Forskare vill göra svarta hål i Schweiz

Publicerad 2004-11-27 18:06

  • Skriv ut
  • Öka textstorlekMinska textstorlek
  • Rätta artikeln

Svarta hål - som är så tunga att inte ens ljuset kan komma ut från dem och som glufsar i sig allt i sin väg - kan tillverkas i en partikelaccelerator mitt i Europa.

Det låter som om hela vår planet riskerar att sugas in och försvinna för alltid när fysikerna sätter i gång sitt experiment.

Men så är det inte alls. De svarta hålen kommer att vara mindre än en miljondels miljarddels millimeter och leva i miljarddels miljarddels miljarddels sekunder. Inte ens partiklarna i närheten lever farligt då.

Om fysikerna lyckas producera svarta hål får de äntligen en möjlighet att undersöka hur de två teorierna för universum - kvantfysiken och relativitetsteorin - egentligen hänger ihop. Dessutom kan det vara goda nyheter för Stephen Hawking. Han är världens i särklass mest kända fysiker, men han är inte kvalificerad för Nobelpriset eftersom hans teorier inte har kunnat testas i något experiment.

Men nu kan forskarna för första gången undersöka hans förutsägelser om strålningen från svarta hål.

- Han är definitivt värd priset. Hawkingstrålning är väldigt viktigt inom fysiken, eftersom den rör en så central del som gränslandet mellan relativitetsteorin och kvantfysiken, säger Sören Holst, teoretisk fysiker vid Stockholms universitet.

Gränslandet är högintressant. Einsteins allmänna relativitetsteori och kvantfysiken är båda vackra, vältestade, väl fungerande och pålitliga teorier. Men de fungerar inte alltid tillsammans.

Kvantfysiken beskriver enskilda atomer, kvarkar, elektroner och ljuspartiklar. Den allmänna relativitetsteorin handlar om gravitationen, universums utveckling och hur planeter, stjärnor och galaxer rör sig.

För att verkligen förstå hur universum fungerar behöver vi därför en ny, mer grundläggande teori som förenar relativitetsteorin och kvantmekaniken.

Men det är nästan omöjligt att undersöka teorierna i samma experiment, eftersom de aldrig är relevanta samtidigt. Gravitationen är så svag jämfört med krafterna i atomkärnan att partikelfysikerna utan problem kan försumma den när de undersöker materiens pyttesmå byggstenar. Och alla effekter av kvantfysiken försvinner så fort vi studerar något som är större än atomer, och definitivt när gravitationen börjar bli påtaglig.

Fysikerna behöver något som är mycket litet och samtidigt mycket, mycket tungt, så att både gravitationen och kvantfysiken blir tydliga. Det enda vi känner till som har de egenskaperna är svarta hål.

Svarta hål bildas när stora stjärnor kollapsar och all materia trycks ihop i en enda punkt. Gravitationen blir så stor att den överstiger alla krafterna som bygger upp atomerna. Då finns det inget som kan hålla emot och all materia rasar in mot punkten, som mot ett bottenlöst hål som kan svälja hur mycket som helst.

Men närmaste svarta hål i universum ligger ljusår bort. Därför är det omöjligt att studera dem på nära håll. Universums svarta hål är dessutom så stora och tunga att det tar miljarder år att se effekterna av kvantfysiken.

- Om vi kunde skapa svarta hål i laboratoriet skulle det vara det intressantaste experimentet på länge, säger Sören Holst.

Och nu hoppas fysikerna att det ska vara möjligt i den stora partikelacceleratorn LHC, Large hadron collider, vid det europeiska forskningscentret CERN utanför Genève. Den blir färdig om tre år, och då kan den skapa ett mikroskopiskt svart hål i sekunden, om fysikerna har tur.

De mikroskopiska svarta hålen är inte det märkligaste i denna historia. Om vi kan skapa dem beror det nämligen på att vi lever i en värld med fler än tre dimensioner, och att några av dem är större än vi trott.

De extra dimensionerna kom in på banan med strängteorin - den hetaste kandidaten till en teori som förenar relativitetsteorin med kvantfysiken. I mycket grova drag går den ut på att allting består av små vibrerande strängar. En följd av strängteorin är att vi lever i en värld med extra dimensioner. Den vanliga världen som vi känner till är fyrdimensionell: tre rumsdimensioner plus tiden. Strängteoretikerna säger att det finns sex dimensioner till.

Men hur kan det finnas nya dimensioner när vi aldrig har sett till dem?

- Det är ett problem med extra dimensioner: så fort man har fört in dem i sin teori vill man snabbt bli av med dem igen, eftersom vi inte kan se dem, säger Ulf Lindström, professor i teoretisk fysik vid Uppsala universitet.

Vad gör då strängteoretikerna? Jo, de säger att de andra dimensionerna är så små att de inte syns. Löjligt små, helt enkelt.

En av de första som började fundera i flera dimensioner var den svenske fysikern Oskar Klein. På 1920-talet försökte han och tysken Theodor Kaluza beskriva gravitationen och elektromagnetismen på samma sätt. De upptäckte att det behövs en extra dimension, och också att dimensionen kan rullas ihop.

Tänk dig att du har en tvådimensionell värld som ser ut som ett pappersark. Rulla ihop arket till en rulle med en mycket liten diameter. Om den blir tillräckligt liten kommer arket att se ut som ett streck - som en endimensionell värld. Men det finns två dimensioner: en längs rullen och en runt om rullen. Hur stor en dimension är mäts i hur långt vi måste resa för att komma tillbaka till samma ställe. Om du lyckats rulla papperet riktigt hårt kanske vi bara behöver resa någon bråkdels millimeter runt rullen innan vi kommer tillbaka till samma punkt.

I strängteorin är de extra dimensionerna ännu mycket mindre än så. Och då är de osynliga - inte bara för oss i vardagen, utan även i mycket hög förstoring. Därför syns de inte ens i partikelfysikernas stora experiment som kan se beståndsdelarna i protoner och neutroner.

Men sedan några år har fysikerna börjat fråga sig om de andra dimensionerna verkligen är så små - några av dem kanske till och med kan vara någon millimeter stora, precis som på din papperstub. Om det stämmer kan det förklara varför gravitationen är så mycket svagare än krafterna i atomkärnan: den kanske verkar i alla dimensionerna, och späs ut av dem, medan de andra krafterna bara finns i den fyrdimensionella världen.

Stämmer det finns det också plats för de små svarta hålen. De kan då bildas mycket lättare än i vår vanliga fyrdimensionella värld.

- I den gamla vanliga relativitetsteorin finns svarta hål också, men de skulle absolut inte kunna bildas i en sådan här partikelkollision, säger Sten Hellman, professor i experimentell partikelfysik vid Stockholms universitet.

Svarta hål är så tunga att inte ens ljuset kan komma ut ur dem. Därför vet vi ingenting om insidan av ett svart hål. Det finns en horisont runt hålet som är omöjlig att se igenom. Allt ljus och all materia som passerar horisonten kommer att sugas in i mitten och försvinna för alltid, enligt relativitetsteorin.

På sjuttiotalet började Stephen Hawking använda kvantfysik för att beskriva svarta hål. Han upptäckte att svarta hål inte är riktigt svarta - de sänder faktiskt ut lite strålning.

Det beror på att det hela tiden bildas virtuella partiklar, eller par av partiklar och antipartiklar som snabbt förintas igen.

Nära ett svart hål är gravitationen väldigt stark, men den varierar också mycket snabbt med avståndet.

- Här på jorden känns tyngdkraften ungefär lika mycket även om du går uppför ett berg. Men flyttar du dig bara lite, lite grann från ett svart hål blir tyngdkraften väldigt mycket svagare, säger Sten Hellman.

Om ett par av virtuella partiklar bildas nära ett svart hål och den ena ligger lite närmare, kan den sugas in i hålet, medan den andra stjäl lite energi från hålet och far i väg som en riktig partikel.

Det kallas för Hawkingstrålning. Partiklarna tar med sig lite av hålets energi, och till slut kommer hela hålet att försvinna. Det kokar bort.

Men för de stora hålen i universum tar det mycket, mycket lång tid - miljontals miljarder år.

Då går det fortare för de mikroskopiska hålen. Ju mindre hålet är, desto större blir Hawkingstrålningen, och fysikerna kan se både hur det bildas och hur det kokar bort i en boll av partiklar några bråkdelar av en sekund senare.

Om LHC kan tillverka mikroskopiska svarta hål bevisar det att rummet har fler än tre dimensioner och att Hawkingstrålningen existerar. Men det är fortfarande en bit kvar innan forskarna kan visa att strängteorin är riktig.

- Det är en väldigt stark indikation på att det är den rätta vägen att gå. Fler dimensioner är ju en förutsägelse ur strängteorin, säger Sten Hellman.

Men kan vi verkligen vara alldeles säkra på att det är ofarligt att tillverka svarta hål?

- Ja, det är helt ofarligt. Det bästa beviset på det är att om vi kan producera svarta hål i LHC så bildas de också dagligen i vår atmosfär av den kosmiska bakgrundsstrålningen. Och de små svarta hålen glufsar ju inte i sig jorden, säger Sten Hellman.

(Vad ar Twingly?)

Visar 1-10 (av totalt 1).

Mer från förstasidan

Foto: Scanpix 32 km nordöst om Qom byggs en anläggning.

”Iran kan anfallas av Israel redan i år”

Spänningen fortsätter stiga. Risken att Israel attackerar Iran i år har ökat, menar Jan Hallenberg. ”Det är ett nervkrig”, säger Katarina Engberg.

Iran stoppar oljan till EU-länder. Och det med omedelbar verkan.

Krigshot får världen att hålla andan. Tröskeln för ett utbrott sänkt.

Foto: Scanpix

”28-åringen kan göra som Assange”

Kan motsätta sig överlämning. Det är oklart när mannen, som misstänks ha knivskurit en tioårig flicka i Göteborg, kommer till Sverige.

Stor fängelsebrand – hundratals döda

Fångarna ska själva ha startat branden. Fler än 350 personer tros ha omkommit i den våldsamma fängelsebranden i Honduras.

Foto: Scanpix Tåget, av modellen "Flirt".

Norskt miljardtåg spårade ur

Under testkörning. Flera personer skadades, en allvarligt, när ett tåg spårade ur mellan Nykirke och Holmestrand söder om Oslo.