人造黑洞！大型对撞机是如何“撞出黑洞”的？需要多大的能量？|lhc|对撞机|欧洲核子研究中心|粒子|黑洞

前不久，在《科学请回答2021》视频节目中，科普作家严伯钧和王贻芳院士进行了一场关于大型对撞机能否“撞出黑洞”的对话，王贻芳院士当即表示从理论上来说，大型对撞机是有可能“撞出黑洞”的，但从定量上计算的话是不可能的。

今天，我们就来聊聊，对撞机真的可以“撞出黑洞”吗？如果黑洞真的出现了，会把地球上的物质都吸进去，甚至摧毁地球吗？

要想知道这些问题的答案，我们先来看这样一起案件。

2008年3月，在欧洲最高能的对撞型粒子加速器——大型强子对撞机（LHC）试运转的前六个月，欧洲人权法院受理了这样一起案件，一批持反对态度的欧洲科学家对资助该项目的20个欧洲国家提出起诉，并申请对欧洲核子研究中心（CERN）启动LHC发出紧急禁令，要求立即停止LHC的实验。

据德国化学家奥托·勒斯勒尔教授的说法，在LHC中的两个粒子高速相撞时，有可能会产生一个微型黑洞，它将以指数倍的速度膨胀，并由内向外地吞噬地球，最坏的情况下，地球将在4年内消失。

而这个说法也在之后得到了试图启动LHC的欧洲核子研究中心（CERN）的承认。一时间，对于LHC的安全担忧得到了媒体广泛的关注，而《泰晤士报》、《卫报》、《独立报》、《悉尼先驱晨报》以及《时代周刊》先后发表的与LHC有关“末日恐慌”言论的报道也引起了公众的恐慌。

为了平息公众对于LHC安全问题的担忧，欧洲核子研究中心（CERN）委托了一批没有任何组织的科学家来评估其相关风险，而在随后的报告中，他们总结道，目前的粒子实验，例如RHIC和LHC中的粒子碰撞，不会产生任何威胁。

CERN之后又委托了一批隶属于中心但不参与LHC项目的物理学家做了另一次评估，并发表在2008年6月的报告中，他们一致认为，即使LHC在粒子对撞时形成了一个微型黑洞，但它们也会由于霍金辐射而瞬间蒸发。这份报告得到了20位CERN外部科学家组成的委员会和美国物理学会粒子和场部执行委员会的审核和认可，随后在受同行评审的刊物《物理学杂志G》中发表。发行这一刊物的英国物理学会也认可报告的结论。

在听取了欧洲核子研究中心（CERN）的报告结果后，欧洲人权法院驳回了对LHC发出紧急禁令的请求。从这起案件中我们就得到了答案，对撞机从理论上讲是有可能“撞出黑洞”的，但在黑洞出现的那一刻就会瞬间蒸发。

当然，一切理论的结果都源于自实践。我们虽然无法控制黑洞，但可以计算对撞机“撞出黑洞”所需的能量。

根据计算黑洞大小的史瓦西半径计算公式（r=2GM/c2），我们得出结论，太阳、地球都可以被压缩成黑洞。而质量越轻的物体要形成黑洞，所需要的压缩程度就越高，形成的黑洞密度也就越大。

也就是说，质量最小的黑洞同时也是密度最大的黑洞。而目前我们可以接触到的物质最高密度是普朗克密度：5.155×1096 kg/m3，我们将其带进史瓦西半径计算公式得出，最小的黑洞质量为10-8千克。

而据公开资料显示，LHC目前可以创造高达7Tev（万亿电子伏特）的能量，根据质能方程E=mc2，这时的质子质量为10-23千克。相比于质子本身的静止质量（10-27千克），已经提升了很多。当两个这样的高能质子碰撞，能量就会被压缩到一个很小的空间内。

前面我们得出，理论上最小的黑洞质量为10-8千克，而对撞机中的质子与其相差了15个量级。也就是说，对撞机的能量需要增强1015倍，才能让质子变成黑洞。但以目前的技术要做到这一点，我们还有很长的一段路要走。

再者，就算对撞机真的“撞出了一个微型黑洞”，也会由于霍金辐射而消失。霍金辐射是以量子效应理论推测出的一种由黑洞散发出来的热辐射，此理论由史蒂芬·霍金于1974年提出，霍金认为，当黑洞在向内吸收物质的同时，也在向外辐射能量不断蒸发，一个大黑洞会非常缓慢地失去能量，但一个小黑洞会在眨眼之间蒸发。

而据欧洲核子研究中心（CERN）官方报道，他们将对LHC进行升级，建造一个规模更大、能量更高的未来环形对撞机（FCC），据项目负责人透露，FCC项目研究了以下三种不同类型粒子碰撞的场景：