斯蒂芬·霍金希望科学家在地球上“制造黑洞”，物理学说这是可能的

斯蒂芬·霍金的长期合作者托马斯·赫托格在他的新书中讨论了这位著名物理学家的一生和未完成的工作。(图片鸣谢:托马斯·赫托格)

（蜘蛛网eeook.com）据美国太空网（托马斯·赫托格）：“我希望你能制造黑洞，”斯蒂芬咧嘴笑着说。

我们走出带我们进入地下的货梯，进入五层楼高的洞穴，里面有欧洲粒子物理研究所实验室的ATLAS实验，这是日内瓦附近传说中的欧洲核研究组织。欧洲核子研究中心主任罗尔夫·豪雅不安地挪动着双脚。那是2009年，有人在美国提起诉讼，担心欧洲粒子物理研究所新建造的大型强子对撞机LHC会产生黑洞或另一种形式的奇异物质，从而毁灭地球。

LHC是一个环形粒子加速器，主要用于创建希格斯玻色子，这是当时粒子物理学标准模型中缺失的一环。它建造在瑞士和法国边境下方的隧道中，总周长为27公里(约17英里)，它将圆形真空管中反向旋转的质子和反质子加速到光速的99.9999991%。在环上的三个位置，加速粒子束可以被引导到高能碰撞中，重新创造可与热大爆炸后几分之一秒宇宙中的条件相媲美的条件，当时温度超过10亿度。在这些激烈的正面碰撞中产生的粒子喷雾的轨迹被数百万个传感器收集到，这些传感器像迷你乐高积木一样堆叠在一起，组成了巨大的探测器，包括ATLAS探测器和紧凑型μ介子螺线管，或CMS。

紧凑型μ介子螺线管(CMS)的图示。(图片来源:Naeblys via Getty Images)

该诉讼很快被驳回，理由是“对未来伤害的猜测性恐惧并不构成足以赋予起诉权的事实上的伤害。”那年11月，LHC成功开启——在一次早期尝试的爆炸之后ATLAS和CMS探测器很快在粒子碰撞的碎片中发现了希格斯玻色子的痕迹。但是，到目前为止，LHC还没有制造出黑洞。

为什么对Stephen来说——我想对Heuer来说也是——希望有可能在LHC产生黑洞并不是完全不合理的呢？我们通常认为黑洞是大质量恒星坍缩后的残余。然而，这种观点过于狭隘，因为任何东西如果被压缩到足够小的体积，都可能成为黑洞。如果碰撞将足够的能量集中到足够小的体积内，即使是一个加速到接近光速的质子-反质子对在一个强大的粒子加速器中撞在一起也会形成一个黑洞。它肯定会是一个微小的黑洞，存在时间短暂，因为它会通过霍金辐射的发射而瞬间蒸发。

与此同时，如果斯蒂芬和豪雅制造黑洞的希望成为现实，这将标志着粒子物理学家几十年来通过不断增加的能量碰撞粒子来探索更短距离自然的探索的结束。粒子对撞机就像显微镜，但重力似乎为它们的分辨率设置了一个基本限制，因为每当我们试图窥视一个越来越小的体积时，它就会触发黑洞的形成。

在这一点上，增加更多的能量会产生一个更大的黑洞，而不是进一步增加对撞机的放大能力。因此，奇怪的是，重力和黑洞完全颠覆了物理学中通常认为能量越高探测距离越短的想法。建造越来越大的加速器的终点似乎不是最小的基本建筑块——每个还原论者的终极梦想——而是一个涌现的宏观弯曲时空。从短距离回到长距离，重力嘲弄了一个根深蒂固的想法，即物理现实的架构是一个嵌套尺度的整洁系统，我们可以一个接一个地剥离它，以达到最小的基本组成部分。重力——因此时空本身——似乎拥有反还原论的元素。

那么没有引力的粒子物理在什么微观尺度上蜕变成有引力的粒子物理呢？(或者，换句话说，实现斯蒂芬制造黑洞的梦想需要多少钱？)这是一个关系到一切力量统一的问题，这一章的题目。寻找一个包含所有基本自然法则的统一框架已经是爱因斯坦的梦想。它直接关系到多元宇宙宇宙学是否真的有潜力为我们宇宙的生命鼓励设计提供另一种视角。因为只有理解所有粒子和力是如何和谐地结合在一起的，才能对基本物理定律的独特性(或缺乏独特性)产生进一步的见解，因此人们可以预期它们在多元宇宙中的变化水平。

摘自《论时间的起源》。版权所有2023托马斯赫托格。由企鹅兰登书屋旗下的矮脚鸡出版社出版。