如何在学校制造一个黑洞

是日,天朗气清,惠风和畅,我来到了校园的体育场。

忽然,我脑中灵光一闪:既然天气这么好,那我就在学校制造一个黑洞吧!

(为什么我这么容易冲动,请自行搜索我之前写的“如何在家中制造小型核反应堆”)

既然要制造黑洞,就得先了解一下黑洞理论发展的历史。

(强行科普)

黑洞并不是一个黑黑的洞(咦不要污),据科学家们猜测,它是恒星演化后的结果。名字中带“恒”字的恒星宝宝并不永恒,它也有生老病死。当它进入老年,就会慢慢停止自身的核燃烧,中心能量越来越少,烧到没有足够的力量承担自己巨大外壳的重量,这时由于恒星内部需要维持力学平衡,在外壳的重压下,恒星的核心就开始坍缩,形成一个称为“奇点”的孤立点。

你们的奇点(如图,《欢乐颂》里某男配)

(误)

轻一些的恒星一般都演化成白矮星(又白又矮听起来很软萌),重一些的可能形成中子星。这还没完,如果中子星的总质量超过了太阳的三倍——另一次大坍缩就开始了。

想象一下,极大的质量收缩到一个极小的空间里,最后变成一个体积极小、密度极大的东西。而一旦它的半径收缩到了某个数值(后人称为史瓦西半径),引力就会巨大到连光都无法逃脱。

在我们宇宙中光速代表速度的极限,如果光都无法从中逃逸,那么这颗坍缩的恒星就无法传送任何信息出来了——这,就是黑洞。因为自身极大的引力,所有进入它“捕猎”范围的物质都会被吸入。

而提到黑洞,就不得不说起一个人,那就是最近来中国开微(lao)博(jin)的霍金。

提到霍金大家都不会陌生,如图:

错了,是这张。

霍金因为其不平凡的科学成就(主要成就:1、提出黑洞理论。2、证明黑洞不存在)和顽强的与疾病斗争的经历而被广为人知。他出生在伽利略逝世周年的纪念日,可能是因为这种神秘的联系,他没有听从作为医生的父亲的建议学医,而是学了理论物理。

因为他立志要探索宇!宙!的!奥!秘。

可宇宙的奥秘并不是那么容易得到的,在霍金21岁生日后不久,就被断患有肌萎缩性脊髓侧索硬化症,当时医生告诉他,这种病最多只能活两年半。在经过两年快速的恶化后,他的病竟慢慢缓和。他能继续研究科学,还结了婚。他和卡待尔等人严格证明了“黑洞无毛定理”,提出了“黑洞辐射”思想。

黑洞无毛?这是个什么鬼?

黑洞到底有毛还是没毛?

“黑洞无毛定理”是说:无论什么样的黑洞,其最终性质仅由几个物理量(质量、角动量、电荷)惟一确定”。即当黑洞形成之后,只剩下这三个不能变为电磁辐射的守恒量,其他一切信息(“毛发”)都丧失了,黑洞几乎没有形成它的物质所具有的任何复杂性质,对前身物质的形状或成分都没有记忆。调皮的惠勒(J.A.Wheeler)(他提出了黑洞的猜想)戏称这特性为“黑洞无毛”。

一开始这只是一种猜测。而后来霍金他们用严格的数学证明了,描述一个平衡态黑洞周围的时空几何只需要3个参量。这说明“黑洞是没毛的”(为毛莫名的污啊!)因为这些研究成果,他成了英国皇家学会的成员(这是科学家的崇高荣誉,当时他只有32岁,是皇家学会历史上得到这一荣誉的最年轻的科学家之一)

之后几年,霍金就靠着黑洞理论这碗饭在物理学界叱咤风云:他计算了黑洞的寿命,研究了黑洞动力学定律与热力学四大定律的相似性,提出了黑洞表面积就相当于它的熵……(反正你也看不懂,这里先按下不表)

年11月16日(咦这个月日是我生日),霍金被选为剑桥大学卢卡逊数学教授。这是个什么职位呢,这么讲吧,从年至今只有17人获得过这个头衔,其中有牛逼的牛顿,牛顿的老师巴罗,还有那个甚至想拒绝领诺贝尔奖的怪才狄拉克。

43岁那年,霍金因患严重的肺炎做了气管切开手术,再也无法说话了。幸亏IBM公司为他专门设计了一台语音合成器来,平均一分钟能造一个简单句子。

不久,风靡世界的科普巨著《时间简史一一从大爆炸到黑洞》出版了,这本书为普通人介绍了时空、宇宙和黑洞研究的最前沿成果,还提供了一个的梗。

好了,前情提要就到这里,现在才是正文。

既然黑洞这么吊炸天,研究黑洞的人是这么酷炫狂拽,那么让我们手动制造一个黑洞吼不吼哇!

前文我们已经知道了黑洞形成的原理,那么理论上来说,只要我们能压缩一颗恒星,使其半径小于史瓦西半径,那么这颗恒星就会变成一颗黑洞。

然鹅,我并不是行星吞噬者。

所以,该方案作废。

第二个方案:强子对撞机。

那么首先让我们来制造一个强子对撞机吧(请不要连读)。

接下来请阅读:《如何在学校制造强子对撞机》

首先明确一个概念,强子这个词……注意“子”字不要读轻声。

否则本文将变成:

强子是一种亚原子粒子,亚原子则泛指比原子更小的粒子,所有受到强相互作用影响的亚原子粒子都被称为强子。强子在发生对撞时,会产生一种与宇宙大爆炸万亿分之一秒时类似的状态。但如果这种能量被控制在普朗克尺度的空间内,要在极小的空间内控制能量才能将粒子分开,从而释放出单个质子形成的质子束。

当前世界上能量最高的强子对撞机是位于瑞士日内瓦的由欧洲核子研究中心建造的大型强子对撞机,它能使强子(这里使用的基本粒子是质子)在14TeV的质心能下对撞。极小的空间和极大的能量——这不就能产生黑洞吗!

(这就是我要的滑板鞋)

那么如何让强子对撞呢?

方案一:首先找到两个强子,然后将它们放进同一个杯子,把杯盖盖严。

然后摇一摇。

然鹅:除非你的手速达到16万公里每秒,否则,想得美!

方案二,造一台强子对装机

让我们回到文章开始的地方:体育场。

为了给大家科普我已经在这个体育场站了快半小时了好吗!

大型强子对撞机的工作原理是让两束高能粒子流在接近光速的速度下发生对撞,因此需要几十公里长的超导磁体环和许多促使粒子能沿着特定方向传播的加速结构来完成这种加速。

所以目前我们主要需要:

两束粒子流

强磁场

加速环

用来冷却磁体的液态氦分流系统

一大块场地。

前几种东西我们稍后再搞,此处就有一大片场地哇!

来,让我们设计建造一下。

首先,让我们挖一个地道。

于是我兴奋地拿来了小铲子,准备奋斗一番。这时,我被体育场看门大爷拦下了。

“小姑娘,你这是要做什么!”

从小妈妈就告诉我,要做个诚实的好孩子,于是我将自己的想法和盘托出。大爷听后若有所思,扶了扶眼镜,将裤腰带提到腰上,语重心长地对我说:“你可知每个黑洞的内部可能存在着另一个宇宙?或许银河系和其它星系中巨大的黑洞正是通往其它宇宙空间的桥梁。所以你制造黑洞不要紧,万一你联通到了别的宇宙……一切都还未知啊。”

我有点方:“大爷,那您说我该怎么办呢?”

“苟利地球生死以,你们还要多学习。黑洞这个奥秘只是宇宙无穷奥秘中的一个,还有那么多秘密等待揭开呢!孩子,一代人的力量是有限的,然鹅,只要知识的链条一代代传承下去,我们一定能最终掌握宇宙的真理!”

我非常感动,赶紧离开了体育场。

于是,地球又一次安然度过危机。

(某平行宇宙:地球覆灭)

虽然我在学校制造黑洞的事情失败了,但是老大爷的话激励了我。我也要努力学习,长大以后成为科学家,争取像霍金一样探索宇!宙!的!奥!秘!

这时,我忽然想起我最近写了一本书,讲的就是科学家们的故(ba)事(gua)。

科学家们不只是课本上一个个枯燥的名字,也不是试卷上坑爹的考题,他们有自己的人生故事。

所以

不想来探索一下科!学!家!们!的!奥!秘!么!

那就来看看这本书吧

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(有图有真相)

所以

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(快把我放进购物车买走吧~)

(我这个硬广真是硬的我自己都看不下去了)(咦)

参考资料:




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