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电子对撞机有什么用,对撞机有什么危险

来源:整理 时间:2022-03-27 12:13:11 编辑:科技知识 手机版

大型强子对撞机真的能将粒子加速到接近光速吗?有何意义?

电子对撞机有什么用,对撞机有什么危险

可以接近光速,但是无法到达光速。其意义主要在于基础物理的研究。关于大型强子对撞机的情况我们可以参考欧洲大型强子对撞机,它是目前世界上能量最大的粒子加速器,可以为质子提供7兆兆电子伏特的能量,质子在加速环中的速度可以达到光速的99.9999991%,一秒钟绕周长为27公里的加速器转11245圈,虽然看似这个速度只和光速差0.0000009%,但是这个微小的差距确实一个永远无法逾越的鸿沟,根据爱因斯坦的相对论我们知道,任何有静止质量的物质都是无法达到光速的,质子虽然微小,但是它也是有静止质量的,大约为1.6726231 × 10^-27 kg。

当质子的速度达到99.9999991%光速时,其质量会有一定的增加,我们可以通过狭义相对论的质速关系公式简单计算一下,在达到99.9999991%光速时质子的质量大约是1.246682234666× 10^-19kg,这已经增加了8个数量级,但是若要再将速度提高0.0000009%倍光速,哪怕整个宇宙的能量都加上也是不够用的。

什么需要如此快的速度呢?这其实也是建造对撞机的意义。对撞机可以将两束质子分别加速到7万亿电子伏特的极高能量状态,使其对撞能量达到14万亿电子伏特,这种极高的能量密度状态和宇宙大爆炸之初的状态非常相似,质子在这种速度下碰撞会“粉身碎骨”,更微观的结构与物质可以呈现在科学家面前,通过研究这个过程科学家可以了解宇宙与物质的本质问题,包括质量的本质、暗物质、宇宙起源、反物质、额外维度等问题。

你是否支持建设拟议中的大型强子对撞机?充分理由是什么?

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支持杨振宁教授的观点。个人感觉王贻芳有私心。杨教授说的不是不能建大型对撞机,只是事情要分个轻重缓急,大型对撞机很可能在几十年内都没有什么成果。我们国家在高端芯片,航空发动机,高精密机床,半导体,量子计算机,生命科学等等许多基础科学领域都需要用钱。科研经费在一定时间相对的也是一定的。大型对撞机占用的科研经费多了其他科学领域的费用相对就少了。

危险黑洞无处不在,大型强子对撞机想要制造的黑洞,会威胁地球吗?

电子对撞机有什么用,对撞机有什么危险

危险黑洞无处不在,大型强子对撞机想要制造的黑洞,会威胁地球吗?黑洞是科学家们通过间接观测的方法证实存在的一种特殊天体,它以其强大的引力、巨大的吞噬能力、无处不在和难以直接观测的神秘特性,一直以来受到广大科学工作者和天文爱好者的青睐,而关于黑洞的研究,对于人们深入进行深空探测、掌握天体形成和演化规律具有重要的意义。

黑洞的形成在大尺度的宇宙空间背景下,关于黑洞的形成,现在的主流观点认为,是与恒星的固有质量以及发展演化密不可分的。这里有两个质量极限区间,决定着大质量恒星最终的归宿。第一是钱德拉塞卡极限,相当于1.4个太阳质量。当恒星的质量超过这个极限时,在其演化的末期,由于内部物质在核聚变过程中的消耗量逐渐加大,内聚力相应减弱,而向外的辐射压力仍大于来自内核的引力作用,所以恒星表面向外层持续膨胀,温度逐渐降低,逐渐形成红超巨星。

而红超巨星内部仍然进行着核聚变反应,不过强度仍然在缓慢地下降,当向外的辐射压力不能抵抗来自内核的引力作用时,恒星将会发生塌缩。而在巨大的重力作用下,组成恒星物质的电子之间的相互斥力-电子简并压不能支撑这种巨大的压力,那么,原子核外的电子将会被压进原子核的内部,与质子结合形成中子,于是形成中子星。第二是奥本海默极限,相当于3.2个太阳质量。

当恒星的质量超过这个极限时,在其演化的末期,其由于自身质量非常巨大的原因,恒星自身重力所引发的向内压力非常巨大,就连被压进原子核内形成的中子,相互之间的斥力也无法抵抗这个巨大的压力,塌缩就会无限制地向核心进行下去,中子于是在这种无比巨大的压缩力作用下被压得粉碎,最终产生了体积无限小、密度无限大的黑洞。

微型黑洞是否存在刚才我们分析的是宇宙中可以被间接观测到的大型黑洞的形成过程。但是,天体物理学家们在进行宇宙天体基本特征和运行规律时发现,按照万有引力定律,人们计算出来的恒星质量,也就是引力质量,与通过一个星系中恒星数量计算出来的光度质量之间,存在着一定的差异,即使反复修正运行模型和校正模拟参数,这两个质量之间似乎总是存在着一个无法逾越的鸿沟。

于是科学家们提出了“微型黑洞”的猜想,主要观点就是随着宇宙大爆炸的进行,可能存在着许多能量密度非常大的微小区域,足以克服宇宙向外的膨胀力,当这个微小区域的能量密度比周围区域明显高出许多时(68%以上),就会发生剧烈的塌缩现象,从而形成一个质量和密度非常大的奇点,成为“微型黑洞”的中心。而关于微型黑洞是否存在,科学家们已经从理论上进行了证实。

但是,在宇宙膨胀到如今的阶段,人们在可观测到宇宙之内,通过大尺度的宇宙背景温度的观测和分析,并没有发现剧烈的温度波动情况的发生,而区域能量密度的高低,会直接影响着微波辐射过程中的温度波动,因此,通过观测分析,并没有发现微型黑洞存在的证据,也就是说在现有的宇宙膨胀尺度效应下,自然状态形成微型黑洞缺乏存在的基础。

大型强子对撞机可以制造出黑洞吗为了寻找现实世界中新的粒子以及微观下的量化粒子,人们制造了可以对质子进行强加速的设备,其主要原理是利用强磁场,将两速高速粒子流进行对撞,在高速对撞过程中将质子进行粉碎,可能会形成新的微观粒子,而这些微观新粒子很难进行直接观测,于是科学家们根据反应过程,研究得出最终的末态稳定粒子的分布图,继而根据这个末态稳定粒子的分布状况,来反推中间发生的物理变化过程,如果有中间态的新粒子在反应中发生,那么就会体现到粒子的分布图上,形成一个“共振峰”,科学家们根据这个共振峰的形态推导出新粒子的质量和寿命周期。

通过大型强子对撞机,科学家们先后捕捉到了夸克、W色子、Z色子和希格斯玻色子,进一步丰富了物理学的标准模型。正是由于在大型强子对撞机实验中,能够形成世大的能量密度集中的微小区域,因此或许可以引发周围微小区域的空间塌缩,形成一种类似黑洞性质的“微型黑洞”,但是这个黑洞不可能会产生宏观宇宙意义上的黑洞,因为无论是从质量还是从能量上看,大型强子对撞击机还远远达不到要求。

根据科学家们的测算,如果要形成宏观意义上的黑洞,所需要的能量要比输入大型强子对撞击机的能量总和还要高出几十亿倍。退一万步讲,假如真的通过大型强子对撞击机可以制造出微观粒子级别的微型黑洞,那么对地球和人体也是没有任何影响的。主要原因有两个方面:一是黑洞的引力密度问题。黑洞之所以能够吞噬周围靠近的任何物质,表面上看是因为它的强大引力,但是实质上应该是引力密度。

而一个微观粒子级别的微型黑洞,其视界直径只能是纳米级别甚至还要低许多个数量级,虽然有较大的引力,但是在巨大的空间曲率条件下,人体的微观结构根本不会改变。二是黑洞的蒸发问题。按照霍金的理论,对于黑洞来说,量子空间会被其周围强引力场所极化,黑洞有很强的倾向去捕获反粒子,而在吞噬反粒子的过程中,正粒子会发生能量跃迁,可能使一部分粒子的运动距离大于视界半径,从而挣脱黑洞引力的束缚,于是黑洞损失了能量,也相应损失了质量。

这其实是一种形象化的设定,通过黑洞蒸发也就是辐射出去的物质,应该是光子而不是粒子,但是黑洞的质量随着蒸发的进行会发生亏损这已经是不争的事实。研究表明,越是质量小的黑洞,其温度越高,能量和质量损失速率就快。总结一下即使大型强子对撞机制造出微型黑洞,由于其质量非常小,其“蒸发”的时间也是非常短暂的,根据计算公式T=(520π*G^2 *M^3)/(h*C^4 )可以看出,这个时间与黑洞质量的立方呈正比。

有谁可以简单明白的解释一下大对撞机是什么?对我国或民众有什么实际的用处?

电子对撞机有什么用,对撞机有什么危险

我算半个物理出身的人,我来讲讲这一场有史以来或许是最大争议的——大型对撞机的前世今生吧。大型对撞机到底为了啥?大型对撞机研究的东西,那是科技的最前沿,何为前沿科技呢?我简单的总结一下,往小了说,就是玩粒子;往远了说,玩望远镜;往人身上扯,那就是基因工程。今天我们只聊玩粒子的那一帮人马。首先大家得认识狄拉克,这个大佬打开了量子场论的大门,代表做《量子力学基本原理》,听书名你就知道他霸气。

他一手创立了——高能粒子物理学。通俗的讲,搞的就是“粒子到底是什么玩意儿”这个命题。一般同学有疑问了,粒子就粒子呗,为啥叫高能?这里面有门道,在微观领域,“看”这个词是没有意义的。科学家都很黄很暴力,集中一个手段:狠狠地撞!这就需要很高的能量!所以称为——“高能”。其实,换个意思,就是很烧钱。粒子对撞机是高能物理的阅卷老师这么多年下来,对于基础科学,特别是物质的终极研究以及宇宙的终极研究工作,很多人都给出了相当精彩的答案,其中就有我们大家很熟悉的——杨振宁为代表的标准粒子模型;还有大家不怎么熟悉的——以丘成桐、王贻芳为代表隔壁老王的超弦理论。

学术有分歧很正常,大家都自信自己的答案是对的,那怎么办?这时候就要请出阅卷老师来打分咯。高能物理检验的标准,目前的手段就一个字——撞,那就让阅卷老师老师——粒子对撞机——撞给你看吧。按照现在公布的结果,以欧洲LHC为例,当对撞机能量为10亿ev时,验证了老杨的理论;无法验证老王们的理论。老王们就说,再造一台十倍能量的对撞机,超弦理论就能验证。

当对撞机能量为100亿ev时,验证了老杨的理论;无法验证老王们的理论。老王们又说,再造一台十倍能量的对撞机,超弦理论就能验证。……然后,一直造到了10万亿ev,LHC撞出了希格斯粒子,把标准粒子模型最后一块拼图补上!老杨的理论越发稳固!但依然无法验证老王们的理论。老王们说,再造超超超大型对撞机!欧洲没钱烧了是吧,中国接力!于是就有了现在大家网上沸沸扬扬的争论啦。

补充一个知识点,1ev的能量可类比为宏观世界的1万摄氏度,再往后提高能量,你说难度系数有多高。当然,只要你有钱,当然可以为所欲为的。大型对撞机与应用科技大型对撞机的实验重要吗?当然重要!里面的成果可是分分钟诺贝尔奖级别的成就,是得写进教科书的东西!写进教科书的东西你说没用?显然答案是否定的,本猫当然支持进行高能物理研究,大型对撞机当然需要上。

可是大型对撞机能够给现在的中国带来什么实际利益吗?那是没有的。因为基础科学根本不是应用科技,同学们口中说的芯片、大飞机、发动机、5G通讯,那是实实在在的有专利的应用科技,是能换来金钱和产生实际财富的。但基础科技研究不能被独吞啊,你见过美国收取相对论版权税吗?核电站发电需要给爱因斯坦或者美国打钱吗?所以,现阶段的中国,有没有这个实力,烧钱为全人类做贡献,而且是烧今后二十年科研经费总和的水平,我认为是不妥的!结语我反对现在马上上马这个工程,但我支持科学应该进步,美国欧盟继续引领基础科学不是更好吗?我们还是给孩子们添份暖暖的午餐,早餐添一瓶牛奶实际。

关于中国将建的大型粒子对撞机,杨振宁教授反对并提出7项理由,你有什么看法?

很多人都只看到了对撞机对科研和未来国力增长的可能有益作用,但是忽略了其潜在风险。杨振宁的理由已经说的很透彻了,投入是一个无底洞,而且在建设周期内不能中断,否则还没开始就已经前功尽弃了。另一个风险就是所有前沿研究都包含着巨大的风险,越接近宇宙本源越危险。而人类不仅对风险缺少防控措施也没有这种意识,对撞机一旦发生科研事故,可能引起的不仅仅是财产损失,一旦触动了链式反应,地球都将不复存在。

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