スイスのジュネーブの晴れた夏の日です。大噴水の近くで恋人たちがカンヌーリングを楽しむ中、鳥たちはさえずっています。どこかで、誰かがテクノ ミュージックを少しうるさく聞いています。
その近くの地下 570 フィートにある大型ハドロン衝突型加速器 (LHC) がフルパワーでハミングし、鉛原子を光速近くまで加速してから、陽子に衝突させて爆発の様子を確認します。 17 マイルのトンネルは、1000 分の 6 インチの衝突点で 14 兆電子ボルトを生成します。これは人類がこれまでに作った最大かつ最も強力な機械であり、21 世紀の代表的な科学実験です。
突然、地面が鳴り始める。それはまるで奥の怪物によって破裂されたかのように、揺れて引き裂かれます。地球が崩壊する前に悲鳴を上げる時間さえありません。恐ろしい速度で内側に引っ張られ、恋人、噴水、テクノ音楽を、かつて私たちの惑星の核であった恐ろしい闇の口に運び込みます。数秒で終わりです。地球は蒸発して空の黒い無になりました。
これは、LHC が最初の実行に向けて加速していた 2008 年に物理学者の前に提示された終末のシナリオでした。黙示録的なシナリオに病的に魅了されたニュース報道に支えられて、大衆は、人間がほんの数秒で世界を破壊する可能性のある微細なブラックホール、またはその他の奇妙な物質を作成しようとしていることを心から心配していました.
ほとんどすべての物理学者は、このシナリオはありそうもないと言っています。私たちの知る限り、ブラック ホールは、巨大な星がすべての燃料を使い果たした後に巨大な爆縮で崩壊するときに形成されます。亜原子粒子が高速で衝突したときではありません。しかし、ありそうもないことですが、その見通しは私たち全員、つまり地球全体に影響を与えました。このようにリスクが高いため、リスクの概念はまったく新しい意味を持ちます。そのため、物理学者は一連の 3 つのありそうもない出来事を通じて終末論的な仮説を研究しました。ミリ秒よりも長く続く可能性があること。そして、彼らはくっついて近くのすべてを飲み込むことができる.
シカゴ近郊のフェルミ研究所の物理学者であるドン・リンカーンは、超小型ブラックホールの生成という最初のありそうもない出来事は啓示になるだろうと述べている。それが科学的な可能性であるならば、彼は実際に喜んでいるでしょう. 「なんてこった、私は子犬のように小刻みに揺れるだろう.誰かがその上でストックホルムに行くだろう」と彼は言う. 「もしそれらが形成されれば、宇宙がどのように誕生したかを理解する上で、深く洞察に満ちた、真に中心的な何かを学ぶことができます。」
その「何か」とは、私たちの宇宙に通常の 4 つ (3 つの空間と時間) を超えた非常に小さな余分な次元が存在することです。ミニチュア次元がどのように見えるか、またはどのように機能するかを想像するのは少し難しいですが、理論家はこの概念を使用して、宇宙の重力が非常に弱い理由を説明しています (理論的には、重力はより強いはずです)。しかし、ブラック ホールに関しては、重力がすべてです。理論的には、宇宙に 5 ～ 7 の次元が隠されている場合、小さなブラック ホールをほんの一瞬で存在させることができます。
ここで、ありそうもない 2 番目のイベントが発生します。ブラックホールについて私たちが知っていることはすべて、スティーブン・ホーキングにちなんで名付けられたホーキング放射と呼ばれる一種の弱いエネルギーを放出することを示しています.ただし、質量はエネルギーに等しいことをアインシュタインが示したことを思い出してください。したがって、もし小さなブラック ホールが生まれることができれば、それらはすぐに息を吹き返します。
しかし、アインシュタインとホーキングが間違っていたか、または無限小の多次元宇宙の物理学を理解していなかっただけだと考えてみましょう。発生する必要がある3番目のありそうもないイベントがあります。極小のブラックホールが周囲のすべてを消費する必要があります。しかし、近くの原子はそのブラック ホールに比べて巨大であるため、消費する「食物」を見つけることができません。
物理学者が粒子によって誘発された黙示録について熟考したのはこれが初めてではありませんでした。 1979 年、バークレーの科学者グループは、カリフォルニアの丘に新たに改造されたコライダーが何らかの脅威をもたらすのではないかと考えました。彼らは、地球の存在自体が地球が存在しない証拠であると判断しました.
彼らの推論は、地球、そして宇宙の他のすべてのものは、LHC によって使用されるものと同じように本質的に荷電粒子である宇宙線を常に浴びているというものでした。粒子が地球に激突するのと、2 つの粒子が互いに激突するのとの間に大きな違いはない、と科学者たちは考えていました。何十億年もの宇宙爆撃の後、ブラックホールやその他の奇妙な物質が私たちの惑星を破壊したことはありません。したがって、3 つの起こりそうにない出来事のうちの 1 つまたは複数は、実際にはあり得ないに違いありません。たとえば、ブラック ホールは実際にそのような衝突から形成される可能性がありますが、発生したとしても、ニュートリノと同じように、単一の原子に触れることなく無害に宇宙に吹き飛ばされる可能性があります。
この考えは、LHC の前身である相対論的重イオン衝突型加速器 (RHIC、「リック」と発音) がニューヨーク州サフォークでオンラインになった 1990 年代後半まで普及していました。 1 つ目は、伝説的なブラック ホールの物理学者であるウィリアム ウンルーによるもので、ブラック ホールに関する知識をさらにひねると、ホーキング放射は実際には存在しない可能性があると述べました。確かに、彼は The New York Times に次のように語っています。 これが機能するには、物理学は「本当に、本当に奇妙でなければならない」.明日目が覚めたら、重力が機能していない、または陸と海が入れ替わっていることに気付くようなものです。それにもかかわらず、欧州原子核研究機構 (CERN) はチームを編成して危険を調査し、世界の終わりのビジネス全体を停止させました。
この試験を担当した CERN の物理学者の 1 人であるミケランジェロ マンガノは、モデルに 2 つ目の欠陥があることにすぐに気付きました。地球に衝突する宇宙線は、スピード違反の列車が駐車中の車に衝突するのと同じように振る舞います。どちらも、列車が向かっていた方向に大まかに走っていきます。しかし、LHC は本質的に、正面衝突で 2 つの列車を互いに激突させ、驚異的に強力な打撃を与えた後、その場で停止させます。そのメタファーをビームの衝突に変換すると、ブラック ホールが形成された場合、無害に宇宙に飛び出すことはなく、近くに留まって近くの原子と相互作用し、最終的には周囲のすべてを飲み込む可能性があります。
高速粒子が列車のように正面から衝突したときに何が起こるかを調査するために、マンガノはテスト グラウンドを必要としていました。そのような粒子が実際に互いに衝突し、金切り声で停止する銀河のどこかです。中性子星は仕様に適合する、と彼は判断した。中性子星は、つぶれた大質量星の一種で、その重力が非常に強いため、宇宙線が衝突すると、山に衝突した列車のようにその軌道で停止します。ブラックホールが形成される可能性があり、すぐに膨らまない場合、それらはその場に留まり、中性子星をむさぼり食うでしょう。したがって、マンガノは、中性子星の存在は、そのようなマイクロ ブラック ホールが存在しないことの証拠であると推論しました。
マンガノは、そのようなブラック ホールは作成できないことを示唆する最初の論文の 1 つを書いたひも理論家のスティーブン ギディングスに電話し、意見を求めました。彼は、ギディングスの考えが彼自身の考えを反映していることを知ってショックを受け、中性子星も実験の場として見ていました。彼らはペアになり、協力を始めました.
彼らはすぐにその仕事がどれほど難しいかを理解しました。彼らは、中性子星 (ロンドンのサイズでありながら太陽の 2 倍の質量を持つ超高密度天体) の物理学だけでなく、さまざまな種類の宇宙線や小さな理論上のブラック ホールの挙動も理解する必要がありました。 「とてもエキサイティングでした」とマンガノは言います。 「まるで大学院生に戻ったかのようで、毎日本を開くと何か新しいものがあります。しかし、経験豊富な研究者の知恵でそれを行っています。」
彼らの同僚の多くは、ファントムを追いかけて時間を無駄にしていると思っていましたが、突然レンガの壁にぶつかるまで、ペアは何ヶ月も続きました.彼らは、中性子星の重力が強すぎて、宇宙粒子がどのような速度でも貫通できないことに気付きました。基本的に、粒子が星に近づくとすぐに減速しすぎて、LHC のようなエネルギーで他の粒子に衝突できなくなります。彼らの仕事はすべて無駄だった.
「それはがっかりしたというよりも、非常に苛立たしいものでした。それはちょうどひどい瞬間でした。それが事実であることを確認するために、何度か計算を行いました」とマンガノ氏は言います。 「そして、私たちは終わったと思っていたので、それは大きな悲しみでした。」
それで、ギディングスとマンガノは集まって、再び始めました.今回、科学者たちはモデルとして白色矮星 (地球ほどの大きさで太陽の質量を持つ崩壊した星の一種) を選びました。白色矮星は、小さなブラック ホールの進行を止めるのに十分な密度を持っていますが、衝突の発生を防ぐほど強くはありません。デュオは飛び込み、適切な質量を持ち、粒子の衝突によって形成された小さなブラックホールがそれらを消費しないことを確認するのに十分長く存在していた8つの白色矮星を見つけました。 1 億年にわたる宇宙線の衝突にもかかわらず、白色矮星、特にその 8 つが存在したことは、LHC が安全であることの証明でした。
1 年間の作業の後、2008 年に、Giddings と Mangano は Physical Review D で「仮想安定 TeV スケール ブラック ホールの天体物理的影響」を発表しました。 . CERN はまた、結果を要約した 2 つのレポートをリリースしましたが、それぞれが前回よりも自信を持っています。論文は、安堵と高揚感の組み合わせで迎えられました.LHCの資金提供があったことよりも、世界が安全であったこと、そして混乱全体が終わったこと. 1 人の天体物理学者であるライナー プラガ (Rainer Plaga) はいくつかの疑問を提起しましたが、それ以上に、この論文は科学界を安心させました。
しかし、それは必ずしも他の世界を納得させるものではありませんでした。強力な科学的資格を持たない何人かの声高な反対者が実験を中止するために訴えようとしましたが、すべてのケースは専門性または管轄権の欠如のいずれかで破棄されました.これにより、よりありふれた、しかし実際的な問題が明らかになりました。そのような裁判はどのようなものになるのでしょうか?国連と同様の国境を越えたパートナーシップとして、CERNはほとんどのヨーロッパの法律から免除されているため、現時点では不明です.また、このような裁判の独立した声を見つけるのは難しいだろうと、この法的状況の詳細なレビューを書いた弁護士のエリック・ジョンソンは言います.
「科学的調査は、実験のプロジェクト スケジュールによって推進されました。それは独立したものではなく、この問題に利害関係を持つ人々によってさまざまな程度で行われたと言えると思います」とジョンソン氏は言い、大変動を心配しているのではなく、法的なパズルに興味があると付け加えた. 「それが、法的な観点から私にとって非常に興味深い理由です。裁判所と弁護士はこれにどのように対処することになっているのですか。」
否定を証明することは本質的に不可能であるため、哲学的な問題も残ります。毎日地球に降り注ぐ自然宇宙線が明日地球を消滅させないことをどのように証明できますか?同じことが LHC の粒子にも当てはまりますが、ある時点で、「物理について知っていることがすべて間違っていたらどうなるか」という考えを捨てなければなりません。 LHC がまもなく提供する驚くべき発見を楽しみにしています。コライダーは 2015 年初頭にフルパワーで稼働します。
「それを言うのは恐ろしいことのように聞こえるかもしれませんが、そうです、ブラック ホールが形成されるのを見たいのです」と Fermilab の Lincoln は言います。彼は、21 世紀の画期的な発見を楽しみにしています。 「私たちが何を見つけようと、それが何であれ、5 つの風変わりなものを見つけられることを願っていますが、危険ではありません。」
サイエンス ライターの Erik Vance はメキシコ シティを拠点とし、Discover、 Harper's Magazine、および The New York Times に寄稿しています。彼はクモ、稲妻、そして本当に大きな魚を恐れています。しかし、ブラック ホールではありません。
