物理学家会在无意之间制造出黑洞杀手或者致命的奇异物质而吞没地球吗？罗伯特 · 马特修斯认为：至少不会有人为此而抱歉的。

大爆炸机器可能摧毁地球？

　　1999年7月，《星期日时报》以“大爆炸机器可能摧毁地球”为题刊登了一篇文章。文章声称，地球正受到一台坐落于长岛的巨型粒子加速器的严重威胁。这台被称为相对论性重离子对撞机（RHIC）的粒子加速器将在极高的能量之下让一对金原子核相撞。据这篇文章报道，RHIC将会带来巨大灾难：碰撞可能产生黑洞或奇异物质，它们可以吞噬我们整个星球。

　　就在文章发表后的24小时之内，经营这台对撞机的布鲁克海文国家实验室（BNL）就发表声明反驳这种说法，认为发生大灾难的可能性几乎为零。这家实验室现已成立了一个国际专家委员会来核查发生这种恐怖事件的可能性。但是BNL主任约翰 · 玛伯格（John Marbtnrger）坚持认为危险早已解决了，他们成立专家委员会的目的只是为了显示他们认为地球是安全的信心有多么充足。他还把他们的论证放在互联网上以安抚大众。

　　即便如此，许多人还是对物理学家因为担心地球被毁灭而去认真考虑这种灾难发生的可能性而感到震惊。

　　实际上，这种担心早在50年前就已经存在了。第一个担心地球会被毁灭的物理学家是“氢弹之父”——爱德华 · 泰勒（Edward Teller）。1942年7月，他作为理论小组成员应邀参加了在加州大学伯克利分校举行的草拟实用原子弹设计方案的秘密会议。令他的同事们震惊的是，研究核爆炸反应的泰勒暗示，核弹爆炸产生的极高温度可能会点燃地球的大气。

　　正当某些人对泰勒的暗示嗤之以鼻的时候，曼哈顿计划的负责人J · 罗伯特 · 奥本海默（J. Robert Oppenheimer）则采取了严肃的态度，认为有必要对之进行仔细的研究。这份代号为LA-602的报告直到1973年2月才公布于众。它的内容也仅限于似乎可以摧毁地球的反应——氮-14的热核反应上。这份报告证实了怀疑派一直所坚持的：核火球冷却的速度比它触发大气燃烧的速度快得多。

　　然而，1975年11月，《原子科学家简报》宣称，曼哈顿计划的领导成员之一亚瑟 · 康普顿（ Arthur Compton）认为：点燃大气的危险实际上是确实存在的。不过，经后来证实，这是误传：康普顿曾经在会见美国作家珀尔 · 巴克（Penrl Bnck）时，提到了他的计算结果，然而巴克误解了康普顿的意思。

　　虽然如此，洛斯阿拉莫斯实验室的研究仍然是科学史上的分水岭。因为它标志着科学家第一次意识到了他们的活动可能会在无意间给人类带来灭顶之灾。50年来，人们的担心一直都没有停止过。

　　最近这些年，人们担心的焦点主要集中在粒子物理学家们所使用的巨型机器上。发生在这些巨型机器里的激烈碰撞会产生令人厌恶的东西吗？物理学家阿瓦罗 · 德鲁拉（Alvaro de Rujula）说道：“每当CERN建造好一台新机器，都会有人提出这样的问题。”

加速器、黑洞与地球

　　黑洞的破坏是地球最可怕的毁灭方式之一。黑洞是可以吞噬任何东西的无底洞。据《星期日时报》报道，如果在RHIC中产生了一个微小的黑洞，那么它将从长岛向下挖掘一个洞穴，一直通向地心，然后吃掉我们的星球或者把地球劈成两块而释放出所有的能量。那为什么物理学家这么有信心，认为不会发生这样的事情呢？

　　黑洞的最小尺寸大约为10^-35米（这就是所谓的普朗克长度），任何比这还小的微粒都会被周围时空的量子涨落所掩盖。但就是这样一个微小的黑洞，其质量都可达10微克左右，即有一粒灰尘那么重。要想在粒子加速器中通过碰撞产生这么重的微粒，需要的能量大约为10¹⁹Gev。这比目前能量最高的对撞机所产生的能量还要高10¹⁹倍。以当前的技术，我们需要一台跟银河系差不多大小的加速器才能制造出这样的黑洞来。

　　即使我们能够制造出这样的黑洞，它也不会吞噬掉整个地球。因为这么小的黑洞会在10^-42秒之内通过霍金辐射[斯蒂芬 · 霍金（Stephen Hawking）于70年代发现了这个过程]而消失殆尽。黑洞若要能吞吸，物质就必须在这么短的时间内膨胀数十个数量级。根据《黑洞：一个旅行者的向导》的作者克利夫 · 彼科佛（Cliff Pickover）所说，“即使黑洞的质量有珠穆朗玛峰那么重，其半径也不过10^-15米左右，这大概跟一个原子核相当。当前的观点认为，这么小的黑洞吞噬任何东西都是非常困难的，即便是一个质子或中子，它也很难吞没。”

　　所以我们不必为加速器中可能会产生可以吃掉地球的黑洞而担心得无法入睡。但是据普林斯顿大学的约翰 · 惠勒（John Wheeler） 认为，还有一个办法可以产生黑洞：引爆一个大氢弹。

　　他说，一次适当的氢弹爆炸所产生的压力可以使得受压物质的密度达到产生一个黑洞所需要的程度（大约为10¹⁷千克/米）。然而，惠勒估计到，这样一颗“适当”的氢弹需要耗尽海洋中的所有重水，并且氢弹重量需达几十亿公吨。

　　目光更加敏锐的狂热科学家可能会选择牵引一个“现成的”黑洞到地球附近，比如宇宙大爆炸或者恒星爆发遗留下来的黑洞。诱惑当然是存在的，因为正如30年前牛津大学数学家罗杰 · 彭罗斯（Roger Penrose）所指出的，黑洞是极其理想的清洁能源。彭罗斯发现，只要正确地把一一桶废弃物扔进黑洞，黑洞就会吞没这些废弃物，然后将空桶再抛出来并且抛出的空桶所携带的能量比扔进前的能量更多。

　　幸运的是，我们不可能在短时间内将黑洞带到地球附近。毕竟，黑洞大都相当笨重，而且最近的黑洞距地球可能也有几光年之遇。

奇异物质

　　正当上个月《科学美国人》杂志指出黑洞的威胁可以不必考虑的时候，普林斯顿高级研究所的理论物理学家弗兰克 · 韦尔赛克（Frank Wilczek）提出了地球杀手的另一种奇特形式——“奇异物质”。

　　就跟通常的“上夸克”和“下夸克”组成通常的物质一样，奇异物质是“奇异夸克”组成的。在RHIC这样的粒子加速器中是有可能产生奇异物质的。危险就在于奇异物质会吸收普通物质的原子核并把它们也变成奇异物质，最后可以把整个地球变成为奇异行星。但是韦尔赛克提出这一可怕的可能性之后，又很快否定了它。

　　研究奇异物质的权威、麻省理工学院的罗伯特 · 杰夫（Robert Jaffe）认为，“奇 异物质是非常不稳定的。如果稳定，它们就几乎不可能在RHIC中产生。"杰夫说：“即 使奇异物质可以在RHIC中产生，那么它们将几乎肯定带有正电荷。因为周围的电子云会与它们发生屏蔽作用，所以它们与其他原子发生近一步作用的机会就几乎为零。”以上论证的每一步骤都表明了奇异物质不会对地球构成威胁。

加速器会导致量子真空坍缩吗？

　　但是，我们仍没有充分的理由认为万事大吉了。布鲁克海文实验室的科学家还考虑到了甚至比地球的毁灭更加令人惊恐的可能事件——加速器能否导致量子真空的坍缩呢？

　　量子理论预言：宇宙中充满着所谓的真空能。真空能并不对人类的文明产生威胁。毕竟，它仅仅是物质粒子在我们周围流进流出的平均能量而已。随着宇宙的膨胀和冷却，真空能降到了可能的最低水平。

　　真空能真的达到最小了吗？万一宇宙仍处于不稳定状态会怎么样呢？如果宇宙仍处于不稳定状态，那么在一小块空间中的少许能量就可以引起量子真空态的坍缩。在坍缩过程中，蜕变波在以光速向外传播的同时，还以某种奇特的方式改造着我们的宇宙。对人类来说，这将是一个相当不好的消息。因为至少，普通物质将不会存在了。

　　1995年，夏威夷大学的心理学家保罗 · 狄克逊（Paul Dixon）派人去监视伊里诺斯州的费米实验室，因为他害怕费米实验室的Tevatron对撞机可能会引起量子真空的坍缩。1998 年，在一个夜间的广播访谈节目中，他又警告人们说，对撞机可以“把宇宙吹成碎片”。

　　但是粒子物理学家早已否定了这种可能性。1983年，剑桥大学的马丁 · 瑞（Martin Ree）和普林斯顿高级研究所的皮耶特 · 哈特（Piet Hut）指出，宇宙射线（高能带电粒子，如质子）轰击地球已达几十亿年之久，其中的许多次轰击所释放的能量比RHIC能够释放的大几亿倍。然而真空坍缩并没有发生，宇宙依然存在。

　　这一论证还可以打消人们对黑洞和奇异物质的担心。因为如果加速器可以产生这样的毁灭性物质，那么宇宙射线可能早就把地球毁灭了。杰夫说道：“我们非常感谢宇宙射线。”

　　但是反对者认为，RHIC 不同于宇宙射线，因为它是让金原子核相撞的。万一某个细微的没有被人发现的物理效应使重核碰撞变得特别危险怎么办？幸运的是，在众多穿过太阳系的宇宙射线当中存在着一些重核。杰夫说：“我们相信对每一种已知的威胁都存在相应的宇宙射线’实验’。 即使对某些人所坚持的金一金对撞，自月球形成以来的50亿年之间，在月球表面上也发生了足够多的次数。这些碰撞都确保RHC实验是安全的。”

　　除非到了某一天，我们能够把粒子加速器的能量提高到比穿透力最强的宇宙射线所携带的能量还要高的程度，否则，我们就不必为它的潜在威胁而感到寝食难安。妄想狂患者们应该把目光投向别处了。像《物理评论快报》等杂志所刊登的一些文章就值得引起他们的注意，这些文章极力主张从量子真空中抽取能量。问题在于没有人知道可以从量子真空中抽取多少能量；计算的结果表明，从零到无穷大都是有可能的。阿瑟 · C · 克拉克（Arthur C. Clark） 曾经指出，我们在宇宙中时常能见到巨大的爆炸，其中有一些可能是自作聪明的外星科学家笨拙地修理量子真空而得到的报应；他风趣地说：“这些可能是工业事故。”

　　性情激动的人现在应该停止阅读了。因为某些顶尖物理学家正在酝酿在地球上重视宇宙的创生。在支持这一思想的大人物名单上，斯坦福大学的宇宙学家安德烈 · 林德（Andrei Linde）的名字特别引人注目。他承认他对怎样“扣动小型大爆炸的扳机”一无所知；但是他坚持认为这项实验不会带来灾难。

　　可是，正如俄国理论物理学家列夫 · 朗道（Lev Landau）所说的，“宇宙学家经常犯错误，但从不表示怀疑。”或许林德的保证将成为最后的豪言壮语。

　　[ New Scienist， 1999 年8月28日]