2008年9月11日 星期四

宇宙大爆炸模擬機啟動

科學家10日展開有史以來威力最大的質子對撞實驗,讓深處地下100米隧道中的「大型強子對撞機」(Large Hadron Collider,LHC)模擬宇宙大爆炸(Big Bang),論證宇宙大爆炸理論的真確性。在有望拓闊對宇宙起源的認識同時,也有人擔心實驗會造成微型黑洞,導致地球被黑洞吞噬。



歐洲核研究組織(CERN)的全球最大粒子加速器「大型強子對撞器」(LHC)將於今日正式啟動,未來將讓次原子粒子以接近光速的速度碰撞,模擬大爆炸理論所推算的宇宙誕生之初的面貌。這項計劃由全球將近30多國共5千名科學家、工程師和技師參與,斥資37億6千萬歐元(約為港幣416億元),歷時將近20年籌備興建。



兩束質子將接近光速對撞

當地時間10日上午9點30分(香港時間下午3點30分),這座位於瑞士、法國邊境日內瓦湖與朱哈山之間的歐洲核研究組織總部地底下100米的LHC將會啟動,以便未來能在一個被冷卻到只比絕對零度(攝氏零下271度)高1.9度的環形隧道內,讓兩束質子對撞。科學家將在27公里長的LHC內發射第一批質子束,檢測世界上最大的超導磁體的控制強度。LHC將把質子束加速到每秒旋轉 11,000次,達到接近光速的速度。一旦質子束成功的以逆時針方向發射,科學緊接著將進行順時針方向的測試。之後科學家將雙向發射質子束,讓它們撞擊、粉碎並釋放能量。專家估計,撞擊時瞬間溫度高達攝氏1萬億度,相當於太陽中心溫度的10萬倍,而撞擊能量將達14兆電子伏特。隧道設有4處撞擊區,以偵測器捕捉撞擊後迸裂的質子殘骸。

台灣大學物理系教授熊怡說,過去,物理學家累積許多理論計算和實驗數據,想盡辦法描述宇宙的基本粒子,以及它們之間的交互作用,稱為粒子物理的標準模型。但是標準模型只能解釋4%的宇宙現象。還有太多的秘密等著科學家去探索。

反對者恐撞出黑洞毀地球

雖然多數科學家相信對撞實驗有助揭開宇宙奧秘,也有些科學家擔心,這一場對撞將產生黑洞,它可能會吞噬地球;或產生一種「奇子」,能將地球變成一團「奇異物質」。並有持懷疑論的科學家率同一批歐洲公民,於8月29日向美國夏威夷地區法院和歐洲人權法院提交了訴訟,要求中止這個項目。

5名物理學家應CERN要求再作檢視,在最新發表的安全評估報告承認,撞擊器的確有可能造出黑洞,但由於缺乏持續增強或持久的能量支持,故即使真的出現,也只屬於微觀規模,並且幾乎馬上會衰變。

熊怡教授昨日亦表示不用多慮。他指出,高溫的時間非常短暫,會小於奈秒,也就是小於0.000000001秒(十億分之一秒),不會有危險。

支持者指大自然常有對撞

《新科學家》雜誌的特別報導副主編瓦萊麗.賈米森在她的網誌(Blog)中也寫道:「估算一下涵蓋銀河系1,000億顆星星以及可見宇宙中1,000億個星系的宇宙射線數量,你就會發現,大自然已經相當於製造出了1,031個大型強子對撞機。或者也可以說,每秒鐘都有10兆個大型強子對撞機在運行。而我們還活得好好的。」

科學家希望LHC的實驗可模擬大爆炸後產生的首批粒子,科學家尤其想找出希格斯玻色子(Higgs boson)。這粒子是當代物理學的基石,被認為賦予了所有粒子質量。科學家認為大爆炸後一瞬間,所有粒子都沒有質量,當溫度稍下降後,希格斯玻色子「塞」入粒子中,令粒子變成有質量子(重量)。
部份科學家相信,100多億年前的一場大爆炸,產生了宇宙。但也有部份科學家對大爆炸理論持懷疑態度。

科學家早在數十年前就開始進行亞原子粒子撞擊實驗。隨著對撞機的威力越來越強,發現之前認為是原子最小組成單位的質子和中子原來由更小的誇克和膠子構成。 CERN希望在實驗室重現宇宙大爆炸之後的瞬間狀況,從中增加對「暗物質」、反物質、可能的空間和時間隱藏維度(dimensions)的了解。

為了讓人們更容易了解這個實驗理論,科學家利用漫畫書,深入淺出的說明相關概念,漫畫人物卡洛對艾麗斯說:「我們通過撞擊兩個核子創造出迷你版宇宙大爆炸。這會發出巨大的能量,把禁錮在核子裏的數以千計的誇克和膠子釋放出來。然後誇克和膠子形成類似濃湯的狀態,我們稱為誇克-膠子等離子體。」這碗湯迅速冷卻,誇克和膠子結合在一起,形成了質子和中子物質構成的基礎原料。這個實驗將幫助科學家尋找這一理論中仍然缺失的環節,或者催生關於物質形成的新理論。

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