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黑洞|黑洞成为大型粒子加速器的可行性

黑洞是强大的纯重力引擎 ， 能够强烈地拉动物体 ， 使它们无法逃脱 。
当这些物体接近视界时 ， 它们被加速到令人难以置信的速度 。 现在 ， 一些物理学家建议利用黑洞的引力来制造凶猛的粒子加速器 。 新的研究发现 ， 诀窍在于精心设置一切 ， 这样粒子就不会永远消失在贪得无厌的黑洞中 。 利用黑洞 ， 设计爆破出的新粒子将有助于我们认识它们 。
黑洞|黑洞成为大型粒子加速器的可行性
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一起坠落
【黑洞|黑洞成为大型粒子加速器的可行性】假设一个粒子开始落入黑洞 。 当它离黑洞越来越近时 ， 它就会加速 ， 就像一个球滚下山时的加速一样 。 事实上 ， 它比滚下山坡的球要糟糕得多 ， 因为黑洞的引力非常强大 ， 粒子以比光速更快的速度下落 。
当落入黑洞的粒子一旦达到了光速 ， 它与黑洞的距离 ， 定义了黑洞的边界 ， 我们称之为事件视界 。
如果一个粒子落入黑洞 ， 它将永远消失 ， 被锁在视界后面 ， 没有逃脱的希望 。 当考虑制造一个粒子加速器时 ， 这个区域是不可能的 ， 因为一个永远不会吐出粒子的加速器是没有利用价值的 。
但这只是一个孤独粒子的故事 。 当两个或两个以上的粒子参与时 ， 事情会变得非常有趣 。
走向极致
如果两个粒子接近一个黑洞 ， 它们各自都会得到巨大的能量提升 。 我们目前的粒子对撞机将重粒子加速到光速的99%以上 ， 但这需要大量的工作（以世界上最大的原子对撞机 ， 大型强子对撞机 ， 一个长约27公里的超导通道环为例） 。 黑洞仅仅通过存在就产生了这种疯狂的加速 。
当这两个粒子接近视界时 ， 它们的速度会逐渐加快 。 如果它们碰巧有正确的速度和方向组合 ， 它们可以相互弹跳 ， 使其中一个坠入绝境 ， 而另一个则在飞到安全的地方之前绕过事件视界的边缘 。
这些事件是罕见的 ， 但先前的研究发现 ， 这些粒子能够以任意高的能量相互碰撞 ， 而这完全取决于它们在碰撞瞬间离视界有多近以及它们离光速有多近 。
旋转的黑洞对于这种边缘粒子加速器效果更好 。 由于它们的极端自旋 ， 这些类型的黑洞可以绕着视界旋转时空 ， 让更多的粒子在被吸入黑洞前到达事件视界附近 。
不过 ， 这个设想有一个问题 。 由于所涉及的数学问题的复杂性 ， 这种黑洞作为粒子炮的设想只在所谓“极端”黑洞的情况下被探索过 。 这些黑洞被设定在了相对小的质量前提下 ， 并以一个给定的速度旋转 。 在现实世界中 ， 科学家们认为几乎所有的黑洞都比数学模型要求的要复杂得多 。 也正因这个原因 ， 物理学家还不确定黑洞是否可以充当粒子对撞机 。
让设想成真
10月1日发表在《物理评论D》杂志上发表的新研究发现 ， 更真实的黑洞——包括巨大的旋转黑洞和带电黑洞——仍然可以有效地加速粒子 。
但它不是普通的粒子枪 。 为了获得所需的高速反冲 ， 进入的粒子必须以已经很高的速度冲进来 ， 研究人员认为在视界附近会发生多次低速碰撞 ， 从而产生期望的高能量输出 。
不幸的是 ， 由于碰撞必须发生在视界附近 ， 才能达到如此疯狂的能量 ， 当它们逃离黑洞时 ， 它们必须与几乎压倒一切的重力作斗争 ， 在它们到达星际空间获得真正的自由之前 ， 它们的速度减慢了 。
值得庆幸的是 ， 研究人员也为这个问题找到了解决方案 ， 表明在旋转黑洞周围 ， 高能碰撞可以发生 ， 但不会离事件视界太近 。
在天体物理的研究中 ， 由于实验的成本太高 ， 实现项目太过庞大 ， 在这一领域 ， 理论一直作为一个远处的灯塔 ， 指引着科学家不断前行 。 当人类可以利用黑洞的能量之时 ， 人类应该就进入二级文明了吧 。


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