10 апреля 2005 года газета The Daily Telegraph вышла с заголовком: "Учёные создали чёрную дыру на Земле!". Новость мгновенно разлетелась по мировым СМИ, обрастая апокалиптическими прогнозами. Люди всерьёз задумались: "Не уничтожит ли этот эксперимент нашу планету?".
Но что стояло за этой историей? Действительно ли физики в Брукхейвенской лаборатории (США) создали объект, способный поглотить Землю? Или это было очередное медийное преувеличение?
Спустя 20 лет мы можем не только рассказать полную версию событий, но и объяснить, почему этот эксперимент «перевернул» современную физику и какие невероятные перспективы он открыл.
Целью эксперимента было воссоздание "супа" ранней Вселенной. В Релятивистском коллайдере тяжёлых ионов (RHIC) учёные сталкивали ядра золота, разогнанные до 99,99% скорости света. Целью было изучение кварк-глюонной плазмы — состояния материи, которое существовало в первые микросекунды после Большого взрыва.
Когда ядра сталкивались, на мгновение (примерно 10⁻²³ секунды) возникала область с расчётной температурой 4 триллиона градусов (в 250 000 раз горячее ядра Солнца) и плотностью энергии, превышающей таковую у нейтронных звёзд.
Откуда взялся слух о чёрной дыре?
В интервью журналу Scientific American физик Хорст Штормер осторожно заметил: «Плотность энергии в точке столкновения так высока, что гравитационные эффекты становятся сопоставимы с чёрной дырой микроскопического масштаба».
Этой фразы хватило, чтобы журналисты (не разобравшись в деталях) объявили: "В лаборатории создали настоящую чёрную дыру!".
Почему это НЕ была чёрная дыра?
Хотя условия напоминали чёрную дыру, ключевые отличия были следующие:
| Параметр | "Классическая" чёрная дыра | RHIC-эксперимент |
| Размер в поперечнике | От нескольких км | Меньше протона (10-15 м) |
| Масса | Минимум 3 солнечных массы | Эквивалентна 10 протонам |
| Время "жизни" | От миллиардов лет | 10⁻²³ секунды |
Правильнее отметить, что учёные создали не настоящую чёрную дыру, а получили «экстремальное состояние материи», которое должно было помочь лучше понять природу гравитации.
Могла ли лабораторная «чёрная дыра» поглотить Землю?
По расчётам физиков: чтобы чёрная дыра стала опасной, её масса должна быть не менее 10²¹ кг (как у крупного астероида). Даже если бы коллайдер создал микроскопическую дыру, она бы испарилась за 10-23 секунды (по формуле излучения Хокинга). Кроме того, её масса была бы настолько ничтожной, что если бы такая дыра начала поглощать Землю, ей потребовалось бы больше возраста Вселенной, чтобы съесть хотя бы 1 грамм вещества.
Тогда почему чёрные дыры в космосе не испаряются сразу? Ответ кроется в масштабе:
Во-первых, как ни странно, чем массивнее чёрная дыра, тем медленнее она испаряется. Например, дыра звёздной массы (в 3 раза тяжелее Солнца) будет существовать триллионы лет.
Во-вторых, лабораторный вариант слишком мал, чтобы "прожить" дольше мгновения.
Хотя в 2005 году чёрную дыру не создали, сегодня учёные умеют моделировать её свойства и достигли большого прогресса в изучении их природы. Более того, помимо "обычных" чёрных дыр были созданы звуковые "чёрные дыры" (аналог горизонта событий для звука). Принцип их действия состоит в следующем: в сверхтекучем гелии создают вихрь, который захватывает звуковые волны (фононы - по аналогии с фотонами) так же, как настоящая чёрная дыра дыра — свет. Звуковые возмущения не могут покинуть область жидкости, которая течёт быстрее, чем локальная скорость звука.
Кстати, в 2022 году произошло открытие: учёные зафиксировали аналог излучения Хокинга в этом эксперименте с акустической чёрной дырой.
Существуют и оптические чёрные дыры. Специальные метаматериалы искривляют световые лучи, имитируя воздействие экстремальной гравитации. Эти материалы потенциально могут помочь в тестировании теорий о кротовых норах.
Существуют также цифровые чёрные дыры в квантовых компьютерах В 2023 Google Quantum AI заявили, что смоделировали голографическую чёрную дыру на 53-кубитном процессоре.
После скандала 2005 года CERN опубликовал 300-страничный доклад, доказывающий безопасность коллайдеров. Сегодня ясно: даже если учёные намеренно создадут чёрную дыру, она не сможет угрожать Земле.
Но главное — эти исследования приближают нас к Теории Всего, которая должна объединить квантовую механику и гравитацию. Возможно, через 50 лет «искусственные чёрные дыры» станут таким же обычным делом, как ядерные реакторы сегодня.
"Если человечество однажды научится укрощать чёрные дыры, это будет величайший прорыв со времен открытия огня. Главное — не уронить их на пол."
Источники:
Оригинальное исследование: "Formation of dense partonic matter in relativistic nucleus–nucleus collisions at RHIC: Experimental evaluation by the PHENIX Collaboration"
Отчёт CERN о безопасности экспериментов на коллайдере.