

尽管黑洞似乎离我们的生活很遥远,但一些物理学家认为,暗物质的缺失迫使他们相信,黑洞可能已经穿过了地球,只不过我们尚未发现。
原初黑洞
传统的黑洞是在恒星耗尽核燃料后形成的,其质量通常远大于太阳。如果一颗如此巨大的黑洞穿过了地球,整个太阳系都会被它扰乱,其影响堪比科幻小说《三体》中的光粒。人类不可能忽视这样的事件,除非在发现黑洞之前,人类文明就被它摧毁了。
最近发表在《暗宇宙物理学》杂志上的一篇本文将目光投向了另一种黑洞:原初黑洞。此类黑洞是在宇宙大爆炸时形成的微小黑洞,其质量可能仅相当于一颗小行星,体积却只有原子大小。我们无法直接观测到这些黑洞,但它们会产生引力,因此也是暗物质的候选成分。
根据,如果宇宙中确实存在原初黑洞,它们可能创造出中空的行星,或者在地球古代岩石中留下笔直的隧道。我们可以通过寻找这些现象来寻找原初黑洞。
中空行星
原初黑洞可能被小行星捕获。如果小行星的核心由熔岩组成,可能会发生这种情况:小行星中心的熔岩被黑洞吞噬,而外层的岩石壳由于是固体,能够抵抗重力坍缩。最终,这颗小行星将变成一颗中空小行星。
本文计算发现,对于宇宙中常见的物质(如花岗岩或铁),只要其大小不超过地球半径的十分之一,其强度就足以抵抗重力拉伸。因此,如果我们在宇宙中发现密度极低、大小不超过地球半径十分之一的行星,就有可能是由原初黑洞形成的空心行星。
隧道与金属板
本文并不满足于在太空中寻找原初黑洞,还提出了在地球上寻找它们的痕迹。原初黑洞很可能在宇宙中快速穿梭。如果一颗质量为10²²克的原初黑洞穿过地球,它可能会在刚性物体中留下直径约0.1微米的隧道。
这样的原初黑洞穿过人体的概率极低。即使它真的穿过人体,由于相对速度很高,它造成的破坏也很小。这种隧道太细,不会对身体产生任何影响。但如果我们观测到这样的隧道,就可能表明原初黑洞确实存在。
研究人员计算发现,平均每10亿年,10平方米的横截面上会留下0.000001条这样的隧道。研究人员表示,这个概率对于寻找暗物质来说是可以接受的。我们可以部署大面积的金属板,用显微镜寻找直径约1微米的隧道,以这种方式来寻找可能的暗物质:原初黑洞。
疯狂的想法与无奈的现状
无论是认为黑洞已经穿过地球,还是认为寻找隧道的概率可以接受,这些想法听起来都有些疯狂。但物理学家会被逼出这样的疯狂想法,其实都是被暗物质所迫。
在天文学家的眼中,暗物质是解释邻近星系旋转速度和整个宇宙演化过程不可或缺的一部分。我们无法通过电磁波观测到这种物质,但几乎可以在所有地方观测到它的引力影响。因此,这种看不见却具有引力的物质是什么,是物理学家最关心的问题之一。
直到最近几年,物理学家主要将重点放在寻找大型弱相互作用粒子(Wimp)上。这是一类假想的粒子,与当前粒子物理标准模型基本相容,并且可以自然解释宇宙中暗物质的比例。物理学家设计了大量的实验来寻找可能的WIMP,例如我国的PandaX实验和意大利的XENON实验。这些实验使用液氙来寻找暗物质。如果暗物质穿过液氙,可能会诱发液氙闪光。科学家可以根据液氙闪光的次数和频率反过来推测暗物质和氙原子相互作用的概率,这在物理学上被称为碰撞截面,反映了暗物质的丰度和性质。
到目前为止,这些实验还没有发现WIMP。这促使物理学家探索其他暗物质候选者,包括原初黑洞。虽然在太空中寻找原初黑洞的难度极大,但在地球上寻找它们留下的痕迹,例如中空行星或隧道,可能更具可行性。

尽管这些想法听起来有些疯狂,但它们反映了物理学家在寻找暗物质时所面临的困境。暗物质是宇宙中一个重大的谜团,而为了解开这个谜团,物理学家们不惜采用一些非常规的手段。
发表评论