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发表于 2008-9-10 18:49:03| 字数 3,216| - 中国–河南–郑州 电信
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世界最大对撞机或将破解的五大谜团
据介绍,欧洲核子研究中心已经向外界宣布,该中心宣布将于明日,即9月10日正式启动大型强子对撞机(LHC).该对撞机将致力于为人类解开一系列的自然奥秘,如大到宇宙起源之谜,小到微观粒子世界之谜.据科学家们介绍,该大型强子对撞机就是将无数粒子表面进行正面加速后碰撞,大型强子对撞机可以产生出目前世界上最大的碰撞能量的能力.每个质子在以接近光运行速度撞向另一个粒子的同时,可以载有的能量相当于一辆重400吨的火车以每小时200公里的速度前进时所具有的能量.
质子彼此撞击产生出 14万亿电子伏特的高能粒子,相当于目前纪录的7倍.这些实验设施的最终目的是为了让核聚变炉变为现实.欧美日等各国更是作为国际合作项目投入了100亿美元左右的巨额资金.利恩-伊万斯(Lyn Evans)作为该项目的最主要工程师之一,他满怀激动的表示,“我十分感谢我们整个无与伦比的团队所有工作人员,大家克服了所有困难,夜以继日的围绕在大型强子对撞机研制中心周围,该大型强子对撞机的制作过程包含了所有人的辛勤汗水.”
事实上目前来说,人们对于大型强子对撞机的期待程度不言而喻,但究竟其将破解哪些难题呢.伊万斯表示,所有这些难题无外乎以下几个方面:质量、粒子问题;宇宙构成及起源;是否存在反物质;宇宙大爆炸的谜团;以及是否存在空间额外维度.
质量、粒子问题
在我们所学的课本中,质量被表述为是物体的一种基本属性,与物体的状态、形状、所处的空间位置变化无关.但是据科学家介绍,事实上世界上有些粒子含有能量,而有些粒子却没有,科学家们长期以来都在受到该谜团的困扰.据介绍,粒子是能够以自由状态存在的最小物质组分,但是目前科学家们仍未探明其中一些粒子的内部结构,尽管有些粒子实验显示其具有明显的内部结构.对于此,苏格兰物理学家彼得·希格斯(Peter Higgs)曾提出过希伯斯玻色子理论,但最终也只是假说.大型强子对撞机在进行实验的过程中,将可以使得质子对撞后达到极高的能量状态,这一能量与宇宙大爆炸后不久的状态相接近,正因为有着如此多的联系,科学家也就在积极的对其进行不断研究,希望通过探索能够真正在物质起源领域寻求突破.
宇宙构成及起源
宇宙的奥秘对于人类来说具有极大的诱惑,几千年以来随着人类观测工具的改进,对宇宙的研究也逐渐深入,然而事实上目前人类对于宇宙的研究仍处于十分低级的水平线上.目前科学家们将普通的粒子也即当前大家所可以看得到的宇宙部分称为普通物质,这些物质仅占宇宙整个成分的4%,也就是说剩下的绝大一部分都是未被“探明”的,这一部分通常我们将其叫做暗物质以及暗能量,而研究暗物质和暗能量的性质是当今物理学和宇宙学面临的最大挑战之一.事实上虽然暗物质无法直接被观测出,但它却的确具有能干扰星体发出的光波或引力的能力,暗物质是确实存在的,而科学家们目前也已经将暗物质研究列为宇宙工程研究中最主要攻克的项目之一.此外,科学家也在近几十年中不断对暗物质的特性提出了多种假设,但直到目前还没有得到充分的证明.据介绍,暗物质的总质量是普通物质的 6.3倍,自西方天文物理学家弗里兹·扎维奇首次提出暗物质理论以后,该研究工作在不断的深入探索中.在研究暗物质的过程中,另一个未知的物理学现象也再次进入到了人们的视野之中,那就是暗能量.暗能量和暗物质的唯一共同点是它们既不发光也不吸收光.而且暗能量是引力自相斥的,并且在宇宙中几乎均匀的分布.由于其难以观测的特点,暗能量与暗物质一样目前都处于研究的初始阶段.然而现在大型强子对撞机,却极有可能改写人类对暗物质与暗能量研究空白的记录.科学家们普遍希望通过即将启动的大型强子对撞机来一下子解开暗物质与暗能量的所有奥秘,真正在宇宙研究领域获得实质性突破.
是否存在反物质
与此同时长久以来,科学家就对反物质研究产生了极为浓厚的兴趣,事实上物质现象一直出现在我们的生活中,但它的孪生兄弟反物质却从未被我们发现过,而物质与反物质的关系就极为像正反电荷的关系,它们虽然关系密切,但是却无法同时出现,如果碰在一起就将最终一起消失,同时转化为能量.从根本上说,反物质就是物质的一种倒转的表现形式.爱因斯坦曾经在相对论中预言过反物质的存在:“对于一个质量为m,所带电荷为e的物质,一定存在一个质量为m,所带电荷为-e的物质(即反物质)”.而科学家们甚至想象在很远的另一座星球上,有个和我们的世界很像的世界,它将是一个由反恒星、反房子、反食物等所有的反物质构成的反世界.所有的物质与我们这个如今的世界都是反转的.而事实上,这样的假说也十分有可能存在,只不过科学家们目前并未搞清楚,为什么大自然对待其他相对应的事物都体现了平等的一面,然而面对物质与反物质现象却没有变现出应有的平等呢.大型强子对撞机实验室目前也期望通过该设备能够制造出自然状态下极为难以实现的条件,能够真正最终是人们看到反物质的庐山真面目.此外,科学家们也将继续寻找物质与反物质之间的差异,帮助解释大自然为何如此偏向.此前的实验已经观察到两者之间的些许不同,但迄今为止的研究发现还不足以解释宇宙中的物质和反物质为何在数量上呈现出明显的不均衡.
宇宙大爆炸的谜团
此外,科学家们对于宇宙大爆炸的研究的兴趣也极为的强烈,甚至有科学家还风趣的表示为不能出生在宇宙大爆炸时代而遗憾不已.然而不管怎么说,宇宙大爆炸研究对于科学家们的吸引力是显而易见的.1932年勒梅特首次提出了现代宇宙大爆炸理论:大约在150亿年前,宇宙所有的物质都高度密集在一点,有着极高的温度,因而发生了巨大的爆炸.而在大爆炸之后,宇宙不断向外膨胀,而最终形成我们现在这个样子.而美籍俄国天体物理学家伽莫夫也在随后的几年将广义相对论融入到宇宙理论中提出了热大爆炸宇宙学模型,丰富了宇宙大爆炸研究理论.科学家们表示,宇宙大爆炸与世界上的所有现象都有间接联系,而且与绝大多数人类还未能解开的宇宙谜团有着间接联系.地球上的现象如原子由中子与质子构成在宇宙初始阶段完全不同;由于地球温度不高,质子与中子及夸克分别可以由胶子所束缚,但是在宇宙大爆炸的机高温环境状态下,胶子很难将夸克束缚住,也就是说爆炸高温后的几微秒过程中才最终形成了目前的“束缚”状态.随着大型强子对撞机的投入使用,科学家们就可以成功的模仿那样的宇宙大爆炸的极高温状态,自然也就能够在“夸克-胶子等离子体”研究方面取得极大的进展,这也对于宇宙大爆炸研究来说是个具有十分积极意义的突破.
是否存在空间额外维度
空间是否具有额外维度也一直以来牵动着科学家们的思维神经,通常来说,科学家普遍赞成爱因斯坦相对论所提出的人类生活空间由三维空间加上时间轴构成四维空间.事实上在普通生活中我们也无法觉察到第四维空间,只有我们身处于宇宙使本身所在参照系的速度开始变快或开始接近光速时,我们能对比的找到时间的变化.科学家甚至表示,在宇宙中生活的人要比地球上的人寿命长,这也是不无道理的.此外,但是也有很多科学家认为还有额外的隐藏空间,只是人们在正常环境下难以察觉,如果再例如高温或者其他极端条件下,人们就可以发现这些额外空间.当然这也只是假说,是否存在科学家们也没有定论.不过随着大型强子对撞机出现,人们通过在其内里制造出极端的科学实验环境,到那时候科学家们就可以判定世界上到底有没有额外维度.
事实上,随着大型强子对撞机正式投入使用的日子一天天临近,科学家们普遍对于即将竣工的大型强子对撞机期待值空前的高涨,而且研究表明大型强子对撞机也完全可以肩负得起人们对于它的期望.但是与此同时,世界各地的许多科学家仍对其抱有否定的态度,其中最主要的一条就是其可能会带来空前的灾难.对于此,大型强子对撞机的研制人员表示,大型强子对撞机不会带来致命的毁灭,这种可能性微乎其微,如果说有什么根本性的改变,那就将是改变人类对于科学的认识,使得人们能够跟为清晰的了解整个世界,创造出更好的生活. |
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楼主: topnb
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