種模擬裝置可以吸收微波頻段的電磁波,在未來,它還可以吸收光。但是除此之外,它並不能吸收任何實質的東西。"它隻吸收電磁波,不吸收(實體)物質。"

這是一個不具有危險性的"黑洞",不僅如此,這種裝置還能在未來用于收集太陽能。在這方面,"人造黑洞"將比世界上任何一種太陽能電池板都更高效。一些物理愛好者甚至為這種全新的裝置設計了一些新功能,比如將它裝置在航天器中的太陽帆上,或者用來吸收空氣中遊散的電磁波--因為手機和無線網路的普及,這種看不見的電磁波據說侵害了我們的健康,成為一種新的污染。

不過,製造"黑洞"的研究者卻從來不想那麽多,崔鐵軍和程強正在繼續的,是如何把實驗室裏的裝置變成樣機,"實現工程化"。面對關于"人造黑洞"的各式各樣的議論,程強認為, "成果公布以後,被許多國際媒體轉載和評論,確實也大大出乎我們意料。從我們個人角度而言,隻覺得這是一個比較有意義的工作。"

這個人造黑洞以相同的方法捕獲光波並不容易,可見光波長比微波輻射的數量級要小許多。這就要求同軸環相應地需要建造得更小一些。中國科學家崔鐵軍表示期望這個光學黑洞能夠在2009年底被廣泛使用。

像這樣的人造黑洞可用于收集太陽能量,尤其是對于太陽反射鏡過于漫射,難以在太陽能電池上聚集的太陽光線。光學人造黑洞則能夠完全將這些光線吸收,並直接轉化吸收在同軸環上的太陽能電池。如果這種設備能夠有效地工作,那麽以後將不再需要採用拋物線反射鏡收集太陽光線。

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