Large Hadron Collider 要開光了，會有黑洞吃掉地球嗎？

昨天晚上在電視新聞上看到 CERN 的 Large Hadron Collider (LHC) 加速器將於中歐時間 2008 年 9 月 10 日開始有質子束運行，也就是「開光」啦！（其他網路新聞：slashdot、Scientific Amercian、BBC，啊 ～ Google news search 比較快啦！）

真想不到台灣的電視新聞這麼重視實驗粒子物理！

然後電視就播出下面這段 YouTube video，模擬微觀黑洞從 LHC 生成，再逐漸吃掉附近的物質，最後把整個地球吃掉的畫面。哦，原來今天是世界末日，難怪要上新聞。




CERN 是 Tim Berners-Lee 當初發明 World Wide Web 的地方，可說是沒有 CERN 就沒有 Yahoo!．Google．MySpace．Facebook．Wikipedia．奇摩．無名，等等讓人類找到資訊．找到同好．找到老友的好東西，難道 CERN 也是毀滅全人類的殺手？

在我說為什麼不可能之前，先留幾張歷史性的畫面。


LHC 處女航之 CERN 首頁




LHC 「保證安全」（關心 LHC 內部是否安全的人不多吧？大家最關心的還是地球！）



LHC 的降温狀態，整個 27 公里的加速器全部都在 4.5^oK 以下了。




哦，除了黑洞之外，LHC 在 Dan Brown 的 Angels and Demons 書中還是製造出反物質炸彈的地方，大家對尖端科技的想像力還真是令人欽佩。

言歸正傳，到底地球會不會在今天－2008 年 9 月 10 日－因為 LHC 的微觀黑洞而滅亡呢？

答案是：絕對不會！

我怎麼能這麼肯定？我對宇宙有這麼透徹的認識嗎？

當然是沒有，不然我早該拿諾貝爾獎了？ *笑*

今天 LHC 不會有微觀黑洞啦！因為今天開光後，只有孤伶伶的幾顆質子聚成一團（a bunch）沿著同一方向在 LHC 的隧道裡繞圈圈，沒有反方向跑的質子，不會碰撞，當然就沒有反應，更不會有微觀黑洞這種反應產物。 XD

LHC 加速器的啟動是分好幾個階段的：

• 玩玩單方向的幾顆 0.45 TeV 的質子
• 玩雙向的（像不像 juggling 啊？只是兩個沙袋跑反方向）
• 試撞
• 再來就逐漸要上軌道了：更大（每團質子要加到三四百億顆）、更多（156 團）、更高（能量提升到 7 TeV）、更準（聚焦）
• 玩真的碰撞囉！
  

真的碰撞要到明年了，所以今天還可以輕輕鬆鬆喝咖啡過日子，不用擔心地球會不見。（其實地球真的不見也沒什麼好擔心了。）

那是不是要趕快造架太空船移民到火星去？

根據 UC Santa Barbara 的 Steven B. Giddings 和 CERN 的 Michelangelo M. Mangano 的這篇 96 頁的論文，是不必急著移民火星的。

結論簡單說，如果在 LHC 的運轉期間會發生黑洞吞掉地球的事情，那地球早就被宇宙射線和大氣碰撞所產生的黑洞吃掉了，你也不會在這裡看我的部落格。

你強烈要求要有數據證明？

我佩服你的求知慾，來！我端些數字出來。

• LHC 碰撞頻率 = 每次兩團質子交叉平均約 30 個碰撞 / 每 25 ns 一次交叉 = 1.2 GHz。
• LHC 碰撞次數 = LHC 碰撞頻率 * LHC 運轉時間 = 1.2 GHz * 20 年（應該不到 20 年，高估一下）= 7.6 * 10¹⁷ 次。
• LHC 碰撞能量 = 7 TeV + 7 TeV = 14 TeV。
  
• 14 TeV 的碰撞能量相當於 109 PeV 的宇宙射線質子撞到大氣中的質子的能量（請用相對論計算質心能量就知道了）。
• 109 PeV 的宇宙射線的通量大約是 10^-19 m^-2 sr^-1 sec^-1 GeV^-1，把能量大於 109 GeV 的、從所有角度來的宇宙射線加起來（就是積分），懶得算了，估數量級吧，大約是 100 km^-1 year^-1（每年每平方公里被 100 個能量大於 109 GeV 的宇宙射線打到）。這是這樣算的：因為 1 km^-1 year^-1 是好幾千 PeV 以上的宇宙射線的總合，能量每降 10 倍總通量就上升 30 倍左右，扳一扳手指，差不多就是 O(10²) km^-1 year^-1 。下圖是宇宙射線在地球量到的通量與能量的關係圖。
  
  
  
  


• 地球壽命大約是 45 億年，地球截面積約 1.28 * 10⁸ km²。
• 地球誕生到現在，這種碰撞已經發生了大約 100 * 4.5 * 10⁹ * 1.28 * 10⁸ = 5.8 * 10¹⁹ 次。如果 LHC 在 20 年內會毀掉地球，那地球已經毀滅了 76 次。
  

既然你還在讀這篇部落格，表示地球連一次毀滅都沒有，所以微觀黑洞就算在 LHC 生成也應該是無害的。

你不服氣？說宇宙射線裡產生的黑洞跑得很快，咻一下就過去了，來不及吃掉地球，LHC 產生的跑得很慢，會留在日內瓦一口一口把地球吃掉。

相對論學得不錯喔！速度的部分說得很對，這就是那 96 頁論文花了很大的力氣在講的，微觀黑洞和週遭物質的交互作用、吸聚過程、和霍金蒸發的問題。這部分牽涉到黑洞理論（廣義相對論）和微觀粒子的理論（場論），學問太大，我也不怎麼會。不過有個簡單的論述總結：同樣的宇宙射線不止會打到地球，也不斷地在撞擊太陽、恒星、白矮星、中子星... 等等天體，如果 LHC 會產生能吃掉年輕又小隻的地球的黑洞，那老扣扣又極高密度的中子星，早就把高能量的微觀黑洞擋下來，被吃得一乾二淨了。現在還看得到不少這種中子星，就是有力的反證。

也許我有偏見，但予其憂心度日、甚至寄死亡威脅信給 LHC 的物理學家們，還是悠閒地喝喝咖啡好了。

Google 也為 LHC 處女航做了好棒的 Doodle 耶！貼個 screenshot。