Czarne dziury, mroczne umysły i zaćmiona przyszłość

Jest 23:58:35. Jeśli popatrzysz teraz na zegarek, to prawdopodobnie nie zgodzi się on z moim stwierdzeniem. Nie chodzi bowiem o porę dnia, ale o odliczanie do apokalipsy symbolizowaną przez północ, a wartość zegara aktualizowana jest przez “Bulletin of the Atomic Scientists” od 1947 r. [1]. W roku 1958, parę miesięcy po amerykańskim teście broni jądrowej o mocy 15 Mt TNT, Sowieci również opracowali bombę wodorową. Był to jeden z najbardziej napiętych momentów Zimnej wojny, a “zegar zagłady” został wtedy ustawiony na 2 minuty do północy. Dziś jest to 85 sekund. Ludzkość zdaje się robić istotne postępy w przygotowaniach do globalnego seppuku. Czynników jest wiele, ale jednym z istotniejszych jest rozwój rozmaitych zaawansowanych technologii. W tym dwuczęściowym cyklu przyjrzymy się niektórym z nich i zadamy sobie pytanie: czy mogą odegrać rolę Tanto w ostatniej ceremonii świata?

Cz I. CERN i apokalipsa

Po takim wstępie można spodziewać się, że poruszymy temat technologii nuklearnych. Zgadza się, jednakże broń jądrową, choć niezaprzeczalnie istotną w tym kontekście, zostawimy poza kadrem; niech rdzewieje w pokoju. Zajmiemy się mniej oczywistym aspektem – akceleratorami cząstek i konsekwencjami eksperymentów największego na świecie laboratorium fizycznego: CERN-u. Machina o obwodzie 27 km zderzająca cząstki z prędkością 99,9999991% prędkości światła, ukryta głęboko pod ziemią, poszukiwanie “Boskiej cząstki” czy ciemnej materii, a do tego jeszcze fabryka antymaterii – są często pierwsze skojarzenia z tą instytucją, więc nic dziwnego, że CERN od dawna był na celowniku katastrofistów i twórców teorii spiskowych. Niektóre z oskarżeń trudno brać na poważnie – otwieranie portalu do piekieł czy składanie ofiar z ludzi – ale pozostałe mogą okazać się niełatwe do zdemontowania przez tych spoza wyższych kręgów wtajemniczenia fizyki cząstek elementarnych.

Bonus – anegdota zza kulis

Tej pierwszej kategorii nie będziemy poświęcać cennego czasu (zostało przecież tylko 85 s!), ale w ramach ciekawostki, jako pracownik tej złowieszczej instytucji, podzielę się anegdotą zza kulis. Ostatnio na obiedzie (na który nieco się spóźniłem – znów ktoś wrzucił nie zrecenzowany kod na produkcję i trzy małe demony przedarły się przez portal…), koleżanka z pracy podzieliła się niedawno otrzymanym mailem. “Do you know why CERN was built? The real agenda of CERN is actually known” – rozpoczyna autor i szybko przechodzi do konkretów, twierdząc, że CERN odgrywa wiodącą rolę w biblijnej Apokalipsie, o czym wszyscy przekonamy się na własne oczy w 2029 roku. Szczegóły zawarł w 9. rozdziale obszernego, 141-stronicowego pliku PDF (pozostałe zawierały równie objawioną wiedzę na inne ważkie tematy). Podczas Trzeciej Wojny Światowej (2029 r.) CERN ma stworzyć czarną dziurę, która rozpadnie się, tworząc portal – wrota zaświatów – przez które zstąpi Antychryst wraz z demonami, mający przejąć władzę na Ziemi. Apokalipsa apokalipsą, ale trzeba było wracać do pracy. W drodze do biura mijałem pokaźny posąg hinduistycznego bóstwa destrukcji – Shiva. Dokładnie ten posąg, który widoczny jest na filmie, gdzie grupa zakapturzonych postaci odprawia rytuał zakończony ludzką ofiarą. Nagranie obiegło internet w 2016 r. i doczekało się nawet oficjalnego sprostowania ze strony CERN-u. Tak, zostało nakręcone na terenie kompleksu naukowego, ale nad tym, czy to żart czy okultyzm, chyba nie trzeba debatować.

Potężne mikro czarne dziury

Czarne dziury są jednak przedmiotem nie tylko wybujałych wizji o demonach, ale i poważnych zarzutów wobec omawianej instytucji. Uruchomienie Wielkiego Zderzacza Hadronów (LHC) w 2008 r. poprzedziła fala protestów i nawet oficjalnych pozwów przedstawiających realne obawy o zagrożenia związane z włączeniem LHC! Pierwszym z dwóch głównych scenariuszy zagłady było stworzenie w wyniku wysokoenergetycznych zderzeń cząstek mikroskopijnej czarnej dziury. Przerażającym może być fakt, że naukowcy nie potrafią zaprzeczyć takiej możliwości i udowodnić, że szansa na powstanie czarnej dziury w LHC wynosi 0. Zderzane w akceleratorze protony mają ogromną prędkość, ale niską masę. Energia zderzenia dochodząca w LHC do 13,8 TeV jest więc ogromna w skali kwantowej, ale znikoma w skali makro – podobną energię kinetyczną ma lecący komar – rzędu 10^-6 J [2] (nie mylić z energią spoczynkową z einsteinowskiego E=mC^2, co dla komara wynosi ~10^11 J). Przy zbyt małej energii siła grawitacji będzie zbyt mała, by stworzyć czarną dziurę – w skali kwantowej jej efekt jest praktycznie pomijalny. Wpływ grawitacji zaczyna być istotny od skali 1 masy Plancka, czyli ~2.17×10^−8 kg, co odpowiada energii ~1.95×10^9 J. Właśnie tę wartość uznaje się za przybliżoną dolną granicę energii potrzebnej do wystąpienia czarnej dziury [3]. Aż 15 rzędów wielkości różnicy! To daje nam spory margines bezpieczeństwa również na kolejny planowany zderzacz – Future Circular Collider – mający osiągać energię 100 TeV. Czy więc jesteśmy bezpieczni?

Tak, przy założeniu 3 wymiarów przestrzennych i 1 wymiaru czasowego. Ale przecież istnieją teorie w których przestrzeń ma więcej wymiarów – np. Teoria Strun przyjmująca 9 wymiarów przestrzennych – i choć żadna z tych teorii nie ma szeroko akceptowanego dowodu, nie ma też dowodu, że dodatkowe wymiary nie istnieją i nie mają znaczenia w skali kwantowej. Okazuje się, że przy niektórych teoriach z takimi założeniami siła grawitacji może być wystarczająco silna, by stworzyć czarną dziurę przy energiach występujących w LHC [2]. A więc CERN ryzykuje zagładę?

Co się stanie, gdy taka czarna dziura powstanie? Nic. Nic spektakularnego, co dałoby się zauważyć “gołym” okiem. Wyparowałaby za sprawą promieniowania Hawkinga w ekstremalnie krótkim czasie, zostawiając ślad w detektorze CERN-u, który niedługo później świętowałby dokonanie przełomowego odkrycia udowadniającego samo promieniowanie Hawkinga oraz istnienie dodatkowych wymiarów przestrzennych. [2, 4]

No właśnie, promieniowanie Hawkinga przewiduje teoria powszechnie akceptowana, ale niepotwierdzona eksperymentalnie. Gdyby okazała się nieprawdziwa lub promieniowanie to miało słabszy niż przewidywany efekt w skali mikro czarnych dziur, takowe mogłyby utrzymać się przy “życiu” (choć de facto wymaga to jeszcze dodatkowych założeń łamiących podstawowe prawa fizyki). Czy zaczęłyby gwałtownie przybierać na masie i pochłaniać wszystko dookoła? Czarna dziura powstała w wyniku kolizji cząstek, miałaby ogromną prędkość i została wystrzelona daleko poza Układ Słoneczny. Owszem, po drodze napotykając i pochłaniając różne cząstki, ale przez swą znikomą masę działoby się to z tak małym prawdopodobieństwem, że efekt byłby rozczarowujący. Dołóżmy założenie, że czarna dziura pozostaje w obrębie Ziemi tak, by mogła spokojnie ją pochłonąć – tak, w tym przypadku kończy się to apokalipsą… ale dopiero za biliony lat – bo tyle zajmie naszej czarnej dziurze urośnięcie do istotnych rozmiarów. [2, 4]

Dziwadełka

Ale na czarnych dziurach się nie kończy – robi się dziwniej. Kolejnym hipotetycznym zagrożeniem jest dziwna materia złożona z kwarków s (ang. strange quark). Model Standardowy przewiduje istnienie 6 kwarków, ale tylko 2 z nich występują w stabilnej materii, jaką znamy. Cząstki złożone z pozostałych 4 ulegają rozpadowi w skali 1 ns (10^-9 s), gdy tylko powstaną. Istnieją natomiast teorie, wg których, w pewnych warunkach, może powstać materia złożona głównie z kwarków s, która będzie nawet stabilniejsza od “typowej” materii, a przy kontakcie z nią spowoduje konwersję na dziwną materię, niczym Midas w złoto czy Bajpas Tan w zioło. [5] Okazuje się, że w kolizjach zachodzących w LHC powstaje mnóstwo cząstek zawierających kwarki s – czy jest się czego bać? Tutaj oszczędzę fizycznych szczegółów, ale naukowcy uspokajają, że warunki powstałe w LHC nie zgadzają się z żadnym z hipotetycznych procesów powstawania stabilnej dziwnej materii. [2, 4]

Argument ostateczny

Powyższe wytłumaczenie jest bardzo uproszczone i być może nieprzekonujące. Poza tym hipotetyczny arsenał wszechświata nie kończy się na czarnych dziurach i dziwadełkach (tak, to oficjalne tłumaczenie ang. “Strangelet”! [5]). Mogą czyhać na nas jeszcze np. bąble prawdziwej próżni czy monopole magnetyczne. Czas więc na ostateczny argument: Ziemia jest bombardowana promieniowaniem kosmicznym. Kolizje takie jak w LHC – jak i nawet miliony razy bardziej energetyczne – zachodzą na Ziemi nieustannie z taką częstotliwością, że liczba naturalnych wysokoenergetycznych zderzeń w ciągu historii Ziemi przewyższa liczbę wszystkich takich kolizji w CERN-ie o parę rzędów wielkości. Jeśli więc taka interakcja może zagrozić całej planecie z prawdopodobieństwem istotnym w kontekście CERN-u, to cudem jest, że nasza planeta przetrwała do dziś, a tym bardziej to, że nie zaobserwowaliśmy żadnego ciała niebieskiego, które uległoby takiej destrukcji. [2, 4]