Οι μικροσκοπικές μαύρες τρύπες θα μπορούσαν να προκαλέσουν την κατάρρευση του σύμπαντος - εκτός από το ότι δεν το κάνουν
Αν σας αρέσουν οι κλασικές ταινίες δύο προς ένα με τέρατα, όπως King Kong εναντίον Godzilla , τότε μια νέα δημοσίευση που συνδυάζει δύο απίστευτα νουάρ ψευδοεπιστημονικών τρομοκρατών—μίνι μαύρες τρύπες και η κατάρρευση του κενού—μπορεί να σας αρέσει. Οι φυσικοί που εργάζονται με τον μεγαλύτερο καταστροφέα ατόμων στον κόσμο—τον Μεγάλο Επιταχυντή Αδρονίων της Ευρώπης (LHC)— χρειάστηκε να καθησυχάσουν το κοινό ότι, ακόμα κι αν μπορούν να τις κάνουν, μίνι μαύρες τρύπες, απειροελάχιστες εκδοχές αυτών που σχηματίζονται όταν εκρήγνυνται αστέρια jumbo, κέρδισαν μην καταναλώνεις τον πλανήτη. Χρειάστηκε επίσης να διαλύσουν τους φόβους ότι η εκτόξευση ενός σωματιδίου που ονομάζεται μποζόνιο Higgs θα προκαλέσει την κατάρρευση του κενού του κενού χώρου. Τώρα, ωστόσο, τρεις θεωρητικοί υπολογίζουν ότι σε μια αλυσιδωτή αντίδραση, μια μίνι μαύρη τρύπα θα μπορούσε τελικά να προκαλέσει μια τέτοια κατάρρευση.
Βγείτε από κάτω από το κρεβάτι. υπάρχει μια μεγάλη επιφύλαξη. Αν αυτό μπορούσε να συμβεί, θα είχε συμβεί πολύ πριν οι άνθρωποι εξελιχθούν. "Αυτό που δεν πρέπει να πείτε είναι, "Σοκ, φρίκη! Θα καταστρέψουμε το σύμπαν!", λέει ο Ian Moss, θεωρητικός κοσμολόγος στο Πανεπιστήμιο του Newcastle στο Ηνωμένο Βασίλειο και συγγραφέας της εργασίας που εξηγεί το αποτέλεσμα. Μάλλον, λέει, το μήνυμα είναι ότι κάποια άγνωστη φυσική πρέπει να εισέλθει για να σταθεροποιήσει το κενό - ενθαρρυντικά νέα για τους φυσικούς που αναζητούν κάτι νέο. Παρόλα αυτά, ο Μος αναγνωρίζει ότι η εφημερίδα θα μπορούσε να ληφθεί με λάθος τρόπο:«Φοβάμαι ότι θα με καλέσει ο [εξέχων θεωρητικός] Τζον Έλις και θα με κατηγορήσει για τρομοκρατία».
Η σταθερότητα του κενού είναι ένα πραγματικό ζήτημα. Από την ανακάλυψη του από καιρό προβλεπόμενου μποζονίου Higgs το 2012, οι φυσικοί γνώριζαν ότι ο κενός χώρος περιέχει ένα «πεδίο Higgs», λίγο σαν ένα ηλεκτρικό πεδίο, που αποτελείται από μποζόνια Higgs που κρύβονται «εικονικά» στο κενό. Άλλα θεμελιώδη σωματίδια όπως το ηλεκτρόνιο και τα κουάρκ αλληλεπιδρούν με το πεδίο για να αποκτήσουν τη μάζα τους. Ωστόσο, οι φυσικοί των σωματιδίων έχουν υπολογίσει ότι, δεδομένου του τρέχοντος τυπικού τους μοντέλου των γνωστών σωματιδίων και της μετρούμενης μάζας του μποζονίου Higgs, το πεδίο Higgs μπορεί να μην βρίσκεται στη σταθερή, χαμηλότερη ενεργειακή του κατάσταση. Αντίθετα, θα μπορούσε να επιτύχει πολύ χαμηλότερη ενέργεια παίρνοντας πολύ μεγαλύτερη δύναμη. Αυτή η μετάβαση εξοικονόμησης ενέργειας θα πρέπει αναπόφευκτα να προκαλέσει την κατάρρευση του κενού και να εξαφανίσει το σύμπαν.
Γιατί λοιπόν δεν συνέβη αυτή η κατάρρευση; Αποδεικνύεται ότι για να φτάσει στην κατάσταση «πραγματικού κενού» χαμηλότερης ενέργειας, το πεδίο Higgs θα πρέπει να περάσει μέσα από ένα τεράστιο ενεργειακό φράγμα μέσω μιας διαδικασίας γνωστής ως κβαντικής σήραγγας. Αυτό το φράγμα είναι τόσο μεγάλο που πιθανότατα θα χρειαζόταν πολλές, πολλές φορές η ηλικία του σύμπαντος για να συμβεί η μετάβαση. Έτσι, οι θεωρητικοί γενικά συμφώνησαν ότι το πεδίο Higgs είναι "μετασταθό", προσωρινά κολλημένο σε κατάσταση "ψευδούς κενού" και ότι παρόλο που η κατάρρευση είναι ένα πρόβλημα κατ' αρχήν, πρακτικά δεν είναι ανησυχητικό.
Αλλά τώρα, ο Moss και οι θεωρητικοί φυσικοί Philipp Burda και Ruth Gregory του Πανεπιστημίου Durham στο Ηνωμένο Βασίλειο υποστηρίζουν ότι αυτό το επιχείρημα καταρρέει όταν αναμιγνύετε σε μίνι μαύρες τρύπες - μικροσκοπικές περιοχές του διαστήματος όπου η βαρύτητα είναι τόσο ισχυρή που ούτε το φως μπορεί να διαφύγει. Αυτό συμβαίνει επειδή μια μίνι μαύρη τρύπα λειτουργεί σαν ένας «σπόρος» που μπορεί να πυροδοτήσει το σχηματισμό μιας φυσαλίδας αληθινού κενού σε μια θάλασσα ψευδούς κενού, ακριβώς όπως ένα κομμάτι άμμου μπορεί να προκαλέσει το σχηματισμό μιας φυσαλίδας ατμού σε βραστό νερό, καθώς εξηγήστε σε ένα άρθρο που δημοσιεύεται στο Physical Review Letters .
Χωρίς έναν τέτοιο σπόρο, μια φούσκα αληθινού κενού αναπόφευκτα θα συρρικνωθεί. Αυτό συμβαίνει επειδή, παρόλο που το κενό μέσα στη φυσαλίδα έχει χαμηλότερη ενέργεια από το κενό έξω από τη φυσαλίδα, το τοίχωμα της φυσαλίδας στο οποίο συναντώνται οι δύο φυσαλίδες έχει πολύ υψηλή ενέργεια. Έτσι, η φούσκα μπορεί να μειώσει τη συνολική ενέργειά της με το να μικραίνει και να εξαφανίζεται. Για μια φούσκα με μια μικροσκοπική μαύρη τρύπα μέσα, ωστόσο, είναι διαφορετική ιστορία. Η βαρύτητα της μαύρης τρύπας μπορεί να μετατοπίσει το ενεργειακό ισοζύγιο, εξηγεί ο Moss, έτσι ώστε οποιαδήποτε φυσαλίδα πέρα από ένα συγκεκριμένο πολύ μικρό μέγεθος θα μπορούσε αντί να μειώσει την ενέργειά της μεγαλώνοντας. Μέσα σε ένα κλάσμα του δευτερολέπτου, η φούσκα θα επεκταθεί στη συνέχεια για να καταναλώσει ολόκληρο το ορατό σύμπαν, λέει ο Moss.
Αυτές οι μαύρες τρύπες πρέπει να είναι μικρές, υποστηρίζουν ο Moss και οι συνεργάτες του, και θα μπορούσαν να προέρχονται από δύο πηγές. Θα μπορούσαν να είναι «αρχέγονες» μαύρες τρύπες που παραμένουν από τη γέννηση του σύμπαντος. Ή θα μπορούσαν να είναι μικροσκοπικές μαύρες τρύπες που δημιουργούνται μέσα σε συγκρούσεις σωματιδίων, όπως αυτές στον LHC.
Πρέπει λοιπόν να ανησυχούμε; Όχι, λέει ο Μος. Το γεγονός ότι το σύμπαν είναι περίπου 13,8 δισεκατομμύρια χρόνια δείχνει ότι οι αρχέγονες μαύρες τρύπες δεν θα πυροδοτήσουν μια τέτοια κατάρρευση, λέει. Όσο για τις μαύρες τρύπες στο LHC, ακόμα κι αν μπορούν να δημιουργηθούν, δεν θα δημιουργήσουν επίσης όλεθρο, λέει. Η απόδειξη αυτού προέρχεται από τις κοσμικές ακτίνες, οι οποίες πέφτουν στην ατμόσφαιρα και δημιουργούν συγκρούσεις σωματιδίων ακόμη υψηλότερης ενέργειας από ό,τι μπορεί ο LHC. Έτσι, ακόμα κι αν τέτοιες συγκρούσεις δημιουργούν μαύρες τρύπες, οι μαύρες τρύπες δεν πυροδοτούν την κατάρρευση υπό κενό, λέει ο Moss, διαφορετικά ο κόσμος θα είχε εξαφανιστεί εδώ και πολύ καιρό.
Το πραγματικό σημείο, λέει ο Moss, είναι ότι οι θεωρητικοί δεν μπορούν πλέον να απορρίψουν το πρόβλημα υποθέτοντας ότι η κατάρρευση του κενού θα διαρκούσε πολύ χρόνο. Δείχνοντας ότι —σύμφωνα με το τυπικό μοντέλο— η κατάρρευση θα πρέπει να συμβεί γρήγορα, το έγγραφο προτείνει ότι κάποια νέα φυσική πρέπει να ξεκινήσει για να σταθεροποιήσει το κενό.
Άλλοι δεν είναι τόσο σίγουροι ότι το επιχείρημα είναι πειστικό. Οι θεωρητικοί κάνουν μια σειρά από αμφισβητήσιμες υποθέσεις στα μαθηματικά τους, λέει ο Vincenzo Branchina, θεωρητικός του Εθνικού Ινστιτούτου Πυρηνικής Φυσικής της Ιταλίας στο Πανεπιστήμιο της Κατάνια. Ο John Ellis, θεωρητικός στο King's College του Λονδίνου, αμφισβητεί τη συνέπεια του υπολογισμού. Για παράδειγμα, λέει, υποθέτει ότι το τυπικό μοντέλο ισχύει για πολύ υψηλές ενεργειακές κλίμακες. Ωστόσο, σημειώνει, ο μόνος τρόπος με τον οποίο το LHC μπορεί να δημιουργήσει μια μίνι μαύρη τρύπα είναι εάν το τυπικό μοντέλο σβήσει και ο χώρος ανοίξει νέες διαστάσεις με πολύ χαμηλότερη ενέργεια, λέει. Ωστόσο, τόσο η Branchina όσο και η Ellis λένε ότι με βάση άλλα επιχειρήματα, υποψιάζονται ότι κάτι κάνει το κενό σταθερό.
Όσον αφορά την παρουσίαση του επιχειρήματος στη νέα δημοσίευση, ο Έλις λέει ότι έχει κάποιους ενδοιασμούς ότι θα προκαλέσει αβάσιμους φόβους για την ασφάλεια του LHC για άλλη μια φορά. Για παράδειγμα, η προεκτύπωση του χαρτιού δεν αναφέρει ότι τα δεδομένα της κοσμικής ακτίνας ουσιαστικά αποδεικνύουν ότι ο LHC δεν μπορεί να πυροδοτήσει την κατάρρευση του κενού — «γιατί εμείς [οι φυσικοί] το γνωρίζαμε όλοι», λέει ο Moss. Η τελική έκδοση το αναφέρει στην τέταρτη από τις πέντε σελίδες. Ωστόσο, ο Έλις, ο οποίος συμμετείχε σε μια επιτροπή για να εξετάσει την ασφάλεια του LHC, λέει ότι δεν πιστεύει ότι είναι δυνατό να σταματήσουν τους θεωρητικούς να παρουσιάζουν τέτοια επιχειρήματα με τετριμμένους τρόπους. «Δεν πρόκειται να χάσω τον ύπνο μου για αυτό», λέει η Ellis. «Αν με ρωτήσει κάποιος, θα πω ότι είναι τόσος θεωρητικός θόρυβος». Η οποία μπορεί να μην είναι και η πιο καθησυχαστική απάντηση.
