宇宙對撞機:是否存在先進文明能夠利用黑洞的能量?

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若宇宙對撞機產生的高能粒子,有何驚喜所在?

是否存在先進的外星文明在「普朗克尺度」能量中建造出一個黑洞動力的粒子加速器並以此來研究物理學了呢?假設有這樣的一個宇宙對撞機正潛伏在宇宙的角落中,我們能在地球上檢測到它嗎?

宇宙對撞機:是否存在先進文明能夠利用黑洞的能量?

圖源:physicsworld

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新澤西的普林斯頓高級研究所的Brian Lacki,已經做過計算,結果表明如果真有這樣一個加速器存在的話,它將會創造出能夠被地球人檢測出的1024eV的中微子。因此,Lacki呼籲尋找外星智能(SETI)的天文學家,能夠去尋求超高能粒子。他的呼籲獲得了Paul Davies的支持,他是亞利桑那利州大學的SETI專家,他相信這項搜尋活動理應在傳統望遠鏡搜索範圍外進行擴大搜索領域。

宇宙對撞機:是否存在先進文明能夠利用黑洞的能量?

粒子物理的噩夢就是天文學家尋找外星人的夢想。

如同人類一樣,一個先進的外星文明,對物理學有濃厚的興趣,會建造出粒子加速器來得到越來越高的能量,這似乎是很合理的設想。這種能量升級可能是由於粒子物理學的「噩夢」,「噩夢」即在標準模型的1012eV能量和1028eV普朗克能量間沒有新的物理學能量—-引力的量子效應將會變得強大。Lacki說,粒子物理的噩夢就是天文學家尋找外星人的夢想。外星物理學家們可能會面臨的一個重要問題是,電磁能量的密度需要達到普朗克尺度是如此之難以至於儀器可能會陷入黑洞自身造成的崩潰危險之下。然而,Lacki指出,一個聰明的設計者將能夠在原則上繞過這個問題,並且即使極度艱難,也能在技術條件允許下,達到普朗克能量。

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圖解:大型強子對撞機 圖源:sogou

毫無意外,這樣一個加速器將會無比巨大。Lacki相信如果利用電場提供加速度,那麼設備半徑必須至少是太陽半徑的十倍。但一個磁學同步加速器相較之下會小一些。至於何種材料能用於建造這樣的加速器,據Lacki所說,普通的材料無法承受強大的電磁場。事實上,如此高能量密度的為數不多的地方,可能會存在在一個黑洞的周邊,在這種地方,他認為才可能創建出普朗克尺度的加速器。

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圖源:jstv

大量的污染

數萬XeV的碰撞粒子只是成功的一半,然而,Lacki推算出外星研究者對於在這樣一個宇宙對撞機中的絕大多數碰撞都是興趣缺缺的。為了獲得普朗克尺度物理學的有效信息,他認為這種加速器的總碰撞率會是大型強子碰撞機的1024倍。」像這樣建造加速器來檢測普朗克事件,會產生大量的浪費和污染「,Lacki解釋道。

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圖解:日本超級神鋼探測器。圖源:ihep

因為大多數的該污染都是極其高能量的粒子,所以原則上能夠抵達地球,只是目前尚不清楚的是它們是否能夠從對撞機中強烈的電磁場中逃逸。此外,如同地球上的對撞機,宇宙機器的建造者們可能會儘力使周圍地區免遭輻射的傷害。事實上,Lacki的分析表明,中微子是唯一可能會抵達地球的粒子。

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這些中微子的能量會比有史以來在地球上發現的最高能量的中微子超過十億倍或更多倍。然而,與其它較低能量的同行不同,這些中微子會由於其更強烈的相互作用,更容易被檢測到。Lacki推算道,大多數這樣穿越地球海洋的中微子,將以二次粒子的形式沉積能量。當海洋過於黑暗,科學家無法通過二次粒子發出的光線來檢測時,Lacki測算二次粒子間的聲音可以被水裡的海底中微子探測器檢測到。然而,由於中微子極其罕見,一次檢測到中微子的機會,需要10萬個探測器的支持。

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圖源:51yuansu

月球的整體

另一種可能性是他們使用月球作為中微子探測器,即使這樣探測敏感性較低。事實上,NuMoon實驗目前就是使用地面電望遠鏡來檢測當1020eV中微子撞擊月球表面時產生的二次粒子。然而探測到1024eV中微子並不能證明外星加速器的存在—一些理論認為,這些中微子可能是由宇宙弦的衰變而自然產生的。Lacki闡述到,發現這樣的高能粒子,將是物理學的一個重大突破。

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圖源:sohu

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雖然Davies渴望擴大尋找地外文明計劃,但他確信尋找宇宙對撞機有一個致命缺陷。「我的主要問題是一旦這樣的外星實驗完成,實驗所在地將不需要維持事物運轉,然而在沒有這樣大型儀器出現的地方,就只會面臨瞬態脈衝的結局。」他對 physicsworld如是說。

Davies相信對於現在的人類來說,他們難以理解為什麼一個先進的外星文明要建造普朗克尺度的對撞機。「為什麼這麼做呢?也許是為了創造一個小宇宙或一些奇異的時空雕塑。」他推測道。「為什麼做這個呢?也許是這個假設的文明感受到面臨宇宙維度的威脅。這個威脅又是什麼呢?我不知道。然而,一個所知超過人類知識庫shi一百萬倍的文明,它所可能感知的所有威脅都是我們所樂以不知的。」

參考資料

1.WJ百科全書

2.天文學名詞

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3. Hamish Johnston-句號獸

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