В общей теории относительности чёрная дыра появляется не из «особого вещества», а когда достаточно энергии оказывается заключено в достаточно малой области. В природе этого достигает гравитационный коллапс массивных звёзд и другие астрофизические процессы. Искусственно сжать макроскопическую массу до её гравитационного радиуса современная техника не умеет даже приблизительно, а гипотетические микрочёрные дыры в ускорителях, если такие вообще возможны в расширенных теориях, не были бы опасными долгоживущими объектами.
Главный параметр — компактность, а не просто большая масса
Для невращающейся чёрной дыры характерный радиус задаёт радиус Шварцшильда: он пропорционален массе. Для массы Солнца это примерно три километра. Для массы Земли — около девяти миллиметров. То есть даже привычная планетная масса должна быть сжата до объёма шарика, прежде чем возникнет горизонт.
С уменьшением массы требуемый радиус становится ещё меньше. Это показывает инженерную проблему: дело не в том, чтобы найти тяжёлый предмет, а в способности удержать его энергию в фантастически малом объёме против всех других форм давления.
Природа создаёт чёрные дыры гравитацией
У массивной звезды давление термоядерных реакций долго поддерживает равновесие против собственного притяжения. Когда ядерное топливо заканчивается, центральное ядро может коллапсировать. Если никакое известное состояние плотного вещества не способно остановить сжатие, формируется чёрная дыра.
Существуют и сверхмассивные чёрные дыры в центрах галактик, происхождение начальных «семян» которых всё ещё исследуется. Они росли через аккрецию и слияния. Это совершенно другой путь, чем попытка «собрать» чёрную дыру лабораторным прессом.
Почему коллайдер не делает опасную астрофизическую чёрную дыру
Энергии отдельных столкновений LHC огромны для элементарных частиц, но ничтожны в макроскопическом масштабе. В стандартной четырёхмерной общей теории относительности их недостаточно для создания микрочёрной дыры. Некоторые модели с дополнительными измерениями когда-то допускали снижение эффективного гравитационного масштаба, поэтому такие события искали экспериментально.
Даже в этих сценариях микроскопический объект должен был бы быстро терять энергию и распадаться; наблюдения высокоэнергичных космических лучей также дают сильный естественный тест безопасности, потому что Вселенная миллиарды лет производит столкновения энергичнее лабораторных без катастрофического поглощения звёзд и планет.
А можно ли сжать свет вместо вещества
Поскольку энергия сама гравитирует, в принципе достаточно плотная концентрация излучения тоже могла бы сформировать горизонт. Теоретические конструкции вроде kugelblitz рассматривают чёрную дыру из сфокусированного света. Но требуемая плотность энергии и управление излучением находятся далеко за пределами доступной технологии.
Чем меньше предполагаемая чёрная дыра, тем сильнее становятся квантовые эффекты и тем хуже классическая картина. Поэтому фраза «нужно просто сфокусировать мощный лазер» скрывает множество порядков недостающей энергии и фундаментальную неопределённость квантовой гравитации.
Создать чёрную дыру в формулах проще, чем в лаборатории
Физика хорошо понимает условие возникновения горизонта в классических моделях, но это не означает существования инженерной технологии. Для макроскопической чёрной дыры требуются астрономические массы или энергии и способ сжать их до экстремального размера. Для микроскопической — неизвестна сама доступность режима, где квантовая гравитация позволила бы образование.
Поэтому реалистичный ответ сегодня отрицательный: человек не умеет создавать и удерживать чёрные дыры. Ускорители проверяют физику частиц и иногда ограничения на экзотические модели, но не производят опасные «пылесосы пространства». Настоящие лаборатории сильной гравитации пока находятся в космосе.
Есть полезный мысленный масштаб: если бы можно было превратить всю массу горы в чёрную дыру, её радиус был бы намного меньше атомного ядра. Это подчёркивает, насколько фантастической должна быть плотность для малых масс. У астрофизической звезды гравитация сама обеспечивает сжатие, а лаборатория не располагает аналогичным механизмом удержания.
Наконец, чёрная дыра не обязана всасывать всё вокруг. На расстоянии её гравитация определяется массой так же, как у любого другого объекта. Если мысленно заменить Солнце чёрной дырой той же массы, Земля продолжила бы почти ту же орбиту; катастрофой для нас было бы исчезновение солнечного света, а не внезапное «засасывание» планеты.
Для очень маленьких гипотетических чёрных дыр важна ещё одна идея — излучение Хокинга. В полу-классическом описании температура растёт при уменьшении массы, поэтому микроскопическая чёрная дыра должна испаряться чрезвычайно быстро. Экспериментального наблюдения такого испарения пока нет, но именно оно лежит в основе оценки короткой жизни объектов в сценариях микрочёрных дыр.