现实中科学家如何模拟宇宙爆炸后百万分之一秒时的情景?

早期的宇宙有着极高温度,这赋予了亚原子粒子极大的能量,它们迅速出现又瞬间消失。它们以不可思议的速度四散漂移,当时的宇宙混乱而无序。这和赶火车的人群很相似,在人们匆忙地赶火车时,他们可以移动得相当快,不过最终还是会平静下来,就像早期宇宙的状态一样,当时的粒子飞速四处移动,而随着宇宙逐渐冷却下来,粒子移动也逐渐减缓,而且变得更有规律。

现实中科学家如何模拟宇宙爆炸后百万分之一秒时的情景?

而随着宇宙逐渐冷却,粒子不再向能量转换。宇宙中的亚原子粒子逐渐增多,但温度仍然很高,很不稳定。一切都在极短的瞬间发生,宇宙现在面临着生存与毁灭的关键时刻。一场物质与反物质之间的大战即将打响。

宇宙万物由物质组成,无论是小小的石头还是巨大的恒星,所有的物质都是由大爆炸之前的纯能量产生的。爱因斯坦质能方程说明能量会转化成物质,在当时这只是一个理论,而现在的科学已经可以验证这个理论了。

位于瑞士的欧洲核子研究中心,犹如一座城市般大小的机器专门用于模拟大爆炸之后几百万分之一秒的情况。想要观测的计量单位越小,我们需要的机器就越大,因为实在没有其他更好的方法,巨型机器意味着更精细的物理学研究,意味着回到时间之初,也意味着我们越来越接近宇宙的起源了。

现实中科学家如何模拟宇宙爆炸后百万分之一秒时的情景?

这个巨型机器被称为对撞机,它将带我们进入宇宙大爆炸之后的一瞬间,它拥有3.7米宽的环形混凝土隧道,整个圆环周长27公里。对撞机可以让极小的粒子以接近光速的速度互相碰撞。这些碰撞可以在一瞬间产生巨大的能量,和宇宙大爆炸产生的力量十分接近。和140亿年前的情形一样,纯能量转换成了物质。这个巨型机器也需要一个与之匹配的巨型观测器来观察这些碰撞。这个观测器有五层楼高,七千多吨重,这相当于埃菲尔铁塔的重量。

不过即使像这样大的机器,也无法真正看到新产生的物质粒子,它们移动迅速不做半刻停留,机器只能记录它们的轨迹。这些粒子蕴含着巨大的能量,它们的移动速度非常快,如果想要精确记录这些粒子的轨迹,就需要非常巨大的观测器,想要得到更好的分辨率,就得用更大的观测器,这和照相机的原理一样,像素越高,图像质量越好,道理是一样的,这就像一个五层楼高的照相机。

科学家们希望它可以展现出能量转换成物质的过程,但并非任意物质,而是140亿年前时间开端时产生的物质。时间之初是宇宙能否形成的关键时刻,因为纯能量同时也产生了宇宙中最危险的物质之一:反物质。

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页面更新:2024-03-02

标签:埃菲尔铁塔   观测器   爱因斯坦   宇宙   反物质   粒子   照相机   原子   轨迹   科学家   能量   情景   物质   瞬间   机器

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