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音頻科普：兩個(gè)極端尺度的交融——宇宙學(xué)對(duì)撞機(jī)（上）

來(lái)源：中國(guó)數(shù)字科技館-科學(xué)播報(bào)

發(fā)布時(shí)間：2020-06-27

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音頻科普：兩個(gè)極端尺度的交融——宇宙學(xué)對(duì)撞機(jī)（上）

各位朋友大家好，歡迎收聽(tīng)《科學(xué)播報(bào)》，今天我們來(lái)聊一聊一個(gè)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(duì)撞機(jī)。
什么是宇宙學(xué)對(duì)撞機(jī)呢？這個(gè)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(guó)雙重國(guó)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(dá)西那（Juan Maldacena）。宇宙學(xué)對(duì)撞機(jī)的想法非常的宏大和科幻，它是將整個(gè)宇宙看成是一個(gè)碩大的高能粒子物理實(shí)驗(yàn)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(gè)設(shè)想將高能物理學(xué)和宇宙學(xué)整合了起來(lái)。宇宙學(xué)家研究的對(duì)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(duì)象?，F(xiàn)在，極大和極小在宇宙學(xué)對(duì)撞機(jī)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(duì)撞機(jī)是現(xiàn)代高能物理研究中必不可少的實(shí)驗(yàn)設(shè)備。我們先來(lái)了解一下粒子對(duì)撞機(jī)的原理。其實(shí)，科學(xué)家們研究物質(zhì)構(gòu)成的方式與一個(gè)孩子研究玩具的方式挺相似的，主要是“拆開(kāi)”，你不拆開(kāi)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(kāi)，那就只能用粒子對(duì)撞機(jī)了。粒子對(duì)撞機(jī)的工作原理往往很簡(jiǎn)單，就是把粒子在一個(gè)環(huán)形的電磁場(chǎng)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(lái)，就有可能把粒子拆開(kāi)，讓組成粒子的零件暴露出來(lái)。但是，如果往復(fù)雜了說(shuō)，其中的過(guò)程又是極其復(fù)雜的。
講了那么多關(guān)于對(duì)撞機(jī)的基礎(chǔ)知識(shí)，再講什么是宇宙學(xué)對(duì)撞機(jī)。如何才能將整個(gè)宇宙看成是一個(gè)碩大無(wú)比的對(duì)撞機(jī)。
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(shuō)，宇宙在出現(xiàn)的最初一瞬間，曾經(jīng)歷過(guò)一段短暫而瘋狂的指數(shù)式膨脹，叫作“暴脹”。在這段時(shí)間內(nèi)，宇宙的“溫度”可能高達(dá)千億億億攝氏度，其中蘊(yùn)含的能量比如今人類在大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)（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(jí)對(duì)撞機(jī)。

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