歐洲核研究組織(CERN)負(fù)責(zé)人羅伯特·艾馬在瑞士與法國交界處的對撞機控制室中對歡呼的科學(xué)家們說:“大家做得好?!?/div>
??????? CERN在不到1小時前開始將質(zhì)子射入隧道?,F(xiàn)在科學(xué)家成功測試到該質(zhì)子束處于順時針的運轉(zhuǎn)方向。CERN計劃讓它以逆時針方向運行。最終科學(xué)家將從相反方向射入兩個質(zhì)子束,從而創(chuàng)造出大爆炸之后不久的宇宙所具備的各種條件。科學(xué)家認(rèn)為大爆炸創(chuàng)造了宇宙。
啟動該對撞機進行的實驗是歷史上最大的物理實驗。此前該項目遭到了一些懷疑論者的反對。這些人擔(dān)心讓質(zhì)子發(fā)生對撞可能最終會危及地球。懷疑論者說,對撞的一個副產(chǎn)品可能是
微觀尺度的黑洞,它們的重力非常強大,可以吸入行星和其他恒星。CERN首席發(fā)言人詹姆斯·吉利斯在今天啟動對撞機之前說:“那是一派胡言。”在實驗的安全性問題上,CERN得到了包括
英國的斯蒂芬·霍金在內(nèi)的一些著名科學(xué)家的支持。這些科學(xué)家?guī)椭巳藗兊膿?dān)心,并宣稱有關(guān)實驗是絕對安全的。吉利斯說:“今天我們做了一小部分工作。真正好的結(jié)果將是讓另一個質(zhì)子束也運轉(zhuǎn)起來……”該項目是由CERN的20個歐洲成員國組織進行的。它已經(jīng)吸引了來自80多個國家的研究人員。
????????根據(jù)設(shè)計,該對撞機可以將質(zhì)子束加速到接近光速,每秒圍繞隧道運轉(zhuǎn)1.1萬次。
CERN的系列實驗可能會揭示有關(guān)“暗物質(zhì)”、反物質(zhì)以及空間與時間的隱蔽維度的更多情況。它也可能會找到一種假想粒子———希格斯玻色子———存在的證據(jù)??茖W(xué)家們認(rèn)為,希格斯玻色子給所有其他粒子提供了質(zhì)量,因此在宇宙形成中具有重要意義。有些科學(xué)家為了使用大型強子對撞機等待了20年。
英國《
泰晤士報》網(wǎng)站9月9日發(fā)表文章,題目是“霍金用50英鎊就世界、宇宙和上帝粒子打賭”,摘要如下。
當(dāng)世界上最大的原子
粉碎機開始進行粒子撞擊的時候,有一種可能性是,它會產(chǎn)生一個微型黑洞。如果這種微型黑洞出現(xiàn),地球不會如某些杞人憂天者所說的那樣被摧毀———但它會為斯蒂芬·霍金教授贏得
諾貝爾獎。就在科學(xué)家們?yōu)槊魈焐衔绱笮蛷娮訉ψ矙C(LHC)的啟動做最后準(zhǔn)備之際,霍金這位最著名的物理學(xué)家說,如果這臺對撞機制造出一個黑洞,從而證實了他自己的理論,毫無疑問他會獲得諾貝爾獎。
但這位
劍橋大學(xué)的
數(shù)學(xué)系教授對這樣的勝利并不抱有希望。他計算得出,LHC對撞機形成黑洞的幾率還不到1%。他說:“我認(rèn)為,LHC產(chǎn)生足夠的能量以形成黑洞的可能性低于1%。因此我并未屏息期待。”
事實上,LHC讓霍金輸?shù)羲?a target="_blank">密歇根大學(xué)教授戈迪·凱恩的打賭的可能性要大得多。他們賭的是希格斯玻色子是否存在?;艚鸩幌嘈耪娴拇嬖谶@種所謂的“上帝粒子”———讓物質(zhì)具有質(zhì)量的粒子,而凱恩則認(rèn)為,人們很快就會找到它。2000年霍金用100美元與凱恩打了這個賭。
如果希格斯玻色子確實存在,LHC幾乎肯定能找到它?;艚鹫f:“LH C會讓我們研究粒子相互作用時所需的能量水平再增加1/4。根據(jù)目前的理論,這應(yīng)該足以發(fā)現(xiàn)希格斯玻色子,這種讓其他所有粒子具有質(zhì)量的粒子。我認(rèn)為如果沒有找到希格斯粒子會更加令人興奮。這將表明有些地方出錯了,我們需要重新思考。我賭了100美元,賭我們找不到希格斯粒子?!比绻8袼共I诱业搅?,那么該理論的提出者———
愛丁堡大學(xué)的彼得·希格斯教授和兩位不知名的
比利時物理學(xué)家弗朗索瓦·恩格勒特和羅伯特·布魯———幾乎肯定會因此而榮獲諾貝爾獎。
??????? 霍金關(guān)于自己可能獲得諾貝爾獎的說法是根據(jù)另一項物理學(xué)理論:他在1974年提出黑洞會發(fā)出輻射,盡管它們的引力極強。這一想法最初受到廣泛質(zhì)疑,但“霍金輻射”現(xiàn)在已被普遍接受,盡管像希格斯玻色子一樣,也沒有直接證據(jù)表明其真實存在。
LHC對撞機有可能產(chǎn)生迅速衰變的微型黑洞,就像霍金設(shè)想的那樣。但人們不確定加速器能否獲得黑洞形成所需的巨大能量。然而即使黑洞形成了,也不會構(gòu)成威脅,因為證明它們有生成可能性的數(shù)學(xué)運算同時還決定了它們會立即衰變?;艚鹫f:“如果LHC中的粒子對撞制造出了一個微型黑洞———當(dāng)然這是不太可能出現(xiàn)的,這個黑洞也會消散殆盡,產(chǎn)生獨特的粒子模式。在地球大氣層中,像這樣的或更大能量級別的對撞每天要發(fā)生數(shù)百萬次,也沒有造成任何惡果?!睋?jù)美聯(lián)社8日報道,當(dāng)科學(xué)家這周進行歷來最龐大的物理實驗時,他們還將面臨“把大海撈針簡單化”的任務(wù)。在法國和瑞士邊境地區(qū)地下27公里長的隧道里,科學(xué)家希望能探測到更多維度、看不見的“暗物質(zhì)”和希格斯玻色子的存在證據(jù)。這項耗資100億美元的實驗成功與否,關(guān)系著現(xiàn)有的宇宙理論能否站得住腳。
??????? 但當(dāng)10日的實驗開始后,即使歐洲核研究組織(CERN)計算機能力再大,也無法處理屆時不斷涌入的數(shù)據(jù)。因此,CERN在
日內(nèi)瓦的這個實驗室設(shè)計出一種連接全球十多個大型網(wǎng)格集線中心以進行負(fù)荷分流的方法。這就是大型強子對撞機(LHC)計算網(wǎng)格集線中心。這是一個擁有6萬臺計算機的全球性網(wǎng)絡(luò),可以對LHC內(nèi)質(zhì)子發(fā)生撞擊時發(fā)生的一切進行分析。參與LHC計算網(wǎng)格集線中心工作的
倫敦帝國學(xué)院科學(xué)家戴維·科林說:“網(wǎng)格是第三代的互聯(lián)網(wǎng),但和互聯(lián)網(wǎng)不一樣的是,你共享的是計算機的能力,而不是文件。”
當(dāng)4臺龐大的探測器比以前任何工具高10倍的準(zhǔn)確性開始工作時,將會產(chǎn)生堆積如山的數(shù)據(jù)。如果科學(xué)家要找到他們想要的東西,這種計算機能力是必需的。CERN負(fù)責(zé)這一計算網(wǎng)格集線中心工作的伊恩·伯德說:“你可以把這想像成一個有著1.5億像素、每秒鐘可拍攝6億次的巨大數(shù)碼相機?!本艿倪^濾器會篩掉一切無用的數(shù)據(jù),只留下最有趣的數(shù)據(jù)。然而每年仍需分析1 5 PB(1024TB)的數(shù)據(jù)。這足以填滿200萬張DVD。
數(shù)據(jù)通過高速線路傳送到歐洲、
北美和亞洲11個頂尖研究中心,再從那里分散到世界各地約150個研究中心的網(wǎng)絡(luò)。
?????? 科林說:“沒有這種基礎(chǔ)設(shè)施,LHC實驗是不可能的。這正是粒子物理學(xué)家如此重視這一計算網(wǎng)格集線中心的原因?!?/div>
??????? 或許有人會認(rèn)為,像高能物理學(xué)領(lǐng)域高深的理論研究與我們的日常生活沒關(guān)系,花費數(shù)十億美元有些不值得。100多年前,愛因斯坦發(fā)現(xiàn)了質(zhì)能
方程,那就是質(zhì)量與能量可以互相轉(zhuǎn)化。許多人也認(rèn)為這個方程毫無用處。但是,以這種理論指導(dǎo)而研制出來的原子彈,讓人們見識了高能物理的可怕之處。隨后,核能用于發(fā)電,又讓人們認(rèn)識到
質(zhì)能方程真正改善了我們的生活。
???????? LHC可以使人類的科學(xué)技術(shù)邁進一大步。例如,反物質(zhì)的形成與合成將變得可能。尋找到反物質(zhì)及其合成方法,將有可能解決我們的
能源危機問題,并且成為太空旅行和星際旅行的首選
燃料。反物質(zhì)擁有難以置信的力量,僅僅是少量的反物質(zhì),其與物質(zhì)湮滅所產(chǎn)生的能量就可以與幾百萬噸當(dāng)量的核彈相提并論。(物質(zhì)與反物質(zhì)的湮滅質(zhì)能轉(zhuǎn)化率為100%,是核彈的幾十倍。)將來有一天,不但人類可以乘坐反物質(zhì)推動的飛船遨游太空,家里的電器使用的
電能也將來自反物質(zhì)發(fā)電廠。
????????此外,在建造這個大型實驗裝置的過程中,科學(xué)家已經(jīng)獲得了許多科研成果,已經(jīng)改善了我們的生活。比如,我們今天常用的互聯(lián)網(wǎng)最初就是歐洲核子研究中心的科學(xué)家為了解決數(shù)據(jù)傳輸問題而發(fā)明的。另外,強子對撞機還將帶來一些意想不到的科研成果,譬如改進癌癥治療、摧毀核廢料的方法以及幫助科學(xué)家研究氣候變化等?,F(xiàn)有的放射療法可能會在殺死癌
細(xì)胞的同時傷害周圍的健康組織,對撞機產(chǎn)生的高能粒子束能夠?qū)⑦@種傷害降到最低,因為它們能夠穿過健康組織,只對腫瘤發(fā)揮作用。一些氣象學(xué)家表示,如果發(fā)現(xiàn)高能粒子束促成了云的形成,人們將來可以通過控制宇宙射線來改變氣候。