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揭開宇宙誕生之謎  激出生命的源起
量子危機




將大型離子對撞實驗(ALICE)的內部追蹤係統運送到實驗洞並將它嵌入定時發射膛(TPC)。ALICE將用來研究超高能質子-質子和鉛-鉛對撞物理學原理,並將揭露宇宙大爆炸後幾微秒內的宇宙情形。

來自全球40多個國家、9千名科學家與斥資上百億的資金,在9月10日正式啟動的大型強子對撞機,於法國與瑞士的邊境建造地下圓形軌道,想要透過兩顆粒子加速至接近光速,然後促使其對撞從而模擬出宇宙大爆炸的能量和條件,探究宇宙的起源、發現物質的本源、找尋暗物質與反物質以及另外空間的存在,企圖用科學的手段來瞭解“上帝的法則”。



大型強子對撞器(Large Hadron Collider,簡稱:LHC)是一座位於瑞士日內瓦近郊歐洲核子研究CERN的粒子加速器與對撞機,作為國際高能物理學研究之用。LHC已經建造完成,2008年9月10日開始試運轉,並且成功地維持了兩質子束在軌道中運行,成為世界上最大的粒子加速器設施。LHC預計將於2008年10月21日開始進行低能量對撞實驗。LHC是一個國際合作計劃,由全球85國中的多個大學與研究機構,超過八千位物理學家共同合力出資合作興建。

2008年9月19日,LHC第三與第四段之間用來冷卻超導磁鐵的液態氦發生了嚴重的洩漏,目前據推測是由於聯接兩個超導磁鐵的接點接觸不良,在超導高電流的情況下融毀所造成的。依據CERN的安全條例,必需將磁鐵升回到室溫後詳細檢查才能繼續運轉,這將需要三到四週的時間。要再冷卻回運作溫度,也是得經過三四週的時間,如此正好遇上預定的年度檢修時程,因此要開始運作將可能延遲至2009年春天。


傳說中開天闢地的盤古,手抱太極八掛。有人理解《道德經》裡頭闡明“道”在創造世間的萬事萬物時,都采用陰陽合體的方法,在世間萬物的發展變化中出現的受損和增益的現像是因為失調造成的。事件的發展變化是辯證的,矛盾的,雙方即是對立的,又是統一的,而且還能互相轉化。

老子曾說「無,名天地之始。」;《胡桃裡的宇宙》作者霍金所言「發生於大爆炸之前的事件不可能有結果。」——“無”就相當於“不可能有結果”,“天地之始”就相當於“大爆炸之前的樣子”。這是不同年代、不同地域與不同文化背景下的毫無瓜葛的學者得出的殊途同歸的科學結論,學者對宇宙的認識真可謂具有異曲同工之妙!大爆炸未發生,就是宇宙沒有“道”的狀態,就是古人所說的“混沌未開”的狀態,就是無“道”有“名”,“名”為“天地之始”的狀態。

現代天體物理學告訴我們,時空產生於宇宙發生大爆炸的那一刻,舊的物質模式被打破,新的宇宙模式建立,大爆炸實現時空運動,並衍生出星系、恒星、行星,乃至產生了地球和人類,才有了萬事萬物,“開天闢地”和“大爆炸”是“萬物之母”,這是何等驚人的相似。但是,老子的發現卻比霍金遠遠早了兩千多年!

大型強子對撞機的實驗想要探究的問題之一:宇宙“大爆炸”的秘密——物質在宇宙誕生後的第一秒呈現什麼狀態?構成宇宙萬物的物質據信來源于一系列密集而熾熱的基本粒子。現在宇宙中的普通物質由原子構成,原子擁有一個由質子和中子構成的核子,質子和中子都是被稱之為“膠子(Gluon)”的其它粒子束縛“夸克(Quark)”形成的。這種束縛非常強大,但在最初的宇宙由於溫度極高加之能量巨大,膠子很難將夸克結合在一起。也就是說,這種束縛似乎是在“大爆炸”發生後的最初幾微秒內形成的,此時的宇宙擁有一個由夸克和膠子構成的非常熾熱而密集的混合物——“夸克-膠子等離子體”。該實驗將利用大型強子對撞機模擬大爆炸發生後的原始宇宙形態,分析夸克-膠子等離子體的性質。

另一個實驗想探究的問題:隱藏的世界——另外空間真的存在嗎?根據愛因斯坦廣義相對論,人類生存的三維空間加上時間軸即構成所謂四維空間。後來的理論卻認為,可能存在擁有隱藏維度的空間,只是尚未被人類觀察到,但它們似乎會在高能條件下顯現出來。基於這種推測,科學家將對所有探測器獲得的數據進行仔細分析,以尋找另外空間存在跡象。或許實驗的背後想要知道人死後到哪去了?為什麼有人看到鬼魂的存在?可能是存在另外空間只是我們看不到而已。




強子對撞機





LHC包含了一個圓周為27公里的圓形隧道,因當地地形的緣故位於地下50至150公尺之間。這是先前大型電子正子加速器(LEP)所使用隧道的再利用。隧道本身直徑三公尺,位於同一平面上,並貫穿瑞士與法國邊境,主要的部份大半位於法國。雖然隧道本身位於地底下,尚有許多地面設施如冷卻壓縮機,通風設備,控制電機設備,還有冷凍槽等等建構於其上。

加速器通道中,主要是放置兩個質子束管。由於須維持前所未有高能量的粒子運行,加速管由超導磁鐵所包覆,以液態氦來冷卻。管中的質子是以相反的方向,環繞著整個環型加速器運行。除此之外,在四個實驗碰撞點附近,另有安裝其他的偏向磁鐵及聚焦磁鐵。



兩個對撞加速管中的質子,各具有的能量為 5 TeV(兆電子伏特),總撞擊能量達 10 TeV之譜。(原設計為 14 TeV)每個質子環繞整個儲存環的時間為 89 微秒 。因為同步加速器的特性,加速管中的粒子是以粒子團(bunch)的形式,而非連續的粒子流。整個儲存環將會有2800個粒子團,最短碰撞週期為 25 奈秒 。在加速器開始運作的初期,將會以軌道中放入較少的粒子團的方式運作,碰撞週期為 75 奈秒,再逐步提升到設計目標。


LHC的超導電四極電磁鐵


大型強子對撞器的隧道內部

在粒子入射到主加速環之前,會先經過一系列加速設施,逐級提升能量。其中,由兩個直線加速器所構成的質子同步加速器(PS)將產生50 MeV的能量,接著質子同步推進器(PSB)提升能量到1.4GeV。而質子同步加速環可達到26 GeV的能量。低能量入射環(LEIR)為一離子儲存與冷卻的裝置。反物質減速器(AD)可以將3.57 GeV的反質子,減速到2 GeV。最後超級質子同步加速器(SPS)可提升質子的能量到450 GeV。

在LHC加速環的四個碰撞點,分別設有五個偵測器在碰撞點的地穴中。其中超環面儀器(ATLAS)與緊湊渺子線圈(CMS)是通用型的粒子偵測器。其他三個(LHC底夸克偵測器(LHCb), 大型離子對撞器(ALICE)以及全截面彈性散射偵測器(TOTEM)則是較小型的特殊目標偵測器。

LHC也可以用來加速對撞 重離子,例如 鉛(Pb)離子可加速到1150 TeV。


世界最強大的超級計算機系統

由於LHC有著對工程技術上極端的挑戰,安全的確保是極其重要的。當LHC開始運作時,磁鐵中的總能量高達100億焦耳(GJ),而粒子束中的總能量也高達725百萬焦耳(MJ)。只需要10−7總粒子能量便可以使超導磁鐵脫離超導態,而丟棄全部的加速粒子可相當於一個小型的爆炸。


目前的加速器

緊湊渺子線圈(CMS)偵測器
大型強子對撞器底夸克(LHC-b)偵測器的結構圖大型強子對撞器(LHC)已經在2008年9月10日投入運作。它被隱藏於直徑27公里的環形隧道中。隧道的前度主人就是大型電子-正電子對撞器(LEP),它已經在2000年11月停機。

這條隧道位於地下100公尺,在日內瓦機場和附近的朱拉山之間。五個實驗對撞機(分別是緊湊渺子線圈-CMS, 大型強子對撞器超環面儀器-ATLAS, LHCb, TOTEM and ALICE)目前正在建造當中,預計於2007年開始運作。這五個對撞偵測器分別在加速器上不同的地點和運用不同的技術來進行研究以及相互驗證的工作。建設這些實驗設施需要非凡工程計劃。例如:為降下CMS實驗偵測器的組件到地下洞穴中, 一臺特別的起重機將必須從比利時租來使用。這台機器能夠舉起幾乎2000噸組件。因為建築上的需要,大約5000塊磁鐵必要在2005年3月7日格林維志時間13:00被下放在一個特別的軸上。

這個加速器將產生大量的電腦資料,將是遠遠超過單一研究機構所能夠負擔的。因此CERN將以串流方式發送到世界上的各個合作實驗室作分散處理。在2005年4月,研究人員成功地試驗以每秒600MB的傳輸速度發送到世界七個不同地點。然而科學家必須在2008年大型強子對撞器開始運作、擷取實驗資料之前,達成三倍於此的傳輸速度要求。


大型強子對撞器底夸克(LHC-b)偵測器的結構


緊湊渺子線圈(CMS)偵測器


實驗目的


LHC產生希格斯玻色子的費曼圖。兩個夸克各放射出一個W 及 Z 玻色子,進而融合成一個希格斯玻色子。

一張描述LHC如何產生希格斯玻色子的費曼圖。在圖中,兩個夸克各放射出一個W 及 Z 玻色子,進而融合成一個希格斯玻色子。 在CMS偵測器中希格斯玻色子衰變的模擬事例重建圖。(event display)物理學家希望藉由加速器對撞機來幫助他們解答下列的問題:


實驗將解開:


第一束質子束流注入強子對撞機

標準模型中所流行的造成基本粒子質量的希格斯機制是真實的嗎?真是如此的話,希格斯粒子有多少種,質量又分別是多少呢?

當重子的質量被更精確的測量時,標準模型是否仍然成立?

粒子是否有相對應的「超對稱」(SUSY)粒子存在?

為何「物質」與「反物質」是不對稱的?

有更高維度的空間(卡魯扎-克萊因理論)存在嗎?我們可以見到這啟發弦論的現象嗎?

宇宙有 96% 的質量是目前天文學上無法觀測到的,這些到底是什麼?

為何引力比起其他三個基本作用力(電磁力,強作用力,弱作用力)差了這麼多個數量級?


在CMS偵測器中希格斯玻色子衰變的模擬事例重建圖。



六大實驗主軸
大型強子對撞機隧道內的冷磁體利用大型強子對撞機(LHC)進行的6項實驗都將均在國際合作的模式下完成,這些實驗將世界各地的研究機構的科學家聚集在一起,共同見證激動人心的一刻。每一項實驗都截然不同,這是由其使用的粒子探測器的獨特性所決定的。


大型強子對撞機隧道內的冷磁體

兩項大規模實驗——ATLAS(超環面儀器實驗的英文縮寫,以下簡稱ATLAS)和CMS(緊湊渺子線圈實驗的英文縮寫,以下簡稱CMS)——均建立在多用途探測器基礎之上,用於分析在加速器中撞擊時產生的數量龐大的粒子。兩項實驗的研究規模和研究層面均達到前所未有的程度。使用兩個單獨設計的探測器是交叉確認任何新發現的關鍵所在。 ATLAS和CMS是LHC上的兩個一般意圖探測器,將有機會探測質子對撞的所有主要物理產物,是LHC上最重要的實驗。 兩項中型實驗——ALICE(大型離子對撞機實驗的英文縮寫,以下簡稱ALICE)和LHCb(LHC底夸克實驗的英文縮寫,以下簡稱LHCb)——利用特殊的探測器,分析與特殊現像有關的撞擊。 另外兩項實驗——TOTEM(全截面彈性散射偵測器實驗的英文縮寫,以下簡稱TOTEM)和LHCf(LHC前行粒子實驗的英文縮寫,以下簡稱LHCf)——的規模就要小得多。它們的焦點集中在“前行粒子”(質子或者重離子)身上。在粒子束髮生碰撞時,這些粒子只是擦肩而過,而不是正面相撞。 ATLAS、CMS、ALICE和LHCb探測器安裝在4個地下巨洞,分佈在大型強子對撞機周圍。 TOTEM實驗用到的探測器位於CMS探測器附近,LHCf實驗用到的探測器則位於ATLAS探測器附近。

ALICE探測器:



一、ALICE
為了進行ALICE實驗,大型強子對撞機將讓鉛離子進行對撞,在實驗室條件下重建“大爆炸”之後的宇宙初期形態。獲得的數據將允許物理學家研究夸克-膠子等離子體的性質和狀態,這種物質據信在“大爆炸”發生後只存在很短時間。
現在宇宙的所有普通物質都是由原子構成,每個原子擁有一個由質子和中子構成的核子,核子周圍環繞著電子。質子和中子都是被稱之為“膠子”的其它粒子束縛夸克形成的。這種不可思議的強大束縛意味著,獨立的夸克是永遠也不會被發現的。
大型強子對撞機內上演撞擊時產生的高溫是太陽內部溫度的10萬倍。物理學家希望看到的是,質子和中子會在這種高溫條件下“熔化”,並釋放被膠子束縛的夸克。這麼做將創造夸克-膠子等離子體,它們可能只存在於“大爆炸”之後,當時的宇宙仍處在極度高溫之下。科學家計劃在夸克-膠子等離子體膨脹和冷卻過程中對其進行研究,觀察它如何形成最終構成當前宇宙物質的粒子。
共有來自28個國家的94個研究機構的1000多名科學家參與ALICE實驗。
ALICE探測器相關資料
尺寸:長26米,高16米,寬16米
重量:1萬公噸
位置:法國小鎮聖吉利斯-珀利(StGenis-Pouilly)。

二、ATLAS
ATLAS是大型強子對撞機兩個通用探測器中的一個。此項實驗涉及到物理學的很多領域,包括尋找希伯斯玻色子、額外維度以及構成暗物質的粒子。與CMS的實驗目的一樣,ATLAS也將記錄與撞擊時產生的粒子有關的類似數據,即它們的路徑、能量以及特性等等。雖然實驗目的相同,但ATLAS和CMS探測器的磁鐵系統卻採用了完全不同的技術和設計。
ATLAS探測器巨大的圓環形磁鐵系統是它的主要特徵。這一系統由8個25米長的超導磁鐵線圈組成。磁鐵線圈分佈在貫穿探測器中心的粒子束管周圍,形成一個“圓筒”。實驗過程中,磁場將被包含在線圈分離出的中央柱形空間內。
共有來自37個國家的159個研究機構的1700多名科學家參與ATLAS實驗。
ATLAS探測器相關資料
尺寸:長46米,高25米,寬25米,是迄今為止製造的個頭最大的粒子探測器。
重量:7000公噸
位置:瑞士梅林(Meyrin)

三、CMS
CMS實驗利用一個通用探測器,對物理學的很多領域進行研究,包括尋找希伯斯玻色子、額外維度以及構成暗物質的粒子。雖然實驗目的與ATLAS相同,但這個探測器的磁鐵系統卻採用了完全不同的技術和設計。
CMS探測器是在一個巨型螺管式磁鐵基礎上建成的。它採用圓柱形超導電纜線圈,可產生4特斯拉的磁場,相當於地球磁場的10萬倍。這個巨大磁場受一個“鐵軛”限制——探測器1.25萬公噸的重量大部分來自“鐵軛”。與大型強子對撞機的其它巨型探測器有所不同的是,CMS探測器並不是在地下建造,而是選在地上,後分成15個部分被運至地下,最後完成組裝,這也算得上它的一大特色。
共有來自37個國家的155個研究機構的2000多名科學家參與CMS實驗。
CMS探測器相關資料
尺寸:長21米,寬15米,高15米
重量:1.25萬公噸
位置:法國塞希(Cessy)。
LHC底夸克探測器


LHC底夸克探測器

四、LHC底夸克探測器(LHCb)
LHCb實驗將有助於我們理解人類為何生活在一個幾乎完全由物質而非反物質構成的宇宙。它通過研究一種稱為“美夸克”(beauty quark)的粒子,專門對物質和反物質之間的微妙差異展開調查。 LHCb實驗不是將整個撞擊點同密封探測器圍起來,而是使用一系列子探測器去主要探測前行粒子(forward particle)。
第一個子探測器將安裝到撞擊點附近,而接下來的幾個將會一個挨一個安裝,它們的長度都超過20米。大型強子對撞機將創造出大量不同類型的夸克,然後它們將快速蛻變為其他類型。為捕捉到“美夸克”,LHCb項目小組已開發出先進的可移動跟踪探測器,並安裝在圍繞於大型強子對撞機周圍的光束路徑附近。 LHCb項目小組由來自13個國家48所研究機構的650位科學家組成。
LHC底夸克探測器相關資料
尺寸:長21米,高10米,寬13米
重量:5600噸
設計:具有平面探測器的前向接受譜儀
地點:法國費爾奈-伏爾泰

五、全截面彈性散射探測器(TOTEM)
全截面彈性散射探測器實驗研究前行粒子,以重點分析普通實驗難以獲得的物理學原理。在一系列研究中,它將測量質子大小,還將準確監控大型強子對撞機的光度。想要做到這一點,全截面彈性散射探測器就必須要捕捉到距大型強子對撞機光束非常近的距離產生的粒子。它由一組安放在稱為“羅馬罐”(Romanpot)的特製真空室的探測器組成。
“羅馬罐”同大型強子對撞機的光束管道相連。 8個“羅馬罐”將被一對一對地置於CMS實驗撞擊點附近的四個地點。儘管從科學意義上講這兩次實驗是獨立的,但TOTEM實驗將是CMS探測器和其他大型強子對撞機實驗所獲結果的有力補充。來自8個國家10所研究機構的50位科學家將參與TOTEM實驗。
全截面彈性散射探測器相關資料
尺寸:長440米,高5米,寬5米
重量:20噸
大型強子對撞機位於瑞士法國邊境100米深的環形隧道
設計:“羅馬罐”,GEM探測器和陰極條感應室
地點:法國塞斯(位於CMS附近)

六、LHCf探測器
LHCf實驗將用於研究大型強子對撞機內部產生的前行粒子,作為在實驗室環境下模擬宇宙射線的來源。宇宙射線是自然產生於外太空的帶電粒子,不斷轟擊地球大氣層。它們在高層大氣與核子相撞,產生一連串到達地面的粒子。研究大型強子對撞機內部撞擊如何引起類似的粒子串有助於科學家解釋和校準大規模宇宙射線實驗,這種實驗會覆蓋數千公里的範圍。來自4個國家10所研究機構的22位科學家將參與LHCf實驗。
LHCf探測器相關資料
尺寸:兩個探測器,每個長30厘米,高80厘米,寬13厘米
重量:每個重40公斤
地點:瑞士梅林(位於ATLAS附近)


重離子對撞機

雖然LHC的物理實驗計劃,著重於研究質子對撞後的現象。然而,短期的如每年一個月的重離子對撞也在實驗計劃之中。雖然其他較輕的離子對撞實驗也是可行的,目前主要的規劃為鉛離子的對撞實驗。



LHC升級計劃
有提議在十年內 LHC 需要提昇一次硬體性能。認為 LHC 需要作基本上硬體的修改以提升它的「亮度」(單位截面碰撞發生的頻率)。理想中 LHC 升級的途徑將是包含增加粒子束的流量,以及修改兩個需要高亮度的區域: ATLAS 與 CMS 這兩個偵測器來配合。下一代超大型強子對撞器的入射能量需增加到 1 TeV,因此前置入射裝置也需升級,特別是「超級質子同步加速器」的部份。


經費支出
LHC的建造經費最初是1995年通過的一筆26億瑞朗,另有一筆兩億一千萬元瑞朗的經費作為實驗之用。然而,經費超支。在2001年的一次主要審核預期,將需增加四億八千萬元瑞朗在加速器的建造,與五千萬元瑞朗的支出在實驗運作上。同時,由於CERN年度預算的縮減,LHC的完工日期由2005年延後到2007年四月,以使用更多年度預算來支付。其中增加的一億八千萬元瑞朗,用於超導磁鐵的製造。另外,尚有在興建放置CMS的地下洞穴時遇到的工程技術上的困難。預期的建造總額約為八十億元美金。




LHC是一個 分散式計算 的計劃,用來支持LHC興建與校正之用。這個計劃是使用 BOINC 平台,來模擬粒子如何在加速器隧道中運行。有了這項資訊,科學家便可以決定如何放置磁鐵與調整功率,來達到加速軌道運行的穩定。


安全顧慮
在美國 RHIC 開始實驗之時,包括內部的研究者與其他外部的一些科學家,曾擔心類似的實驗可能會引發理論上的一些災難,甚至摧毀地球或是整個宇宙:


宇宙大爆炸


創造出一個穩定的黑洞
創造出比一般物質更穩定的奇異物質 (構成假說中的「奇異星」的物質)吸收掉所有一般物質
創造出磁單極促成質子衰變
造成量子力學真空態的相變到另一個未知的相態(詳見虛真空)
RHIC 與 CERN 都進行了一些研究調查,檢視是否有可能產生例如微黑洞、微小的奇異物質(奇異微子)或是磁單極等危險的事件。這份報告認為「我們找不到任何可以證實的危害」。例如,除非某個未經證實的理論是對的,否則是不可能產生出微小黑洞的。即使真有微黑洞產生了,預期會透過霍金輻射的機制,很快就會蒸發消失,所以會是無害的。而像 LHC 這樣高能量的加速器的安全性,最有力的論點在於一個簡單的事實:宇宙射線的能量比起 LHC 來要高出非常多數量級,太陽系星體從形成到現在這麼多年下來,都不斷地被宇宙射線轟擊。既沒有產生出微黑洞、微小的奇異物質或是磁單極,太陽、地球和月球也都沒有因此被摧毀。

然而,仍有一些人還是對 LHC 的安全性有疑慮:類似這樣新的、未經測試過的實驗,是沒有辦法完全保證上述的情況不會發生。約翰·尼爾森(John Nelson)在伯明罕大學談到RHIC說「這是非常不可能會有危害的──但是我無法百分之百保證。」 另外在學術界,對於霍金輻射是否正確,也有一些疑問。

RHIC 自2000年運行到現在,都沒有產生可以摧毀地球的物質的跡象。


研究歷程大世紀
2005年10月25日,因為起重機載貨的意外掉落,造成一位技術人員的喪生。


2007年3月27日,由費米實驗室所負責建造,一個用於 LHC 內部的三極低溫超導磁鐵(屬於聚焦用四極磁鐵),因為支撐架的設計不良,在壓力測試時發生破損。雖然沒有造成人員的傷亡,但是卻嚴重影響了 LHC 開始運作的時程。費米實驗室主任皮耶·奧登(Pier Oddone)說道:「在這個案例中,我們驚訝地發現到,一個簡單的靜力平衡被疏忽了。」這個錯誤存在原始的設計中,而且經過多年來數次的審核都沒有發現。分析發現,為了縮小支撐架的粗細來達成束流管更佳的絕緣效果,卻因此不足以支撐壓力測試時,所施加的外力。詳細的內容可見於費米實驗室的對外說明,CERN 也同意其內容。修復損壞的磁鐵,並且補強八個同型的磁鐵造成了 LHC 預計開始運行的時程,因此延遲到2007年11月。


2008年9月19日,LHC第三與第四段之間用來冷卻超導磁鐵的液態氦發生了嚴重的洩漏,目前據推測是由於聯接兩個超導磁鐵的接點接觸不良,在超導高電流的情況下融毀所造成的。依據CERN的安全條例,必需將磁鐵升回到室溫後詳細檢查才能繼續運轉,這將需要三到四週的時間。要再冷卻回運作溫度,也是得經過三四週的時間,如此正好遇上預定的年度檢修時程,因此要開始運作將可能延遲至2009年春天。

2008年10月16日,CERN發佈了關於液態氦洩漏事件的調查分析,証實了先前推測的為兩超導磁鐵間接點不良所造成的。由於安全條例確實地實行、安全設計皆有正常工作、並且替換用的零件都有庫存,因此預期明年春天將可準時開始運轉。





實驗造成黑洞而吞沒地球疑慮

最有可能毀滅地球的五個科學實驗

大型粒子對撞機啟動,可是,有少數科學反對這項對撞試驗,認為可能形成黑洞,毀滅地球。當然,負責這項工程的科學家已經多次進行安全評估,認為這種擔心是多餘的。

現在人們面對的問題是,假如這次對撞是安全的,是否可以確定其他的科學試驗也是安全的?答案是否定的,科學家認為,大型科學試驗在進行之前,都應該進行全面的安全評估。以下五個試驗便具有很大的風險。

1.重建宇宙大爆炸

也許令許多科學家感到遺憾的是,宇宙大爆炸發生之時他們尚未出世。地球上曾發生了一個掌握真相所有秘密的事件,可是我們錯過了,而我們之所以錯過,是因為我們太懶了,以致於在接下來的130億年裡沒有得到足夠的進化。按照科學家的說法,要解決宇宙誕生之謎,關鍵就是讓一切重來。

他們向我們保證,假如他們能以非常非常快的速度和力量撞擊質子,那麼就可以讓宇宙大爆炸再次上演。

實驗後果:首先,想像一下核爆炸的景象吧。將這一爆炸規模乘以1200000億相,接著再乘以無窮大的區域,結果也僅相當於宇宙大爆炸強度的八分之一。儘管如此,科學家仍相信他們可以將大爆炸裝在錐形燒瓶中,只要他們記得用塞子將它堵上。

想像一下,你將一輛大型油罐車停在兒童醫院外面的鏡頭。你不知道裡面是什麼,但你相當自信,裡面要么是治療癌症的良方,要么是2萬加侖的爆炸性硝化甘油。若想找到答案,那麼你必須用AK-47對油罐車進行掃射。後果會怎樣呢?

目前進展:大型強子對撞機不僅是有史以來建造的最大粒子加速器,且是有史以來建造的最大東西。科學家最初計劃在2005年啟動大型強子對撞機,但因種種原因,啟動時間推遲至2008年9月,它將以接近於光速的速度對17英里周長內的小物體進行轟擊,接著將這一過程中生成的物質粉碎,觀測發生什麼事情。

問題在於,即便是理論家也不清楚究竟會發生什麼事情,這就是他們為何首先從事這項研究,為何有人為了停止這項實驗一紙訴狀將他們告上法庭。大型強子對撞機項目的科學家堅稱,實驗沒有任何危險,並預測觀測結果將令科學發生革命性變化,將我們送入知識的黃金時代,當然,前提是我們能在這種實驗中倖存下來。

危險指數:3

專家向我們保證,依據他們對科學的了解,世界末日到來的可能性微乎其微。專家還稱,大型強子對撞機將徹底改變我們對科學的認識。所以,他們也許通過大型強子對撞機可以了解到的一個全新知識是,它可以將整個星球變成一團粒子云。

2.量子芝諾效應(quantum zeno effect)

多年來,科學家一直在掃描宇宙尋找某種奇異的反重力物質——他們稱之為“暗能量”的神秘物質。他們已取得了一定的成果,當然了,這可能以付出我們靈魂為代價。

量子物理學將要掌控日常物理學特徵,正如大衛·林奇(David Lynch)執導的影片一定會成為主流賣座大片一樣。我們是在談論同時在兩個地點若隱若現的粒子,毋庸置疑,最奇怪的地方是量子芝諾效應,該理論指出觀測和測量粒子會改變它們的特性,特別是會改變它們衰減的速率。如何改變?沒人知道答案。很顯然,它是最有可能證明“黑色魔力”(black magic)存在的科學了。

實驗後果:按照一位知名科學家的理論,僅僅是觀測暗能量而引起的變化,都有可能造成它垮塌,對宇宙造成衝擊。但科學家們太渴望證明暗能量的存在了,所以,只要有機會,他們就會迫不急待地觀測暗能量。

目前進展:科學家勞倫斯·克勞斯(Lawrence Krauss)教授認為,這方面的研究可能已在進行當中。顯然,在20世紀90年代末期,科學家在首次捕捉一些暗能量的時候,看到有一堆物質在太空中爆炸。這可能將宇宙置入一種特定的狀態,在這種條件下,它可能或不可能在特定瞬間內像肥皂泡一樣爆裂。僅僅是因為我們不停地看它。

危險指數:3

這種理論正確嗎?你可以說這是無聊的人在胡說八道。不過,他可能是這個國家最著名的物理學家,已就這一主題發表了大量的科學論文和書籍。其中一部就是《星艦迷航記的物理學》(The Physics of Star Trek),既然我們要對這個問題進行思考,那麼我們相信他從《下一代》(The Next Generation)的情節中竊取了這個荒唐的故事。

3.怪物質

我們可能已經註意到,科學的世界存在一些不可思議的怪分子,例如所謂的“怪物質”。之所以有“怪物”一說是因為這是很多基本理論無法解釋。而造成這種尷尬的原因就在於:很多有關事物真相的基本理論均建立在數學方程式的基礎上,而不是來源於實際的觀察。

從理論上說,怪物質可能存在於這個世界之上,但我們從沒有見過它們的廬山真面目。迄今為止,至少已經有一名科學家表示,如果能夠親眼看到怪物,我們的第一反應一定是尖叫,而後便是永不休止的尖叫。作為怪物之一的怪物質是假設中一種由夸克構成的物質。夸克是比原子更小的基本粒子,它的“渺小”甚至超過我們想像。

實驗後果:有關怪物質的假設有兩個。一個是,這種物質可能在會在出現後不到一秒鐘就馬上消失;另一個是,這種物質非常穩定,能夠將接觸到的原子轉變成更為怪異的物質。但至於到底哪種假設成立,我們就不得而知了。這是怪物質的地盤,自然由它們說了算。有理論認為,宇宙中存在完全由怪物質構成的恆星,一旦接觸到這種怪物質的微小碎片,所有的一切就面臨“下地獄”的厄運。

現在讓我們做一個大膽設想,如果地球上出現非常穩定的怪物質並開始與正常物質發生反應,我們所有人將一同去見上帝。傳說中的麥達斯王有點石成金的神奇能力,而可怕的怪物質的卻是“點正成怪”。怪物質會首先將你“同化”,在此之後,你又會將接觸到的一切事物變成怪物質。而在發現這可怕的一幕前,整個世界已經完全“怪化”了,這全都是你一個人的錯。

目前進展:幸運的是,怪物質只能在高能粒子碰撞中產生,類似這樣的碰撞還沒有發生過一次。說到這,讀者的腦海中一定閃過“大型強子對撞機”,它不就是高能粒子碰撞的製造者嗎?事情是這樣的,參與大量強子對撞機的科學家認為,在讓原子相互撞擊過程中,一定會出現很多怪異的事情,產生怪物質就是其中一個。這也就是為什麼科學家在撰寫論文時使用“相對論重離子碰撞會摧毀我們的行星嗎?”這樣令人膽戰心驚的字眼兒。對於大型強子對撞機,我們也只能在擔憂中等待,希望能夠在順利完成碰撞試驗的同時,不會殺死你以及你關心的每一個人。

危險指數:5

科學家在回應怪物質問題時表示,如果真的產生怪物質也沒什麼大不了的,這只能說明怪物質在此之前就已經存在了,原因很簡單:大氣層中每秒鐘會發生無數次類似反應。雖然科學家這麼說,但在我們看來,他們的這種花言巧語不過是為了避開上面提到的假設。他們心裡很清楚,如果事實證明他們大錯特錯,也不會有任何人站出來控訴他們。


LHC全計錄

4.時光旅行

關於時光放行的故事已有很多,而且幾乎每個故事都包含某種災難或不愉快的結局。當然,許多物理學家認為,時光旅行根本不可能發生,而且宇宙的真實存在證明了這一點。此外,如果人類將來證明時光旅行可行的話,那麼穿越時空的人又在哪裡呢?

不過,也有一種似乎有幾分道理的觀點存,那就是我們可以研製出一個時光穿梭機來完成這項任務。或許只有等到這項技術真正存在的時候你才能回到過去或進入未來,在未來世界,你將會看到盤旋的滑板和飛翔的蒸汽火車。

實驗後果:當然,宇宙懲罰我們膽敢違背規律、因果最基本的原則的方式有很多。在我們第一次聽說時光旅行之前,我們連想都不敢想。但有人推測,穿越時空回到過去的嘗試可能會導致世界爆炸、瓦解、縮成一個奇點,或乾脆消失。

在遙遠的未來,當恆星耗盡能量,行星偏離軌道,人類的後代將面臨滅亡,如果他們進入一台被詛咒的時光旅行機器,他們可能會開罵然後回到歷史上一個更舒適的點。

大批來自未來世界的難民可能會在現在這個繁華的世界安家,在這個世界再次終結之前,他們決定再利用時空穿梭機換個地方,如此反复。在我們接通第一台時空穿梭機的那一刻,我們的世界將變成無數來自未來世界的難民的家。你來算算。

目前進展:先看看大型強子對撞機吧。大型強子對撞機可能摧毀這個世界的情形似乎有很多種,但時空穿梭呢?據一些俄羅斯科學家介紹,這種可能性同樣存在。當然,目前還沒有啟動任何計劃探究時空穿梭機的研製,但誰說它肯定是有意造的?青黴素的發現完全是個意外。

有人推測,未來人類可以操縱用於時空穿梭目的的大型強子對撞機可能會用它高能量的碰撞打開蟲孔。顯然,瑞士的那幫書呆子在接通時空穿梭機的一刻卻發現赤身裸體的阿諾德·施瓦辛格向他們要衣服也是有可能的。

危險指數:7

你可能在想“如果我們得到一台時空穿梭機,並認識到它將摧毀這個世界,那麼我們所要做的就是及時回到過去並毀掉那台時空穿梭機!就這麼簡單!”不過,如果我們毀掉了那台時空穿梭機,我們就不能及時回到過去,所以穿梭機仍會完好無損,這樣的話,我們就可以利用它回到過去……該死的科學。

5.納米技術

人們研發新技術的目的是讓東西變得越來越小,現在這些技術已經可以製作出世界上最小的東西。借助納米技術製成的機器人不比一個分子大,我們這樣做的原因有很多,其中最大的原因可能是因為我們能這樣做

設想將數百萬個微型機器放入人的血流中,讓它們攻擊癌細胞,或者利用小型移相器抗擊艾滋病毒。設想利用一群小型清潔機器人吃掉河流中的污染物,或者利用微型工業機器人,在短時間內用分子製造出我們希望得到的東西。然而,現在面臨的最大問題是,你如何製造出數万億個這種小型機器人。其實方法很簡單,你只要教它們如何利用環境中的物質像細胞一樣複製自己。如果有一百萬個這種小東西,不難想像一定會出現一系列問題。

納米技術之父埃里克·德雷克斯勒提出了一個令人毛骨悚然的有關世界末日設想的數字。現在面臨的問題是,我們的納米機器人或許更像細胞終結者,它們比大自然的創造物更加先進。它們會在一夜間徹底戰敗有機生命,遵循進化論的規則消滅所有有機生命。

我們曾提出一種極端假設,這就是眾所周知的“灰霧(gray goo)”問題,這個問題指的是,機器人的自我複制開始失控,最後世界上倖存下來的只有大量這種微型機器人,科學家想像,這些機器人看起來就像一堆灰霧漂浮在空中。

實驗後果:假設你與一位不可思議的怪物見面,經過一番討價還價後,他提出給你修了房子,並給你增加了一個房間。於是你將他帶回家,然而他突然吃掉你的住宅,吐出更多怪物,這些怪物動手將你殺掉。

目前進展:科學家向我們擔保,我們在20年內就能製造出完全受控的致命蜂群,或許我們在2010年就能實現這個目標。現在他們正在製造一些被稱作“裝配工”的東西,這些“裝配工”將生產數万億個納米機器,並指揮這些機器人消滅掉遇到的所有東西。

危險指數:10

可以避免我們在幾年內陷入“灰霧”僵局的唯一東西是,大型強子對撞機趕在“灰霧”之前將我們滅掉。



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