科学家能重现大爆炸吗?

由:乔纳森·斯特里克兰

构建大型强子对撞机
构建大型强子对撞机
法布里斯Coffrini /法新社/盖蒂图片社

根据大爆炸理论在美国,数十亿年前,整个宇宙的体积为零,密度为无穷大。然后,这个区域扩大了,在不到一秒钟的时间里扩大了数百倍。在那些最初的时刻,宇宙充满了能量,其中大部分以高热的形式存在。随着宇宙的增长和冷却,其中一些能量转化为物质。

当我们谈论物质的组成部分时,我们通常集中在原子.原子由一个它包含至少一个带正电的亚原子粒子,称为质子.原子核也可能包含一个或多个中性带电粒子,称为中子.带负电荷的粒子称为电子围绕着原子核,在原子核的范围内快速移动能级.

广告

但在大爆炸的最初阶段,原子无法形成。宇宙密度太大,太热。事实上,在大爆炸的第一秒的最初时刻,甚至连质子和中子都无法形成。大爆炸理论学家认为宇宙中充满了亚原子粒子之类的中微子,没有质量的粒子,或者夸克这些基本粒子结合在一起,形成更大的粒子,如质子或中子。

科学家们把把夸克凝聚在一起形成更大粒子的力称为强大的核力量. 它非常强,在正常情况下,我们根本无法观察到夸克。那是因为夸克紧密地结合在一起,我们不能轻易地把它们分开。多年来,夸克存在的唯一证据来自宇宙运行的数学模型。这些模型需要夸克等粒子的存在才有意义。

今天,科学家们已经成功地将质子和中子等粒子分解成夸克和中子胶子——没有质量的粒子,它们在夸克之间传递作用力。夸克和胶子在衰变前只会分离几分之一秒,但这足够让科学家用强大的设备观察它们了。

科学家是如何做到的,他们真的在重现大爆炸吗?请继续阅读,找出答案。

广告

实验室里的大爆炸

费米国家加速器实验室鸟瞰图
费米国家加速器实验室鸟瞰图

亚原子粒子研究的世界是自相矛盾的。科学家们使用世界上最大的机器来研究我们所知道的一些最小的粒子。他们使用的设备非常复杂和精确,但他们几乎依赖于暴力的方法。这些方法和设备让科学家们能够瞥见早期的情况宇宙可能看起来像。

科学家们观察组成亚原子粒子(如质子和中子)的微小物质粒子的方式既优雅又原始。他们将亚原子粒子相互猛烈地粉碎,然后观察剩下的碎片。要做到这一点,他们必须使用一种叫做粒子加速器.

广告

粒子加速器向彼此发射像质子一样的亚原子粒子束。有些加速器是圆形的,而有些则是线性的。它们可以非常大——圆形加速器直径可达几英里。加速器使用的是磁铁使质子束在微小的管道中加速。一旦质子束达到一定的速度,加速器就会引导它们进入碰撞轨道。当粒子碰撞时,它们会分裂成它们的组成部分——比如夸克。

这些亚原子粒子在几分之一秒内就会衰变。只有使用强大的计算机,科学家们才有希望发现夸克的存在。2006年,加州大学河滨分校的一个科学家小组报告说检测到一种顶夸克,六种夸克中质量最大的。研究小组使用了一种粒子加速器,使质子和原子发生碰撞反质子.他们在夸克已经衰变后检测到它的存在。衰变过程留下了一个可识别的电子签名[来源:Riverside加利福尼亚大学].

这是否意味着科学家可以重现大爆炸?不完全如此。相反,科学家希望他们能够模拟宇宙最早时刻的状态。这涉及到创造一个物质和能量的炽热、稠密区域。通过研究这些条件,科学家可能能够了解更多关于我们的宇宙是如何发展的。但他们无法重现我们称之为大爆炸的快速膨胀时期。

至少,还没有。

要了解更多关于大爆炸和其他科学理论的知识,请看下一页的链接。

广告

更多信息

相关文章

更多伟大的链接

  • “大爆炸理论——概述”,关于科学。http://www.big-bang-theory.com/
  • 斯蒂芬·霍金:《时间简史》,班塔姆出版社,1998年,纽约。
  • NMSU研究人员帮助重建大爆炸环境〉,新墨西哥州立大学,2005年5月9日。http://www.nmsu.edu/~ucomm/Releases/2005/may/phenix.htm
  • 夸克〉,超物理,乔治亚州立大学。http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/Particles/quark.html
  • 尼伯海,斯蒂芬妮。“物理学家创造‘大爆炸’条件。”Space.com。2000年2月9日。http://www.space.com/scienceastronomy/generalscience/physicists_bigbang_000209_wg.html
  • 皮塔瓦拉,伊克巴尔。UCR领导的研究小组检测“夸克”,它是物质的基本组成部分。“加利福尼亚大学,河滨。2006年12月13日。http://www.newsroom.ucr.edu/cgi-bin/display.cgi?id=1477
  • Shestople,保罗。《大爆炸宇宙学底漆》,加利福尼亚大学,伯克利。1997年12月24日。http://cosmology.berkeley.edu/Education/IUP/Big_Bang_Primer.html
  • 斯穆特乔治F。《强大的核力量》(The Strong Nuclear Force)。斯穆特集团。http://aether.lbl.gov/elements/stellar/strong/strong.html
  • 《宇宙101:生活大爆炸》美国国家航空航天局。http://map.gsfc.nasa.gov/universe/bb_theory.html
  • 维斯,P。熔化的原子核再现了大爆炸的肉汤——夸克胶子等离子体科学新闻。2000年2月19日。http://findarticles.com/p/articles/mi_m1200/is_8_157/ai_60115120
  • 赖特,爱德华·L。“宇宙学教程”。2008年6月2日取回。最后修改于2008年5月27日。http://www.astro.ucla.edu/~wright/cosmolog.htm

广告

加载……