2008-09-17

大型強子對撞機 LHC Large Hadron Collider - 人類史上最浩大的實驗




昨天車裏聼廣播反反復復講一件事,好像是天大的新聞!奇了!我硬是半個字都沒聼懂?!回家看明鏡網,傻眼了,直接進入CERN的網站看英文介紹,還是搞不懂LHC那是啥麻子咚咚?想,現在只有我的母語能救我了... 讀了中文網的介紹還是霧沙沙?!


中文網說那是:《歐洲核子研究中心(Cern)的大型強子對撞機(LHC)星期三(9月10日)首次投入使用,開始粒子對撞試驗。
LHC由30多個國家的科學家共同建造和維護的,包括歐洲20個CERN成员國,美國、日本、蘇俄等6個觀察國,以及加拿大、中國等參與國,LHC的成功,是科學家的智力投入和资金投入的国际化合作的结果。

參與LHC計劃的科學家有上萬名,來自全球500多所科研機構和工業公司。CERN成員國投入60億瑞士法朗,另外有10%投资來自其他國家。》

科技總是令人很興奮的。揭開宇宙奧秘的科研太深奧啦!據説二十年來物理學家對宇宙的知識停留在“量子力學”、“相對論”,而對存在宇宙之間的“暗物質”和巨大的“暗能量”都沒有科學解釋,不理解自然就無法應用。另,牛頓解釋了“地心引力”,卻無人知曉地心引力對星系的運作!

雖然還是懵懵懂懂,但,昨天,是全球物理界的一大突破,譜寫了歷史!為科學歡呼!愛因斯坦可以含笑九泉啦!

LHC“粒子對撞器”大新聞,2008年9月15日的Newsweek,封面標題是:

“人類史上最浩大的實驗!而 - 那竟是歐洲的!”。

作者是1988年以“粒子物理學”的成果贏得諾貝爾獎的Leon Lederman(生於1922年的一位美國物理學家)。

專題報導:“科學 – 人類將在原子裏頭發現什麽?”


15世紀末的伽利略發明了望遠鏡,才看到了原來射手星被四個月亮環繞,還看到太陽上有黑點。於是,他下了結論:太陽滾轉著…他還發現金星有許多面層 – 強有力的證據顯示哥白尼對太陽系的看法…
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後來的望遠鏡更加精確,一個嶄新美麗的世界和諧體系就此展開… 我們開始注意到一個浩瀚的宇宙充滿了不明物質:具有強性磁場的“脈衝星”、高能量而遙遠的物質叫做“類星體”、還有黑洞 – 而我們人類居住在很不起眼的一個小點上,處於萬億星球之間的銀河系,它們又各自擁有自己的太陽系。

這個世界最後進入基因學、微生物學、病毒學和新奇的小上好幾百倍的微生物:原子!爲了解釋原子的形態,科學家必須發明量子力學,而由此引向半導體和其他的科技,很大一部分衍生出20世紀的經濟輸出品。

如此可知,擁有一個好工具是多麽大的優勢。自從大自然界中存在著我們知道卻看不見極微小、極遙遠或極微妙的物質,科學進展就意味著發明更優勢的工具。今日,科學世界正在目視著一個嶄新工具的完成:“大型強子對撞機(Large Hadron Collider)”
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地心引力是把我們的雙足定在地球上的力量,但它僅是這宇宙中四种力量之一。另种力叫做“電磁力”, 這對學童而言耳熟能詳,就是把電線兩端扭插進電箱。電磁力又是結合“夸克”和“輕子”的重要元素,然後才能生産原子,結合了原子才能製造“分子”。原子的工作被存在的兩种力量而簡化了:“強力”和“弱力”。此二力在原子核領域裏運作。讓科學家抓狂的是:這四种力量竟然無法被加以混合。我們可以設計出鏈接所有力量的理論 – 除了地心引力。科學家飢渴地尋找結合這三种力量之餘 – 也在尋找結合地心引力的方法。(這就是曠年多時探求未得而泛泛取名為“萬物理論(theory of everything)”。
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從一個現象可以説明地心引力的奇特:

一根迴紋針掉落地下,它其實是被整個地球力量吸住;好,現在用你冰箱上壓購物單的磁鐵來吸迴紋針;立即地,整個地球力量被瓦解了!小小磁鐵贏了!若地心引力被拿來跟電力比較,就會發現地心引力的力量要小上10的40方!
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LHC的目的是引起粒子對撞,繼而讓物理學家對衍生出千萬碎片的現象進行觀察。讓我們回溯到13.7億萬年前,宇宙的空間佔有量為零。自彼時起宇宙就開始擴展。所有的銀河系遊移他方。但,地心引力卻相對地會吸引其他星球,把銀河系扯拉緊密,也就是說它該減緩宇宙擴展的速度。1998年二個實驗團體開始測驗宇宙擴展速度減緩到什麽程度。測驗結果讓他們吃了一大驚:宇宙不但沒有減緩擴展,反而在不斷的加速擴大!所以,必定有一些神秘力量致使星球向外遊移。我們把這個力量稱之爲“暗能量(dark energy)”。我們對致使星球向外遊移的力道進行演算,出來的數字是駭人的 – 它幾乎是這個宇宙所有力量的75%。

另外一個使用LHC來進行令人興奮的研究現象,是要找出超出我們所熟悉的廣度,深度和高度,所謂的額外空間度。額外空間度是“線理論”的一大特色。它是科學中最令人興奮的一個臆測,也是對結合地心引力和其他力量研究的一個門徑!“額外空間”的存在,是線理論中最令人傷腦筋的預測。這些額外空間緊密纏扭,根本無法肉眼觀察。有些理論認爲:地心引力的能量就是滲透過三度空間而隱藏在這額外空間,造成地心引力的疲弱性。

這篇簡短的總結無法概觀LHC對解開宇宙之謎的所有期望。雖然,科學家選擇避過奧運之後,啓動LHC,但這僅僅是開端,謎題會跟隨我們到2020年。當然,我們懂得而提出的問題將會得到解答 – 假如可以鑒古而知今的話 – 我們必也可以找到根本從沒夢想到要提問的問題,也將獲得解答。就如同伽利略的望遠鏡一般。

續9月15日新聞周刊相關LHC的評論:“大科學園地 – 歐洲”説道:全球的目光聚焦在日内瓦,凝視著科學家們將啓動人類史上最浩大的實驗。它當然也是最昂貴的一個實驗。歐洲核子科研組織,或稱“CERN”,耗資80億美金在市郊挖掘了一個27公里長的隧道,然後把所有推動科技至無限的科研設備運進隧道,以便進行14億萬年來無法觀察到的粒子能量狀態。

欲窺見宇宙物質運作需要一個巨型機器。這需要政治意志,斥資進行一個沒有實質應用回報率的項目。數百年來,科學發明不斷出現,而絕大多數來自美國。接下來的數十年可能風水輪流轉了,因爲日内瓦的“大型強子對撞機(Large Hadron Collider)”意味“粒子物理學”在美國衰落而在歐洲崛起的象徵。許多科學家和教育家甚至擔心這是否也意味美國在科學界的龍頭地位也在逐漸衰落?

LHC讓日内瓦搖身一變而為科學的麥加聖地。根據CERN的資料顯示,共有9000名科學家參與項目。科研員不僅僅來自歐洲,也有來自印度、蘇俄、日本、以色列和土耳其等國。接下來的數十年,他們將以飛行或乘坐火車來工作,入住賓館,偶爾將雙足懸蕩在洛桑市的噴水池。他們將會集中精力在實驗室裏,對即將從機器噴湧出來好似荒漠甘泉的科研數據進行分析解讀。

雖然“粒子物理學”並非大經濟的主導體,它卻是意義深遠的知識挑戰,擁抱了科學中所有的矛盾,同時吸引了全球的精英頭腦。

歐洲贏過了美國,並不是CERN公關發言部感興趣的報導。對拜賜贊助金的科研員而言,他們的時間寶貴地只允許他們專注於對撞機的實驗。這個項目代表人類史上最浩大的一項國際科研合作。三分之一的科學家來自控制CERN的20個國家之外的國度。美國貢獻約1000名科學家,是非CERN成員國中,被獲准參與科研最多的。“CERN之所以獲得巨大成功,這是因爲全球的共同努力。”CERN進行對撞實驗的成員Hans Boggild説道。

看看數字即可窺知爲何美國遠遠落後LHC研究之後:

美國貢獻了5億美金 – 這不過是縂帳單的5%。最大資金來自歐洲。德國承擔了20%,英國17%,而法國貢獻了14%。連保加利亞也不甘落後地,硬是擠出1%的資金加入。儘管近數十年來,美國首居物理界龍頭地位,但絕大的腦力也來自歐洲。“來自歐洲以外的贊助相當重要,但是非常有限。”阿姆斯特丹大學的粒子物理學教授Els Koffeman說。

還不久以前,美國似乎還領先全球。在1980年代到1990年代初,德州的Waxahachie市進行了一個30公里長的隧道挖掘,用來置放超大對撞機 – 一個跟LHC很相似的機器,但更大且更昂貴。雷根總統把這個項目稱之爲“新世界的門檻”,而批准注入84億美金,毫無需國外資金贊助。物理學家專注實驗之餘,期待資金和偉大實驗成果來臨。1993年耗掉20億美金之後,科研經費突然猛漲到110億。這個項目就嘎然停止。美國國會擔心預算赤字而栓緊了水龍頭。

Waxahachie市挖掘一部分的隧道被灌滿水。這個城市把這個科研場所賣給卡車運輸商J.B. Hunt作爲運輸數據庫之用以前,曾用作爲監獄,電影城和反恐培訓場。而數據庫的計劃隨著Hunt企業老闆過逝而胎死腹中。一個洞穴狀、無窗,而是沃爾瑪商場(Wal-Mart)好幾倍大的建築物孤立於雜草叢生之一隅。

對撞機的損失消沉了科學家意志,同時可能也降低一般研讀物理學的興趣。根據一項調查顯示,美國大學生對物理學的興趣,比1957年蘇俄發射Spunktik人造衛星至太空時,要降低了許多。更令人憂心的是,以往接踵而至來到美國共襄科研盛舉的大批科學家,現在轉向歐洲去了。

在歐洲,卻見到科學家的萬般熱情。“近代史中從未見過像現在對粒子物理學那麽漫天蓋地的報導。” Ken Peach,哈佛大學John adams institute所長說。“這些實驗如同磁鐵吸引了全球最精英、最智慧的頭腦。我跟哈佛大學的畢業生聊過,他們心裏真的很緊張。他們很想拿到那些科研數據。”

才讀過新聞周刊,就看到明鏡網報導駭客攻擊CERN的網站,飢渴數據乎?