Przypadek czarnej dziury: pozew przeciwko końcu świata W ostatnim czasie LHC (ang. Large Hadron Collider), czyli wielki zderzacz hadronów działający w międzynarodowym ośrodku naukowym CERN (Conseil Europeen pour la Recherche Nucleaire) w Szwajcarii rozpala umysły nie tylko fizyków, ale stał się także pretekstem do ciekawej dyskusji w środowisku prawniczym. Powyższy tytuł zaczerpnięty został z artykułu Erica Johnsona, amerykańskiego profesora prawa, który napisał kilkudziesięciostronicowy elaborat na temat LHC i aspektów prawnych dotyczących bezpieczeństwa prowadzenia w nim badań naukowych. Wielki hadronowy akcelerator LHC służy poprzez zderzanie podstawowych składników jądra atomowego jakimi są protony do badania własności cząstek elementarnych oraz podstawowych oddziaływań między nimi. Zderzacz LHC jest technologicznie niezwykłym urządzeniem. Wystarczy wspomnieć, że wiązki protonów rozpędzane są w specjalnym, 27 kilometrowym próżniowym tunelu do ogromnych energii, a kolizje dwóch przeciwbieżnych wiązek protonów o docelowej energii siedmiu bilionów elektronowoltów każda następują w obszarach mniejszych od grubości włosa ludzkiego. Nic więc dziwnego, że do obsługi tak precyzyjnego giganta potrzebna jest koordynacja pracy setek inżynierów i naukowców. Ogromne energie zderzeń wiązek powodują, że w akceleratorze mogą zostać wyprodukowane nowe, nieznane dotąd stany materii (stąd podniecenie fizyków), w tym także tzw. mikro czarne dziury. Czarne dziury to obiekty, które mogą powstać podczas ewolucji gwiazd, są one tak gęste i masywne, że grawitacja jest na tyle silna, iż nawet promieniowanie elektromagnetyczne (światło) nie jest w stanie opuścić jej obszaru. Stąd jej nazwa: czarna dziura. W powszechnej świadomości przyjął się obraz czarnej dziury jako swego rodzaju kosmicznego odkurzacza, który wsysa w siebie znajdujące się w pobliżu obiekty. Efekty grawitacyjne wywoływane przez czarną dziurę nie różnią się jednak od oddziaływań innych, często masywniejszych gwiazd siła przyciągania danego obiektu zależy od jego masy (prawo grawitacji Newtona). Tak więc istnienie czarnej dziury w Kosmosie nie jest w skali całego Wszechświata niczym niezwykłym i niebezpiecznym. Jako ciekawostkę można dodać, iż nawet w środku naszej galaktyki znajduje się czarna dziura (gdybyśmy mogli poruszać się z największą możliwą prędkością światła, podróż w jej pobliże zajęłaby nam 27000 lat). Obiekt ten wpływa lokalnie na ruchy pobliskich mu gwiazd. Oczywiście, ze względów energetycznych w LHC tak ogromne obiekty nie będą produkowane, będą to raczej mikro obiekty. Niepokój jednak pozostaje, a co jeśli te, nieznane nam dotąd obiekty, wyprodukowane na Ziemi, będą dla Ziemian niebezpieczne? Właściwie to sami fizycy po części winni są wywołania zamieszania wokół zagrożeń jakie może nieść z sobą działanie LHC. Jeśli chodzi o czarne dziury, wszystko rozpoczęło się dawno temu, bowiem już w 1999 roku Scientific American opublikował list czytelnika do wydawcy, w którym wyraził on niepokój możliwością produkcji czarnej dziury w uruchamianym właśnie akceleratorze RHIC na Long Island w USA. W czerwcu 1999 odpowiedzi na łamach tego czasopisma udzielił Frank Wilczek, fizyk i Noblista z Princeton, który dowodził, że produkcja czarnej dziury w tym akceleratorze nie jest możliwa, jednakże przy okazji prof. Wilczek wyraził niefortunną uwagę, iż pewne formy nowej stabilnej materii (ang. strangelet) mogą zostać tam wyprodukowane. Rzecz jasna, tak niejasno sformułowane zdanie wyciekło do mediów i podgrzało jedynie atmosferę (o problemie pisał między innymi New York Times). Wtedy to po raz pierwszy podano argument, powtarzany później także w przypadku LHC, iż podobnie jak w samym
akceleratorze RHIC, także górne warstwy atmosfery ziemskiej bombardowane są przez wysokoenergetyczne cząsteczki (promieniowanie kosmiczne), a jednak żadna dziwna materia nie powstaje. Wkrótce medialny temat ryzyka jakie może nieść z sobą działanie akceleratora RHIC na Long Island został zamknięty, gdy w dokładniejszych teoretycznych pracach pojawiły się zdania typu: nasze ekstremalnie ostrożne wnioski są takie, iż RHIC może pracować bezpiecznie przez następne 500 milionów lat. Oczywiście, LHC działa przy wyższych energiach i temat musiał powrócić. Istnieje conajmniej kilkanaście prac naukowych na temat szacunków dotyczących produkcji czarnych dziur w LHC. Sama fizyka zagadnienia jest fascynująca i wiąże się między innymi z badaniem fizycznych modeli wielu wymiarów (od czasów Einsteina mówimy o conajmniej czterech wymiarach, czasie i trójwymiarowej przestrzeni). Akcelerator wysokich energii można porównać do działania mikroskopu, zderzane cząstki o dużych energiach wnikają głęboko w świat mikrokosmosu i po skutkach zderzeń można wnioskować o ilości dodatkowych wymiarów w fizyce sub atomowej. Podobnie jak w przypadku akceleratora RHIC najbardziej ostrożne oszacowania czasu powstawania mikro czarnych dziur w LHC wynoszą kilka bilionów lat! (dokładna liczba zależy między innymi od wielo wymiarowości mikroświata). Co więcej, zgodnie z teorią, obiekty te powinny natychmiast wyparować (słynne promieniowanie czarnej dziury Stephana Hawkinga). John Ellis, teoretyk z CERN u pracujący w grupie LSAG zajmującej się oszacowaniem ryzyka związanego z działaniem LHC w CERN ie podsumował zamieszanie wokół produkcji czarnych dziur w LHC ironiczną uwagą: jedyny sposób aby zatrzymać te wszystkie argumenty o tym czy zderzacz LHC zamierza zniszczyć naszą planetę jest zezwolenie na jego działanie. Jednak prof. Erica Johnson nie jest już jednak takim optymistą. Zwraca on uwagę na bardzo dokładną analizę możliwych zdarzeń wykonanych przez fizyków, opartych jednak na teorii i odpowiednich założeniach modelowych. Dodaje: jestem uderzony faktem, iż analiza bezpieczeństwa oparta jest na pracach którym brak niezależności naukowej. Z drugiej strony przyznaje, iż siłą rzeczy zrozumienie podstaw obliczeń jest możliwe jedynie przez wąską grupę specjalistów. Jego konkluzja jest następująca: sądy muszą rozwinąć narzędzia do analizy takich złożonych przypadków. W przeciwnym wypadku ekspandująca szeroko sfera ludzkiej wiedzy przejmie rolę instytucji sądów i ustalonych reguł prawa i to w momencie, gdy będziemy tego najbardziej potrzebować. Problem czarnych dziur w LHC jest świetnym przykładem ogólniejszego zagadnienia dotyczącego kontroli i zaufania do badań prowadzonych w różnych zamkniętych ośrodkach naukowych. W przypadku LHC nie ma zagrożenia. Jednak co z innymi współcześnie dynamicznie rozwijanymi dziedzinami nauki? Wystarczy wspomnieć inżynierię genetyczną, potencjalne odkrycia w dziedzinie medycyny, nanotochnologii, sztucznej inteligencji... Do jakiego stopnia można ufać zapewnieniom naukowców, pracujących często w odizolowanych ośrodkach, że wszystko jest pod kontrolą? Niestety, czasami wśród naukowców także można znaleźć czarne owce, które czy to z pobudek materialnych, czy też ambicjonalnych potrafią zmienić lub zatuszować fakty lub wyniki badań naukowych. Takie niechlubne przykłady znamy choćby z pogranicza medycyny i przemysłu farmakologicznego. A jaki jest stan obecny pracy zderzacza LHC? LHC działa i to całkiem spokojnie. Po rocznej przerwie związanej z naprawami i ulepszeniami po awarii, która nastąpiła przy oficjalnym rozruchu akceleratora we wrześniu 2008 roku, maszyna produkuje dane eksperymentalne. Zobaczymy co przyniosą pierwsze analizy. Fizycy oczekują na nie z (naukowym!) niepokojem.
Na zakończenie warto jeszcze dodać kilka słów na temat samego ośrodka CERN. Jest to niezależna instytucja naukowa, wyjątkowa w skali globalnej. Roczny budżet CERN u to kilkaset milionów euro, zatrudnionych jest w nim około 2500 osób, w tym ponad tysiąc inżynierów i naukowców. Z działalnością CERN u powiązana jest większość fizyków cząstek elementarnych na świecie, czyli kilkanaście tysięcy osób. CERN ma oficjalnych przedstawicieli w krajach członkowskich, instytucją kieruje konsulat, w skład którego wchodzi po jednym członku z poszczególnych krajów. Umowy między CERN em oraz poszczególnymi państwami uczestniczącymi w projekcie gwarantują temu ośrodkowi niezawisłość prawną. Niedawno w Niemczech sąd odrzucił pozew osoby prywatnej, która domagała się od swojego kraju wystąpienia przeciwko ośrodkowi CERN i prowadzonemu w nim eksperymentowi LHC ze względu na domniemane ryzyko zniszczenia Ziemi. W gazecie Frankfurter Allgemaine Zeitung (10 Marzec 2010) pada pytanie o możliwość pomyłki przez naukowców i rada dla powódki: w takiej sytuacji pozostanie odwołanie do Sądu... Ostatecznego. No cóż, chyba trochę zbyt przyciężkawy dowcip. Podobny przypadek do niemieckiego miał miejsce jakiś czas temu na Hawajach. Pozew obywatela amerykańskiego także został oddalony przez sąd amerykański. CERN to nie tylko podstawowe badania naukowe. Jego działanie wpływa na inne dziedziny życia, najlepszym przykładem niech będzie wykorzystanie pomysłu angielskiego fizyka Tima Bernersa Lee, który na potrzeby koordynacji działania setki naukowców pracujących w tym ośrodku wymyślił system zarządzania dokumentacją poprzez hiperlinki, obecnie jest to podstawa serfowania w internecie (strony www). Także główny wątek akcji książki Dana Browna (na której podstawie nakręcono film) Anioły i demony ma miejsce w CERN ie. Przy okazji chciałbym wyjaśnić, że w CERN ie nie jest możliwe wyprodukowanie bomby opartej o antymaterię (nawet jednego grama tej substancji, jak to jest sugerowane w książce). Produkcja takiej ilości antymaterii zajęłaby więcej czasu niż wiek Wszechświata. Na temat zagadnień związanych z bezpieczeństwem działania LHC można dowiedzieć się więcej na stronie: http://public.web.cern.ch/public/en/lhc/safety en.html. Oryginalna praca prof. Johnsona The black hole case: the injunction against the end of the world znajduje się w publicznie dostępnym archiwum prac naukowych pod adresem: http://xxx.lanl.gov/abs/0912.5480
1. Ośrodek CERN w Szwajcarii z lotu ptaka. Zaznaczony główny i poboczne tunele (umieszczone 100 m pod Ziemią), gdzie są przyśpieszane a następnie zderzane cząstki elementarne 2. Wnętrze tunelu wraz z główną rurą, w której prowadzone są wiązki protonowe.
3. Jeden z głównych detektorów w którym następuje analiza produkowanych cząstek materii, w trakcie montażu. Zdjęcie pierwsze pochodzi ze strony www CERN u, pozostałe zdjęcia uzyskałem dzięki uprzejmości mgr Bartosza Dziewita.