Сейчас физики испытывают нехватку экспериментального материала для проверки своих теоретических моделей и чтобы этот экспериментальный материал получить, они создали БАК, а потом, будут создавать еще более мощные ускорители частиц. На основе полученных данных, физики хотят продвинуться в построении Единой теории поля. Но возникает вопрос, насколько опасными могут быть эксперименты по столкновению частиц с высокими энергиями, если учесть, что пока у физиков нет завершенных теорий, которые бы описывали процессы, происходящие при таких энергиях. Ведь в таком случае, всегда есть риск, что эксперимент выдаст что-то новое, необычное, несоответствующее теоретической модели.

Ряд ученных уже высказывают опасения по поводу возможных последствий таких экспериментов. Так, Уолтер Вагнер и Луис Санчо подали в суд для прекращения экспериментов связанных с запуском БАК, может привести в частности, к образованию микроскопических черных дыр, мощное гравитационное поле которых начнет всасывать в себя соседние частицы и таким образом, станет поглощать материю вокруг себя. Масса такой квантовой черной дыры станет расти и его усиливающееся гравитационное поле начнет всасывать в себя коллайдер, а затем Швейцарию, Европу и всю нашу планету.

И хотя возможность возникновения черных дыр в результате эксперимента ученными не отрицается, они делятся на тех, кто верит в принципы, на которых основаны теоретические модели и из которых следует, что эти черные дыры будут не устойчивыми, и распадутся прежде чем начнут что-либо всасывать, и тех, кто считает, что существующие модели могут не учитывать каких-либо еще неизвестных нам факторов (законов), а значит, вполне может быть, что они неверно прогнозируют поведение черной дыры, и она может начать вести себя неожиданно для ученых. Катастрофический сценарий развития событий имеет неравную нулю вероятность, что конечно не может не вызывать беспокойство.

Таким образом, на данный момент мы можем вывести 2 наиболее волнующих варианта развития событий связанных с экспериментами на БАК, а именно – катастрофический и оптимистический. Далее, в общих чертах опишем теоретические модели, которые пытаются проверить физики, и проанализируем указанные выше возможные сценарии развития событий.

Последствия эксперимента.

Рассматриваемые варианты являются гипотетическими поэтому читатель может с ними не согласиться и (или) предложить свои. Суть от этого не меняется, и состоит она в том, что мы, люди, обречены познавать мир, строя гипотезы (предположения) и придумывая эксперименты (опыты) для их проверки. Но природа не всегда вписывается в наши представления о ней и поэтому, мы должны быть готовы к тому, что наши ожидания могут не оправдаться.

Сценарий 1.
Оптимистический: Запуск БАК и последующих, более мощных ускорителей, приведет к новым открытиям и позволит создать экспериментальную и теоретическую базу, на основе которой в будущем цивилизация совершит качественно новый скачок в своем понимании устройства материи (Вселенной) и вытекающем из него техногенном развитии.

Сценарий 2.
Пессимистический: В результате предварительных (тестовых) запусков БАК катастрофический сценарий будет отвергнут как несостоявшийся, но поэтапный выход на запуск БАК в полную мощность приведет к тому, что зародившиеся при столкновении частиц черные дыры и (или) другие частицы (о существовании которых, возможно, физики и не подозревают) вызовут сбои в электронных системах БАК (разрушения технических модулей) и неконтролируемое поведение материи в активной зоне коллайдера. Результатом станет в лучшем случае физическое разрушение коллайдера, а в худшем - катастрофа, которая уничтожит человечество или всю планету.

Что такое “Стандартная модель”?

Главной задачей эксперимента станет проверка Стандартной модели, которая есть, по сути, предположение физиков относительно законов и принципов, лежащих в основе строения материи. Если все вытекающие из моделей следствия найдут подтверждение в экспериментах, то это будет свидетельствовать об ее правильности. Что же представляют собой Стандартная модель, которую пытаются проверить физики?

Согласно Стандартной модели, все элементарные частицы относятся либо к классу лептонов, либо к классу частиц-переносчиков взаимодействия, либо к классу адронов, которые построены из кварков.

В настоящее время известны 4 типа сил (взаимодействий): сильное (их носителями являются частицы - глюоны), электромагнитное (их носителями являются частицы - фотоны), слабое (переносится векторными или калибровочными бозонами) и гравитационное (их носителями являются гравитоны).

В рамках Стандартной модели, сильное, электромагнитное и слабое взаимодействия удалось описать как разные проявления единой силы. Считается, что все силы, действующие во Вселенной (сильные, слабые, электромагнитные и гравитационные) при высоких энергиях сливаются воедино и проявляют себя как одна сила. Первыми объединяются слабое ядерное и электромагнитное взаимодействия, такое объединение двух сил можно наблюдать даже лабораторно при энергиях развиваемых современными ускорителями элементарных частиц. Сила образованная таким объединением слабого и электромагнитного взаимодействия, проявляется как сила электрослабого взаимодействия. Первые 10-10 секунды после Большого взрыва не было грани между слабым ядерным и электромагнитными силами. Вследствие расширения Вселенной с момента большого взрыва, ее температура стала понижаться. Лишь после того как средняя температура Вселенной понизилась до 1014 К, все четыре наблюдаемых сегодня силовых взаимодействия разделились и стали проявлять себя как самостоятельные. Пока температура была выше 1014 К действовали только 3 силы: сильное, электрослабое и гравитационная.

Электрослабое взаимодействие начинает объединяться с сильным взаимодействием при температурах порядка 1027 К. В лабораторных условиях такие энергии недостижимы. Даже БАК сможет разогнать частицы до энергий которые составляют всего 10-8 % от энергии которая необходима для объединения электрослабого и сильного ядерного взаимодействия. Но в первые 10-35 секунд с момента Большого взрыва, температура Вселенной была выше 1027 К и во Вселенной действовало всего две силы – электросильного и гравитационного взаимодействия. Теории, описывающие эти процессы называют “теориями Великого объединения (ТВО)” или “теория Большого объединения (ТБО)”. Напрямую проверить справедливость этой теории нельзя, но можно проверить прогнозы, которые она дает для процессов протекающих на более низких энергиях (т.е. в областях экспериментально достижимых энергий). На сегодняшний день, все предсказания ТВО для относительно низких энергий, подтверждены экспериментально.

Таким образом, Стандартная модель представляет собой теорию строения Вселенной, но она не полна, т.к. не включает в себя гравитацию. На уровне ТБО наши возможности в плане проверки универсальных теорий исчерпываются.

Далее начинается теория супер-объединения (ТСО) или всеобщих теорий. Непротиворечивая ТСО позволила бы объединить гравитацию с сильно-электрослабым взаимодействием.

Теории которые пытаются объединить все четыре типа взаимодействия называют “Универсальными теориями”, “Теориями всего сущего” или “Теорией великого объединения”. Если бы у нас была такая теория, то это бы означало, что человечеству удалось построить замкнутую физическую картину мира, она бы включала в себя все базовые принципы и законы мироздания, и во всей Вселенной уже не было бы того, что мы не можем понять и описать. Это заветная цель современной физики пока еще далека от того, чтобы быть достигнутой, но уже сейчас делаются попытки построения таких теорий.

Главными претендентами на роль таких теорий выступают разные варианты теории струн. Объединение теории струн с концепцией суперсимметрии породило теорию суперструн. Теория суперстун на сегодняшний день - это максимум, чего удалось добиться на пути построения ТСО. Основная идея этой теории в том, что постулируется не фундаментальность кварков и лептонов, т.е. в рамках этих теории утверждается, что сами кварки и лептоны состоят из еще более тяжелых и неоткрытых структур. В масштабах порядка 10-35 м структура материи принципиально отличается от привычной нам. На столь малых расстояниях материя представляет собой серию стоячих волн физических полей. Такое состояние материи можно уподобить натянутой струне, в которой помимо основного тона могут возбуждаться множество обертонов или гармоник. Каждой гармонике соответствует своя энергия, а значит и масса, так что вибрации этой струны эквивалентны рождению элементарных частиц заданной массы и энергии. Колебание таких струн происходит в пространстве, имеющем 11 измерений. Часть этих измерения не наблюдается при обычных энергиях, т.е. компактифицируется.

Мощность БАК позволяет физикам рассчитывать на то, что они смогут найти убедительные подтверждения верности Стандартной модели и теории струн. В частности, они рассчитывают обнаружить Бозон Хиггса, выявить неэлементарность кварков, а также суперсимметрию и бозоны Z-штрих. В тоже время, теоретически, возможно возникновение и такого экзотического объекта, как микроскопическая черная дыра. Ее обнаружение позволит экспериментально установить многомерность нашего пространства и исследовать его скрытые измерения, т.е. фактически, открыть новые Вселенные.

Безопасна ли черная дыра?

Основная идея эксперимента состоит в том, чтобы разогнать частицы с ненулевой массой (протоны) до колоссальных скоростей (околосветные скорости) и столкнуть эти частицы друг с другом. Такие соударения ускоренных частиц позволяют моделировать сверхплотные состояния материи. Именно в таких состояниях материя находилась в первые секунды после зарождения Вселенной (Большого взрыва) и именно в таком состоянии материя находится в таких экзотических объектах, как черные дыры.

Космические черные дыры возникают во вселенной из звезд, которые, исчерпав свой термоядерный ресурс, испытывают мощное гравитационное сжатие (коллапс), что приводит к уменьшению их размеров и колоссальному уплотнению их материи. Для внешнего наблюдателя, такой объект представляет собой черное пятно (дыру) в пространстве-времени, которое втягивает в себя все окружающие объекты за счет мощного гравитационного поля. С точки зрения классической теории гравитации Эйнштейна (ОТО) масса черной дыры стремится к бесконечности, а его размеры стремятся к точке(сингулярность). Неясным остается вопрос о том, что происходит с материей в самой черной дыре. В рамках классической теории гравитации и квантовой теории этот вопрос остается открытым. Для ответа на него разрабатывается новое теоретическое направление - квантовая теория гравитации, ее предметом станут квантовогравитационные эффекты, проявляющие себя в сверхмалых масштабах материи ((масштабах порядка длины Планка 10(-35стп.)м)). Но это направление современной физики практически еще не разработано, а это значит, что мы толком не знаем законов и принципов организации физических процессов в таких масштабах материи. Все известные законы физики применимы только до плотности вещества равной плотности Планка ((Плотность Планка 10(97стп.) кг/м3)).

В микромире обычно гравитационным взаимодействием пренебрегают из за его относительной слабости. Но, при плотностях соразмерных с плотностью Планка, силы гравитации становятся колоссальными, что принципиально меняет свойства пространства-времени в таких масштабах. Такой плотности было бы достаточно, чтобы создать черные дыры диаметром всего лишь 10(-35стп.)м (длина Планка) и массой 10(-8стп.) кг (масса Планка). Такова самая легкая черная дыра, которая может сформироваться с точки зрения стандартной теории гравитации.

Метки: большой ускоритель - женева (коллайдер)