今年11月20日,大型强子对撞机(LHC)开始了人们期待已久的质子对撞实验。早在去年9月,这一实验就已进入倒计时,后由于设备故障而不得不停修检查。在围绕LHC实验曾经有不少反对的声音,其中令人印象最深的是一种认为该实验将导致世界末日的观点。尽管其荒谬性已经遭到批驳,反对的声音似乎小了很多。但是科学要真正战胜谬误,还有很长的路要走,即使这一实验获得了成功。为此我们再刊出以下译文,回顾一下去年的这场争论,并以此为LHC实验祝福。
质疑:视LHC为凶兆
即使是对一则收音机上的汽车广告,要忽视它也是很困难的:一项“世界末日”的降价,提供新车30%的折扣和1000美元现金返还。“为你自己买样东西实在是轻而易举的事,”广告在怂恿着。理由是:由大型强子对撞机(LHC)产生的微型黑洞可能很快会触发一场无法停止的导致地球爆炸的连锁反应。
布拉德·本森(Brad Benson)是策划上述广告的新泽西州现代汽车公司的交易员,然而他并不真的担心这颗行星的命运。他告诉《科学》杂志:“我是一个对《国家地理》感兴趣的人,很喜欢看这类新闻。”但是,当花费了55亿美元巨资的撞击粒子的实验首次闪光时,有些人必定会将这台机器视作凶兆。
少数物理学家以及其他一些人已在质疑,是否存在大量的由粒子碰撞产生微小火球的风险――包括微型黑洞,一种不同的量子机制的真空,以及甚至由杂散的闪光触发的热核聚变。互联网上沸沸扬扬的讨论,都在反对那些对大自然横加干涉、并把我们所有人置于危险境地的傲慢自大的科学家们。另有一小部分人则已要求停止LHC项目。
LHC运行示意图
3月,核物理学家沃尔特·瓦格纳(Walter Wagner)和路易斯·桑乔(Luis Sancho)在夏威夷联邦地方法院申请了反对LHC的禁令。此后,瓦格纳因持反对态度而遭到美国能源部的解雇。
8月下旬,一个欧洲小组会同欧洲人权法院(ECHR)提出了一项上诉,要求停止按下量子试验的开关。29日,经过3天的考虑,法院拒绝下达禁令。ECHR发言人说,由于法院积案太多,可能要花长达3年的时间才能确定是否立案,“只在具有发生严重后果的可能时才能阻止启动LHC项目。”作为ECHR上诉的发言人,马库斯·戈勒茨切宁(Markus Goritschnig)补充说:“我们会继续努力上诉。”
LHC并不是第一个面对其安全问题质疑的粒子对撞机。在1999年,瓦格纳要求停止位于纽约厄普顿的布鲁克海文国家实验室内的相对论重离子对撞机(RHIC)的建造。该要求于2000年被搁置,RHIC项目则在同一年开始启动。
为预先阻止类似的反对LHC(该项目部分时间将以比中离子更高的能量对撞)的活动,欧洲核研究组织(CERN)委托了5个独立的物理学家和一个CERN职员评定新机器的风险。他们的结论于2003年公布:“我们未发现任何风险存在的可能。”第二个专题组,即LHC安全评估小组(LSAG)在6月出版的一份报告中也得出了相同的结论。
地球:已承受N次实验
这些末日论者们说准了一件事:LHC可能会制造出黑洞。根据爱因斯坦的广义相对论,能量会将空间和时间弯曲。如果将质子空前猛烈地相撞的话,LHC可以将足够大的能量填入足够小的体积,以致在我们的宇宙中产生针孔,即微缩的黑洞。如果空间是三维的,即使LHC的能量达到100万亿倍也是太低的。但是,弦理论――它假定每一基本粒子实际上是一个无穷小的振动弦――却预言空间的维数不止三维,它们卷曲成极小的环。如果这些维数中的一些卷曲得足够松弛,则能量的临界值会穿透LHC的范围,某些理论家争辩道。
但是这样微小的黑洞会迅速消失,转为普通粒子。至少,它们必须能衰变为创建它们的粒子。它们还应当通过“霍金辐射”衰变,衰变何时发生,取决于量子的不确定性,一个正―反虚粒子对在真空中显现,其中一个粒子落入黑洞,而另一个则逃逸到远处。
LHC的反对者指出,至今还没有人观察到霍金辐射,他们忧虑黑洞会变大并吞噬越来越多的物质。德国物理学家拉纳·普莱加(Rainer Plaga)在一篇由ECHR引用的文章中抱怨道,理论上黑洞既会变大又会强烈辐射;而辐射会造成极大的损害,因为它们会吞噬所看到的一切。
但在另一篇引用文章中,德国图宾根大学的理论物理学家奥托·罗斯勒(Otto Rossler)以一种不同寻常的口吻反对说,不对。广义相对论的解释是:微型黑洞应当是稳定的,并可能来自于辐射状喷涌的类星体。
所有这些情形均基于似是而非的推论,CERN的一位理论家乔纳森·埃利斯(Jonathan Ellis)说:除地球外,太阳和其他天体不断受到宇宙粒子的轰击,其能量远高于LHC的能别。正如LSAG在其报告中指出的:“这意味着大自然早已对地球进行了相当于成千万次的LHC实验,而我们这颗行星依然存在。”
埃利斯指出,或许物理学家过多地谈论黑洞,无意中助长了煽起的恐慌。“或许我们应当更注意我们所用的修辞,”他说,“例如,我们一谈论重现大爆炸,公众就会想‘噢上帝,他们正在重现大爆炸!’”当然,物理学家们并不打算返回宇宙炽热的起源,即模拟粒子瞬间碰撞时的条件。然而,缺少耸人听闻的材料是无法抓住人们的眼球的,这是任何一个优秀的汽车推销员都知道的简单道理。
资料来源Science
责任编辑 则 鸣