黑洞成為大型粒子加速器的可行性

黑洞是強大的純重力引擎，能夠強烈地拉動物體，使它們無法逃脫。

當這些物體接近視界時，它們被加速到令人難以置信的速度。現在，一些物理學家建議利用黑洞的引力來製造兇猛的粒子加速器。新的研究發現，訣竅在於精心設置一切，這樣粒子就不會永遠消失在貪得無厭的黑洞中。利用黑洞，設計爆破出的新粒子將有助於我們認識它們。

一起墜落

假設一個粒子開始落入黑洞。當它離黑洞越來越近時，它就會加速，就像一個球滾下山時的加速一樣。事實上，它比滾下山坡的球要糟糕得多，因為黑洞的引力非常強大，粒子以比光速更快的速度下落。

當落入黑洞的粒子一旦達到了光速，它與黑洞的距離，定義了黑洞的邊界，我們稱之為事件視界。

如果一個粒子落入黑洞，它將永遠消失，被鎖在視界後面，沒有逃脫的希望。當考慮製造一個粒子加速器時，這個區域是不可能的，因為一個永遠不會吐出粒子的加速器是沒有利用價值的。

但這只是一個孤獨粒子的故事。當兩個或兩個以上的粒子參與時，事情會變得非常有趣。

走向極致

如果兩個粒子接近一個黑洞，它們各自都會得到巨大的能量提升。我們目前的粒子對撞機將重粒子加速到光速的99%以上，但這需要大量的工作（以世界上大型強子對撞機，一個長約27公裡的超導通道環為例）。黑洞僅僅通過存在就產生了這種瘋狂的加速。

當這兩個粒子接近視界時，它們的速度會逐漸加快。如果它們碰巧有正確的速度和方向組合，它們可以相互彈跳，使其中一個墜入絕境，而另一個則在飛到安全的地方之前繞過事件視界的邊緣。

這些事件是罕見的，但先前的研究發現，這些粒子能夠以任意高的能量相互碰撞，而這完全取決於它們在碰撞瞬間離視界有多近以及它們離光速有多近。

旋轉的黑洞對於這種邊緣粒子加速器效果更好。由於它們的極端自旋，這些類型的黑洞可以繞著視界旋轉時空，讓更多的粒子在被吸入黑洞前到達事件視界附近。

不過，這個設想有一個問題。由於所涉及的數學問題的複雜性，這種黑洞作為粒子炮的設想只在所謂「極端」黑洞的情況下被探索過。這些黑洞被設定在了相對小的質量前提下，並以一個給定的速度旋轉。在現實世界中，科學家們認為幾乎所有的黑洞都比數學模型要求的要複雜得多。也正因這個原因，物理學家還不確定黑洞是否可以充當粒子對撞機。

讓設想成真

10月1日發表在《物理評論D》雜誌上發表的新研究發現，更真實的黑洞——包括巨大的旋轉黑洞和帶電黑洞——仍然可以有效地加速粒子。

但它不是普通的粒子槍。為了獲得所需的高速反衝，進入的粒子必須以已經很高的速度衝進來，研究人員認為在視界附近會發生多次低速碰撞，從而產生期望的高能量輸出。

不幸的是，由於碰撞必須發生在視界附近，才能達到如此瘋狂的能量，當它們逃離黑洞時，它們必須與幾乎壓倒一切的重力作鬥爭，在它們到達星際空間獲得真正的自由之前，它們的速度減慢了。

值得慶幸的是，研究人員也為這個問題找到了解決方案，表明在旋轉黑洞周圍，高能碰撞可以發生，但不會離事件視界太近。

在天體物理的研究中，由於實驗的成本太高，實現項目太過龐大，在這一領域，理論一直作為一個遠處的燈塔，指引著科學家不斷前行。當人類可以利用黑洞的能量之時，人類應該就進入二級文明了吧。