Kodėl LHC greitintuvas vis dar nesunaikino mūsų planetos

Keista, kad nuo Didžiojo hadronų priešpriešinių srautų greitintuvo (LHC) paleidimo praėjus beveik trims metams, interneto platybėse vis dar galima išgirsti pasakojimų, esą ši mašina be jokio gailesčio sunaikins mūsų Žemę. Galbūt tokias fantazijas skatina faktas, jog pilnu pajėgumu greitintuvas pradės veikti tiktai 2014 metais. Visgi labai panašu į tai, kad niūrieji pesimistai seka liūdnai pagarsėjusių Žemės apokalipsės pranašautojų pėdomis: juk mūsų planeta turėjo sugriūti dar 2008 metų rugsėjį, LHC greitintuve praskriejus pirmiesiems įgreitintų protonų pluoštams. Taip neatsitikus, metama pilno mašinos pajėgumo korta.

Mėgstama teigti, jog itin didelės energijos dalelės viena į kitą trenksis tokia jėga, kad bus suspaustos į darinius, kurių spindulys bus mažesnis už tokios masės darinio Švarcšildo spindulį. Kitaip tariant, susidarys mikroskopinė juodoji skylė, kuri rydama vis daugiau aplinkinės medžiagos nepaliaujamai augs. Ir pasigardžiuodama sudoros visą Žemę.

Toliau pateikiami trumpi paaiškinimai, kodėl taip vis dėlto neatsitiks.

1. Mikroskopinės juodosios skylės yra mažai tikėtinos

Nors žiupsnelis neutroninės žvaigždės gali sverti keliolika milijonų tonų, jeigu iš jos pavyktų pasemti neutroninės medžiagos, ši kaipmat išsiplėstų ir užimtų tokį tūrį, kokį įprastinėmis sąlygomis užima tiek sverianti medžiaga.

Tačiau fiziškai iš juodosios skylės neįmanoma pasemti juodosios skylės medžiagos – jeigu tai būtų galima padaryti, logiška tikėtis, jog ji lygiai taip pat išsiplėstų. Ekstremalaus tankio dariniai, išplėšti iš ekstremalios gravitacijos sričių, kurias sukuria žvaigždinio masto objektai, tiesiog neišsilaikytų.

Hipotetinės fizikos teorijos, leidžiančios gimti mikroskopinėms juodosioms skylėms, teigia, jog gravitacija sustiprėja, kuomet persiritama į dimensijas, kurios turėtų egzistuoti mažesnėje už Planko skalėje. Nėra tikrų šią teoriją patvirtinančių faktų – tiesą sakant, vis daugėja įrodymų, jog tai greičiausiai nėra teisybė. Prie to prisideda ir iš LHC plaukiantys duomenys.

Didelės energijos dalelių susidūrimo metu judėjimo energija virsta šilumine, be to, įveikiamas elektromagnetinės prigimties stūmos poveikis, kuris įprastai neleidžia krūvį turinčioms dalelės susidurti. Tačiau šiluminė energija greitai išsisklaido, tad susidūrusios dalelės primena subatominį šrapnelį, o ne termobranduolinės sintezės ištroškusius dalyvius. Dalelių greitintuvuose siekiama atkurti sąlygas, primenančias Didįjį sprogimą, o ne masyvių žvaigždžių gelmes.

2. Hipotetinė juodoji skylė nepajėgtų sudoroti Žemės

Nors tai, kas vyksta už įvykių horizonto yra paslaptinga ir tiesiog nežinoma, fizikai gali pasakyti, kas dedasi šios ribos išorėje. Gravitacinė jėga, kuria juodosios skylės masė veikia objektus, tolstant silpnėja atvirkščiai proporcingai atstumo kvadratui – visai kaip bet kurio kito dangaus kūno.

Gravitacinė jėga, kuria mikroskopinė juodoji skylė, sudaryta iš, tarkim, 1000 hipersutrėkštų protonų, veikia objektus, būtų juokingai maža, kuomet pasiektume atstumą, viršijantį Švarcšildo spindulį (galbūt 10^-18 metrų). Tokia juodoji skylė nepajėgų suryti daug medžiagos, nebent jai pavyktų įveikti jėgas, laikančias daleles kartu. Prisiminus kvantinę mechaniką, tai mažai tikėtina, nes gravitacija čia yra pati silpniausia jėga.

Yra apskaičiuota, jog jeigu Žemės tankis būtų lygus kietojo pavidalo geležies tankiui, mikroskopinė juodoji skylė, judėdama tiesia trajektorija, atomo branduolį turėtų sutikti kas maždaug 200 kilometrų. Sutikusi branduolį, ji ganėtinai nustebtų, nes šio skersmuo bent 1000 kartų viršyti jos pačios skersmenį.

Taigi, juodoji skylė vienu ypu nepajėgtų suryti viso branduolio. Geriausiu atveju skriedama pro šalį ji sugebėtų tik šiek tiek jo atsiriekti – kažkokiu būdu nugalėdama stipriąją branduolio kvarkus laikančią jėgą. Mikroskopinė juodoji skylė, praskriejusi pro visą Žemės rutulį, turėtų sutikti apie 100 tokių branduolių, tačiau netgi ir po tokios medžioklės jos matmenys greičiausiai neprilygtų nesuspausto protono matmenims.

Vaizduodami tokį scenarijų visiškai pamiršome, jog dalelės turi krūvius. Jeigu keliolika teigiamai įkrautų protonų sukištume į tokį mažą tūrelį, toks darinys turėtų tiesiog sprogti, nes esant tokiam masteliui elektromagnetinė jėga gerokai pralenkia gravitacinę sąveiką. To būtų galima išvengti, jeigu į šią smėlio dėžę pabertume tokį patį elektronų skaičių, tačiau tokiam scenarijui išsipildyti reikia neįtikėtinai palankių aplinkybių.

3. Ką sako niūrieji pesimistai

Susidūrę su įprastiniu argumentu, teigiančiu, kad viršutinius Žemės atmosferos sluoksnius natūraliai atakuoja kosminiai spinduliai, savo energija lenkiantys LHC greitintuve vykdomus eksperimentus, sąmokslo teorijos šalininkai prisimena mokykloje išmoktas fizikos pamokas, pateikdami paprastą pavyzdį: du automobiliai, susidūrę kaktomuša, išskiria daugiau energijos nei vienas automobilis, staiga įsirėžęs į plytų sieną. Tai gryniausia teisybė: jeigu visų automobilių greičiai buvo vienodi, tuomet pirmasis įvykis yra dukart energingesnis už antrąjį. Vis dėlto atlikti matavimai rodo, kad kosminių spindulių susidūrimo su viršutiniais Žemės atmosferos sluoksniais metu išskiria net 50 kartų daugiau energijos, nei jos sugeneruojama LHC eksperimentų metu.

Bandydami atremti argumentą, kuriuo teigiama, jog mikroskopinė juodoji skylė, kiaurai praskriejusi Žemę, neįgis pastebimesnio masės prieaugio, LHC priešininkai bando aiškinti, kad LHC susidūrimo metu gimusios dalelės gali labai iš lėto dreifuoti Žemės centro link. Jų impulsas būtų toks mažas, kad jos nesugebėtų išlėkti už planetos ribų.

Tai irgi vargu ar tikėtina. Mat skersinis impulsas, kurį įgytų LHC susidūrimo metu – kaktomuša susidaužiant beveik 300 tūkstančių kilometrų per sekundę skriejančios dalelėms – pažirę dariniai, priverstų skrieti taip, jog šie viršytų antrąjį kosminį, dar vadinamą pabėgimo, greitį (jūros lygyje jis siekia 11,2 kilometrų per sekundę).