被稱為「末日機器」的超級強子對撞器,要做當世最大實驗,模擬宇宙大爆炸。據說過程中會製造出小黑洞、反物質、異形物體……終於,光速粒子射出,相撞,爆了,沒死人,卻把記者殺個人仰馬翻,混沌了三日三夜,始從太初說起!
記者:馮敏兒
攝影(模特兒):陳盛臣
Model:Eagle、TomKu
末日機器創世紀
「我從何而來?」除了《創世紀》說上帝用了7天創造世界外,還有很多傳說,例如埃及人相信蒼天是女神Nut的化身,北歐的巨神Ymir跟我們的盤古一樣,化身大地。不過到了二十世紀的下半葉,「宇宙大爆炸」基本論述已廣被接受,中大著名物理學家朱明中教授指,以前的靜態宇宙論都可說被淘汰了,但卻產生了很多新疑問,如暗物質(darkmatter)、暗能量(darkenergy)的性質,大爆炸之前發生了甚麼事等等。為了解開宇宙之謎,歐洲核子研究組織集合全球近百個國家的科學家,於法國和瑞士邊境建造了一座大型強子對撞器,模擬宇宙大爆炸,去年11月試爆,成功讓兩束粒子以接近光速相撞,科學家相信這些撞擊會短暫重演宇宙形成最初的狀態。據說宇宙大爆炸之後,被一團濃霧遮掩,所以最勁的天文望遠鏡雖還能找到大爆炸殘留的痕迹,卻無法看穿這層迷霧,藉模擬超高溫大爆炸,人類寄予厚望,欲印證物理學上的無數理論假設,但佢哋真係唔驚產生黑洞,引來世界末日嗎?!
宇宙中心在哪星座?
勁深奧啊,但卻給勁白癡的記者想到一條勁有趣的問題:既然大爆炸之後,宇宙不斷向外膨脹,遠離中心,也就應該有中心,那麼137億年前發生的大爆炸,應該發生在穹蒼之上哪一個星座?答案竟然是沒有!朱明中教授話:「宇宙大爆炸在全宇宙每一點發生,而不是只有一個特定的方位。這可能很難想像,但試想像一個均勻膨脹的氣球表面,每一點都可說是膨脹的中心,因為每一點附近都均勻脹大,但氣球表面沒有一個唯一而獨特的中心。」太空館助理館長何萬雄則把宇宙比喻為焗爐裏的提子麪包,我們就像提子包上的每一粒提子,由於「紅移」(宇宙膨脹的速度)的相等,所以個個都以為自己就是中心!
迷你小黑洞帶來世界末日?
香港天文學會教育組委員朱永鴻先生話,在強子對撞開始宣傳時,曾形容會人工製造出瞬間的迷你小黑洞,不過後來又沒再提了。難道怕引來恐慌?原來故事是這樣的,朱明中教授說:「科學家有一個猜想,就是在三維(長闊高)之外,有一個多餘維度(extradimensions)的空間存在,但這些多餘空間收縮至極細,所以我們感覺不到它們的存在。有一派理論認為,兩個粒子之間的萬有引力有一部份隱藏在多餘空間內,所以我們只能觀測到微弱的萬有引力(相比磁力)。若粒子互撞能量足夠高,距離足夠近,我們或可感受到多餘維度的空間,以及原本隱藏其中的萬有引力,即是說粒子之間的萬有引力增強,若萬有引力強到連光也不能逃走,那便產生小黑洞了。」
熱過太陽百億倍
強子對撞器據稱可產生14TeV的高能量,究竟有多熱?雖說迷你也是宇宙大爆炸嘛!朱教授指出溫度越高,氣體分子的平均能量越高。例如在溫度300℃的空氣分子的平均能量,比起0℃約大一倍。如一團粒子平均能量達到14TeV,對應的溫度約為10^17℃,即10億×1億℃,是太陽核心溫度(約1,500萬℃)的100億倍。原來所謂黑洞、反物質、量子相變都只發生在萬分一秒的瞬間。
異形反物質出世!
強子對撞另一聳人聽聞的產物叫反物質和異物質,原來宇宙初開時,正物質與反物質會成對出現,兩者質量都幾乎完全一樣,但電荷卻完全相反,反粒子最特別是當它遇上對應的粒子,可能相互毀滅,完全轉化為能量,稱為「湮滅」。但為何宇宙充斥正物質,反物質卻比例極少,正是「創世紀」大爆炸要解開的謎。
另一嚇人名字叫「異物質」,說是因為量子相變而釋出的新物質,原來異物質是指其中一個理論上可能存在的物質態,指粒子帶有奇異夸克(strangequarks),(中子、質子都屬於強子一類,都是由已知最基本的單元「夸克」組成的)。朱教授說,「我們熟悉的物質一般都是在相對低溫度的狀態,所謂相變(phasetransition)其實是如同水變蒸氣。物理學家很多年前已預測當物質的溫度達到約10,000億℃,應有一個相變,奇異夸克的質量很大,須有強子對撞後釋放的高能量才能製造出來。還有很多物理學基本理論中假設存在的粒子,若能找出就能進一步理解物質的起源,但若被否證,卻可能動搖很多物理學的基礎,影響深遠!」
迷你宇宙大爆炸小報告
迷你宇宙大爆炸試爆成功,何時才有報告?朱教授話,強子對撞暫時只用較低的能量(約5TeV)的對撞,要慢慢才會調高至最高的14TeV能量,且要對撞很多次才有足夠多數據,達至可信結論,希望一兩年內會有。
香港太空館最新天象節目,首次介紹「大型強子對撞器」和現今探索宇宙中最新最奇異的方法,從目前最先進的「甚大望遠鏡」,到即將於2014年升空的JamesWebb太空望遠鏡。
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