針對如何聰明快速的減重,曾寫過"
如何製造能量的小黑洞"這樣的文章...
鍵盤上敲出"黑洞"的同時,就很想跟大家分享物理之美,既然新增了"物理"分類,就別浪費空間吧!
2008年7月,瑞士日內瓦的"強子對撞器(Large Hadron Collider, LHC)"即將展開第一個實驗!
要在繁體中文的網站找到簡介實在少之又少,更遑論實驗內容的簡述,導致發現一些亂七八糟的資訊
有人說該設備是"時光機的起源"、也有人說該機器會製造出黑洞,並吞噬全宇宙...
這些猜想都有其依據,舉凡實驗動機、實驗原理、...新聞都沒說,只報導意測結果裡,最聳動的部分並加以誇大...
以下先說說初期實驗:"是否有五度空間?"
實驗動機:
曾經在
這一篇文章裡提到:我們的世界是三維世界(三度空間)加上一維的時間,總共是四維的世界
有沒有第五個維度(五度空間)?許多現象紛紛指出有此可能,於是這成了物理界的流行話題!
先是目前理論出現不完美之處:強力、弱力、重力、電磁力,形式看似相關或相似卻無法說出個"統一理論"
例如說:電力與萬有引力的強弱都是與距離的平方成反比(前者主角是兩個電荷,後者是兩個具有質量的物體)
於是"假設"更高維度的存在:在廣義相對論中,將時間之外的三度空間增加一個維度,電磁學方程式與重力方程式便因此統一了!
再來是"架構"新理論、以數學方程式驗證其合理性,最後就需要真正的實驗來支持!
實驗原理:
根據"能量守衡":能量不會憑空升成,也不會憑空消失!
例如:身體花費若干能量爬上三公尺高的溜滑梯,此時身體消耗的能量轉變成身處三公尺高的"位能"
當滑下時,剛才的"位能"轉變成下滑的"動能"、以及身體與滑梯接觸時,摩擦產生的熱
在LHC中,我們賦予質子(原子核內帶正電的微小粒子)能量,使其加速到逼近光速
當兩個如此高能粒子互相對撞(我們稱為強子碰撞)時,根據能量守衡(或動量守衡),我們能計算出粒子碰撞後的反應
也就是這套理論,使得撞球選手能預測球與球碰撞後會如何動作
當然,他們不需要熟析動量守衡!只是一切完全遵照這個原則;就好像你不必懂車子的原理就能開車
當實驗結果不符合能量守衡(有某部分能量憑空消失了),我們就能知道"第五維度存在"!
再以撞球為例:
球只要不跳起來,都僅在檯面上運動,是二維空間的運動(在球檯互相垂直的兩邊劃刻度,至少要兩組數字才能標定球的位置)
當碰撞發生時,"聲音"傳到我們的耳朵,於是我們說:聲音從"二維世界"溢散到"三維的空間"裡
同樣的,高能粒子碰撞後,經過精密的測量與估算,若有消失的物理量,就是溢散到更高維的世界去了!
可能的結果:
如果我們的世界僅有四個維度,那麼:碰撞後什麼怪事都不會發生!
如果有五個、或甚至更多維度,碰撞就可能出現"人造黑洞"
先來說說黑洞是如何產生的吧!
只要具有質量的物體就能使空間扭曲:
試想空間的一個橫斷面是一張布,布面上放置一顆鋼珠,鋼珠所在的周圍,布面會以鋼珠為中心向下凹,
附近的小東西都會順著這個凹面溜向鋼珠,若附近的東西質量與原鋼珠差不多,看起來就像是"互相吸引",這就是"萬有引力"了!
即使是光,經過扭曲的空間,行進路線也會跟著扭曲,而我們身處的世界也在
相同的的扭曲空間,所以看起來光像是直線前進
這就是"流形(manifold)定理",數學的"微分幾何"就是在處理這些問題(非微積分哦...)
簡單的來說:取一把直尺比對遠處的山巒,你會發現:山的輪廓是扭曲的!
但若尺的形狀與山的輪廓一模一樣,山的輪廓總是貼著尺的起伏,對這把尺來說:山的輪廓是直的!
愛因斯坦就是熟悉微分幾何才能發表"廣義相對論"
光會扭曲,只要在日全食之際觀察其他恆星就能印證(越說越多了...)
"
黑洞"就是
在很小的空間裡存在非常大的質量!
太陽不斷產生核融合反應,其反應的熱造成一股巨大的壓力往外衝,往外衝的力量與太陽的引力達到內外平衡
當燃料用盡,不再有往外衝的壓力,因太陽巨大質量而扭曲的空間,就如水裡的漩渦,將所有物質往中心吸引,有如手揑沙球(雪球)般
原本相對鬆散的結構因此越來越緊實、體積也越來越小,最後變成一顆很重的小球(白話)
而太陽如此大的質量仍不足以讓"夠小的空間"裡存在"夠多的質量",形成黑洞
根據計算,
若要產生連光都會被吸進去的黑洞,約需要十個太陽的重量...
(好煩喔...怎麼打不完啦!!)
OK!回到LHC...
不管如何計算,最後的結果告訴我們:
強子碰撞並不足以讓"夠小的空間內產生夠多的質量"
就好像兩輛長5公尺、寬2公尺的汽車以高速對撞,原本5公尺的車身都因碰撞潰縮成2.5公尺,而且沒有變寬
假設對撞後不彈開、死黏在一起:2.5公尺+2.5公尺=5公尺,
原本5x2平方公尺的範圍存在一台車的質量,碰撞後,這範圍卻塞了兩台車的質量
而構成黑洞的要件,就好像至少必須在5x2平方公尺的範圍內塞進兩輛砂石車
不管砂石車的引擎有多強大,都不足以讓車子在對撞後,因潰縮而擠進這狹小區域,總是有一部份落在範外
但是咧,如果這範圍內有個小叮噹的四度空間袋,甭說兩輛砂石車、甚至兩輛坦克車都可以塞進來
那麼,這個範圍內就含有足夠的質量造成空間扭曲、有如水中漩渦一般的黑洞
類似這樣的道理,
如果我們的世界僅有四維,那麼碰撞的能量根本不足以把粒子擠進夠小的範圍形成黑洞
如果存在更高維度的空間,那個範圍就比較寬鬆,如此就足以產生黑洞
至於黑洞會成長或是蒸發,就要提到量子理論了
在極微小尺度的世界裡,有個很重要的現象:測不準原理
例如想測得粒子正確的速度,必定測不準其位置;要測得其位置,速度必然不準
就好像拿溫度計量水溫,測得的溫度其實是"水與溫度計達成平衡後的溫度",不光是水溫本身
也就是說:被測物受到量測工具的影響,產生誤差
而動能與速度有關;位能與始末位置有關,所以測不準原理在能量與時間之間也成立
因此在空無一物的空間裡,有可能出現一瞬間的能量,下一瞬間又消失,而我們所在的尺度根本無法察覺!
從如此微觀世界,我們知道有些粒子正對偶生成(產生一正一負的粒子)、然後對偶消滅(意思就是一正一負互相抵消)
當強子碰撞時,若有更高維度的空間存在,將產生黑洞
而黑洞正好吞噬對偶生成粒子的其中之一,如此具有負能量的粒子將很快中和兩個質子產生的黑洞
所以即使產生黑洞,也會很快就蒸發,這便是根據史蒂芬。霍金博士的量子重力理論所得的結果
以上,強子碰撞是否產生黑洞,還要看高維世界是否存在
而生成的黑洞,是由兩個高能力子產生,雖說質能互換(質量能轉變成能量、能量可以轉換成質量)
質子的質量等於1.6726231×10
-27 kg =0.0000000000000000000000000016726231公斤
這樣子的質量即使以光速前進,所帶的能量也不過與一個火車頭的動能差不多
若沒有更高維度的世界便不足以形成黑洞,除非有人硬要拗:一個火車頭的動能等於十個核融合的太陽所產生的能量
若真產生黑洞,兩個粒子所形成的小小黑洞,很快就會因為吸入帶有負能量的對偶粒子之一而被中和
宇宙中的黑洞也會因為相同原因而被中和,但因十個太陽以上的質量,將始中和時間超過宇宙的壽命
OK...
利用LHC產生黑洞是"有可能"的,若真產生將很快被中和
以光速前進的物體,本來就會產生"蒲島效應":
當你以接近光的速飛行,你的時間相會比地面上的人的時間慢上許多,有可能你的手表顯示才旅行兩小時,地面上卻已過了十年,如此你便到了未來
不過,回到過去是不可能的,即使是根據蟲洞(wormhold)理論,也只能從很久的未來穿越到不久的未來
相對於很久的未來,回到不久的未來好像是回到"過去",但比起"現在"來說,兩者都是"未來"...
這個現象從粒子加速器中,被加速到近光速的粒子,其生命周期變長便足以印證
時間機器,說的不過就是如此現象!
愛因斯坦這種自創理論的科學家真的很厲害,在無法以實驗印證的年代就說出如此大膽的理論!
看看繁體中文的新聞,只說LHC能製造黑洞,而地球、甚至全宇宙將因此被吞噬...
或是LHC是時光機器的...啥米碗糕