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 mikro­obiekty.   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 sub­atomowej.  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 wielo­wymiarowości mikroświata). Co więcej, zgodnie z teorią,  obiekty te powinny natychmiast wyparować (słynne promieniowanie czarnej dziury Stephana Hawkinga).

John Ellis, teoretyk z CERN­u pracujący w   grupie LSAG zajmującej się  oszacowaniem ryzyka   związanego   z   działaniem  LHC  w   CERN­ie   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 CERN­u  to  kilkaset milionów euro,   zatrudnionych  jest  w nim około  2500 osób,  w  tym ponad  tysiąc   inżynierów  i naukowców. Z działalnością CERN­u 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   CERN­em   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 Bernersa­Lee,   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 CERN­ie.  Przy okazji  chciałbym wyjaśnić, że w CERN­ie 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/Safety­en.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   CERN­u,   pozostałe   zdjęcia   uzyskałem   dzięki uprzejmości mgr Bartosza Dziewita.