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音頻科普：兩個極端尺度的交融——宇宙學(xué)對撞機（上）

來源：中國數(shù)字科技館-科學(xué)播報

發(fā)布時間：2020-06-27

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音頻科普：兩個極端尺度的交融——宇宙學(xué)對撞機（上）

各位朋友大家好，歡迎收聽《科學(xué)播報》，今天我們來聊一聊一個非常前沿的概念，一種能讓兩種極端尺度相互交融的宇宙學(xué)對撞機。
什么是宇宙學(xué)對撞機呢？這個概念非常新，2014 年才第一次由兩位物理學(xué)家共同提出，一位是具有加拿大和美國雙重國籍的理論物理學(xué)家，他叫尼馬·阿爾卡尼-哈米德（Nima Arkani-Hamed），另一位是阿根廷籍的物理學(xué)家胡安·馬爾達西那（Juan Maldacena）。宇宙學(xué)對撞機的想法非常的宏大和科幻，它是將整個宇宙看成是一個碩大的高能粒子物理實驗室。這是目前最前沿的研究領(lǐng)域，而且它的特別之處在于，這個設(shè)想將高能物理學(xué)和宇宙學(xué)整合了起來。宇宙學(xué)家研究的對象是科學(xué)中最宏大的，而高能物理學(xué)家則研究科學(xué)中最微小的對象?，F(xiàn)在，極大和極小在宇宙學(xué)對撞機上交融在一起了，這不禁令人想到古埃及的那條著名怪蛇，烏洛波洛斯，就是那條自己吞食自己的怪蛇，
粒子對撞機是現(xiàn)代高能物理研究中必不可少的實驗設(shè)備。我們先來了解一下粒子對撞機的原理。其實，科學(xué)家們研究物質(zhì)構(gòu)成的方式與一個孩子研究玩具的方式挺相似的，主要是“拆開”，你不拆開怎么知道它是如何工作的呢？但是，我們用榔頭和碾子最多只能把物體拆到分子層面；用化學(xué)的方法可以把物質(zhì)拆到原子的層面；但是要想把原子，甚至是比原子更小的基本粒子給敲開，那就只能用粒子對撞機了。粒子對撞機的工作原理往往很簡單，就是把粒子在一個環(huán)形的電磁場軌道中一圈一圈地加速到接近光速，然后設(shè)法讓它們迎頭相撞，這樣一來，就有可能把粒子拆開，讓組成粒子的零件暴露出來。但是，如果往復(fù)雜了說，其中的過程又是極其復(fù)雜的。
講了那么多關(guān)于對撞機的基礎(chǔ)知識，再講什么是宇宙學(xué)對撞機。如何才能將整個宇宙看成是一個碩大無比的對撞機。
首先，目前解釋宇宙起源的最佳理論就是暴脹理論。這種理論說，宇宙在出現(xiàn)的最初一瞬間，曾經(jīng)歷過一段短暫而瘋狂的指數(shù)式膨脹，叫作“暴脹”。在這段時間內(nèi)，宇宙的“溫度”可能高達千億億億攝氏度，其中蘊含的能量比如今人類在大型強子對撞機（LHC）中創(chuàng)造的最高能量還要高百億倍。這就是 138 億年前的超級對撞機。

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