九大物理实验怪物有哪些？
九大物理实验怪物有哪些？
人们用9台无与伦比的机器来进行一项令人难以置信的任务：揭开宇宙的秘密。可以想象，它们每一台都有点特别，但是当第一次看到这样的庞然大物时，你仍会因为意外而惊叹。仅仅用“大”已经无法准确地形容它们。它们使用成千上万个从世界各地运来的零部件组装而成的，其复杂程度让人叹为观止。现在就带你参观世界上最大的一些物理实验，并为它们的成功打赌。
(一) 地球模拟器
它是什么? 它是世界上最快的超级计算机。
规模：地球模拟器占有4个网球场的面积，使用5000多个计算机处理器，它们用总长2800公里的电缆相连接。
位置：日本横滨地球科学研究所。
它有什么用途? 模拟复杂的物理系统。地球模拟器的主要工作是建立世界上最详细的地球气候模型。它通过不断运行一个巨大的模拟地球天气和气候的数字模型，来计算海洋和大气之间的相互作用。地球模拟器甚至能预测未来50年的气候变化。这台超级计算机还能模拟地震、地心动态和地磁常除了地球科学，物理学家还用它预测新材料的特性、了解亚原子粒子之间的相互作用和模拟火箭发动机内燃料的流动。
它为什么这么大? 它需要处理世界各地数以千计的地面和海洋监测站以及气象卫星发送的信号。地球模拟器最近对大气的模拟是用可覆盖10平方公里面积的像素计算出来的。
谁在为它工作？来自6个国家的700名研究人员。
现状：地球模拟器2002年4月启动，计算速度达到每秒35.6万亿次，这是先前纪录保持者的5倍。两年以来，它仍然遥遥领先于距其最近的竞争者——加利福尼亚州劳伦斯一利弗莫尔国家实验室的Thunder超级计算机。
成本：大约4.3亿美元。
后继者：位于美国田纳西州的橡树岭国家实验室计划在2007年之前建造一座每秒能进行50万亿次计算的超级计算机。
(二) “卡西尼——惠更斯”号探测器
它是什么?正在运行的最大的行星研究太空船。
规模：“卡西尼”号有6.7米高，4米宽。包括燃料在内有5.7吨重。大约是一头成年雄性非洲象的重量。
位置：运行在环土星轨道上。
它有什么用途? 揭开土星之谜。“卡西尼——惠更斯”号将用4年的时间环绕土星运行。在这段时期内，它将研究土星的大气和磁场，以及它著名的光环和冰封的卫星。
到了圣诞节，“卡西尼”号将向土星最大的卫星——土卫六释放锅状“惠更斯”号探测器。土卫六的表面被厚厚的云层所覆盖，因此天文学家仍然无法确定“惠更斯”号探测器是着陆在冰面上，还是溅落在烃油海洋中。但他们知道，土卫六的大气富含氦气和甲烷，这同40亿年前生命进化之前的地球大气构成相似。
它为什么这么大? 除了“惠更斯”号探测器以外，“卡西尼”号还携带了18个科学仪器，用来拍摄土星图片，绘制土星地图和对土星进行分析。1997年发射的“卡西尼”号宇宙飞船是所有发射过的行星探测飞船中设备配置最好的一个。不过，它的发射重量中超过50％是燃料的重量。它要用这些燃料走过35亿公里的旅程，经由金星（两次）、地球和木星到达土星。
谁在为它工作? 来自17个国家的260位行星科学家。
现状：“卡西尼”号于7月1日到达土星，“惠更斯”号探测器计划于2005年1月到达土卫六表面。
成本：32.7亿美元。
后继者：美国航天局希望发射木星存冰卫星轨道器(JIMO)，最早在2012年探索覆盖着冰的木卫二、木卫三和木卫四。JIMO将成为美国航天局设计的最大的宇宙飞船，重达20吨。
博彩公司说：立博公司为2010年前在土卫六上发现智慧生物提供的赔率是1赔10000。
(三) 联合欧洲环(JET)
它是什么? 世界上最大的聚变反应堆。
规模：它环状的反应堆镶嵌在一个直径15米、大约20米高的容器内。
位置：位于英国牛津郡的卡勒姆科学中心。
它有什么用途? 模拟赋予太阳能量的聚变过程。其背后的想法十分简单：将氢同位素的混合体加热到l亿度，使原子核发生聚变反应，产生氦原子，中子和大量的能量。
将燃料加热到能够导致聚变反应的温度并保持这个温度是极度困难的。JET的科研小组将0.１克冷的氢燃料喷入反应堆，并用无线电波、电流和粒子束产生的冲击波来加热。氢原子很快甩掉了它们的电子，产生热得足以使原子核发生聚变的离子和电子的等离子体。
JET利用了一个事实:磁场会使带电粒子发生偏转。螺旋形强磁场会防止等离子体撞到反应堆内壁上。如果等离子体撞到反应堆内壁上，会冷却下来，从而使聚变反应无法进行。
为什么这么大?大型机器更能够保留热量。将等离子体同较冷的反应堆内壁隔绝是维持聚变反应的关键。同较小的机器相比，在大型机器中，热量散逸的时间较长。
谁在为它工作?来自20个国家的600名研究人员。
现状：该反应堆保持着聚变产生能量的世界纪录。但是在首次进行聚变反应13年之后，JET仍没有达到一个临界点——产出能量等于加热等离子体所需要的能量。
成本：今年要重建JET将耗资大约12亿美元。
后继者：国际上的聚变反应研究人员希望建设一个叫做“国际热核聚变反应堆”(ITER)的反应堆，它的体积将是JET的6倍。如果一切顺利，它将成为世界上最大的聚变反应堆。
博彩公司说：立博公司估计,2010年前建设一个聚变核电站的赔率是1赔100。
| (四) 美国国家点火装置(NIF) |
它是什么? 世界上最大的激光器。
规模：NIF长215米，宽120米，大约同古罗马圆形竞技场一样大。
位置：位于美国加利福尼亚州劳伦斯-利弗莫尔国家实验室。
它有什么用途? 模拟同太阳和其他恒星内部相似的条件。太阳的内核非常热，并处于巨大压力之下，这使氢原子核发生聚变形成氦核，并释放能量。NIF的研究者希望，他们的激光器能用地球上的重氢原子做同样的事，以前，激光被用来引发聚变反应，但NIF的目标是成为第一个突破平衡点的设施，即激光在聚变反应中产生的能量大于它们所消耗的能量。
为此，NIF将192条激光束集中于一个花生米大小的，装有重氢燃料的目标上。每束激光发射出持续大约十亿分之三秒、蕴涵180万焦耳能量的脉冲紫外光——这些能量是美国所有电站产生的电能的500倍还多。当这些脉冲撞击到目标反应室上，它们将产生x光。这些X光会集中于位于反应室中心装满重氢燃料的一个塑料封壳上。NIF研究小组估计，X光将把燃料加热到一亿度，并施加足够的压力使重氢核发生聚变反应。释放的能量将是输入能量的15倍还多。
但是，人们希望NIF做更多工作。它的激光还能够模拟中子星、行星内核，超新星和核武器中存在的巨大压力、灼热高温和庞大磁常加利福尼亚州将成为物理学家检验他们有关宇宙中最极端情况的理论的地方。
为什么这么大? 因为它需要强大的热量和压力使聚变得以进行。在NIF，研究人员将一束激光转变为192束单独的激光，其总能量增加到原来能量的3000万亿倍。这是因为激光在镜面之间来回反射，并通过3000块磷酸盐玻璃，其中的钕原子会使激光束扩大。
谁在为它工作? 利弗莫尔有850名科学家和工程师。另外大约有100名物理学家在那里设计实验。
现状：192束激光中有4束已经工作了18个月。并已经发射出世界上最强的激光。NIF的工程自1994年开工以来延期了很多次，但它最终的目标是2010年实现聚变反应，并达到平衡点。
成本：建造和运行花费35亿美元。
后继者：NIF的问题是它的激光每几小时只能发射一次。但有一个被称为墨丘利(Mercury)激光的方案已经在计划中。它不一定比NIF更大，它的目标是每秒钟发射10次脉冲。
| (五) 激光干涉仪引力波观测台(LIG0) |
它是什么? 世界最长的引力波探测器。
规模：LIGO每一个L形的探测器都有4公里长的探测臂。
位置：LIGO由两个探测器组成，一个在路易斯安那州的利文斯敦，另一个在3000公里外华盛顿州的汉弗德。
它有什么用途? 寻找通过地球的引力波。爱因斯坦广义相对论预测黑洞碰撞或超巨星发生内爆会使时空结构发生扰动。但还没有人直接观察到这些引力波。
LIGO的科学家希望改变这种状况，并揭示宇宙形成的剧烈过程。LIGO的每一个探测器都在搜寻引力波通过时造成的微小的时空位移。
为了达到这一目的，LIGO研究小组让激光束在镜面之间来回反射。镜面悬挂在—个L形真空管的两端和交叉处。光束在探测器两根4公里长的探测臂的交汇处汇合。激光在这里通过干涉产生有明暗条纹的光带。如果引力波的通过使探测臂的长度发生改变，那么这些光带也会发生变化。随着引力波的通过，周围的空间发生畸变，造成L形探测器的一条探测臂伸长，另一条缩短。
为什么这么大? 因为时空中的波纹非常微弱。引力波将时空身长或压缩极微小的幅度。因此LIGO的探测臂必须要相当长，才可能探测到引力波。即使探测器有4公里长，LIGO研究小组在探测器里寻找的变化只有不到10-18米。这相当于在地球与木星之间测量一个原子的宽度。LIGO的两个探测器相隔3000公里，研究人员希望这样能剔除任何错误的信号。LIGO的两个探测器同时经历某条引力波经过时引起的同等的时空畸变，而地球的震动，过往火车和飞机的隆隆声，以及雷暴等每次只会影响一个探测器。
谁在为它工作? 来自7个国家的至少400名科学家。
现状：LIGO从2002年开始寻找引力波，迄今为止还没有任何发现。
成本：除去运行费用，造价为2.92亿美元。
后继者：同下一个雄心勃勃的计划相比，LIGO是无足轻重的。物理学家希望在太空安置一个巨大的引力波探测器，它的探测臂将会长很多，而且它将不受地面震动的干扰。如果一切按计划进行，美国航天局和欧洲航天局将在2012年发射LISA引力波探测器。LISA将使激光束在3个相距500万公里，呈三角形结构飞行的空间飞行器之间反射。因为LISA的探测臂要比LIGO长很多，它将能够找到更多的引力波源，并且或许能发现大爆炸之后产生的原始波纹。
博彩公司说：立博公司对2010年前LIGO探测到引力波提供的赔率是1赔500。
(六) 皮埃尔·奥格天文台(PIERRE AUGER OBSERVATORY)
它是什么? 世界上最大的宇宙射线探测器。
规模：该探测器占据3000平方公里的地区。这大约是香港面积的3倍。
位置：阿根廷的门多萨。
它有什么用途? 解开宇宙射线来源之谜。一直以来都有来自外太空的高能粒子冲击地球，但是没有人确定这些宇宙射线来自何方，或者是什么使它们达到1020电子伏的能量。这相当于一个网球以几乎85公里的时速迅速移动所拥有的能量。
为了找到答案，奥格观测台对宇宙射线撞击地球高空大气层的分子而形成的粒子雨进行了研究。每一次撞击都足以使一个分子化为无数碎片，而每一个碎片又会撞击其他分子。这会形成大面积瀑布一样的粒子雨落到地球上。
奥格观测台正在寻找能说明问题的信号。在晴朗、黑暗的夜晚，有24架大型望远镜在寻找宇宙射线撞击大气中氮分子而发出的微弱的蓝光。另外，它的1600个探测箱遍布于阿根廷大草原，每一个都装了12吨水。它们能捕捉粒子雨中的带电粒子快速通过探测箱时发出的闪光。奥格研究小组将来自许多探测箱的信息综合起来，就能找到原始宇宙射线的方向并确定原始宇宙射线来自何方。
研究者还希望确定，能量超过1020电子伏的射线是否能从遥远的星系到达地球。爱因斯坦的狭义相对论认为它们不能，因为它们会在途中同大爆炸剩余的微波辐射物相互作用而丧失大部分能量，然而有些实验报告称发现了1020电子伏能量界限的宇宙射线，而我们的星系中没有它们的明显来源。这些报告数量极少，但是如果奥格能够确证这些粒于来自于遥远的宇宙深处，那么这意味着要重新思考爱因斯坦的狭义相对论。
为什么这么大? 这是由高能宇宙射线的规模和罕见性决定的。一条1020电子伏的宇宙射线能导致10到20平方公里范围内1000亿个粒子的“雪崩”。但是这种超高能宇宙射线非常稀少。例如，研究者用一个测量l平方公里范围的探测器在一个世纪内只能有望捕捉到一条超高能宇宙射线。但在大面积覆盖的情况下，奥格每年能够捕捉到30个超高能粒子。
谁在为它工作?来自15个国家的350位物理学家和工程师。
现状：已经捕捉到一些射线。自1月份以来，奥格的1600个探测器中有四分之一已完成并投人使用，其余将在2006年初完成。
奥格研究小组甚至已经发现了一些超高能宇宙射线。不过，研究者们在充分了解探测器的能力之前将保持沉默。
成本：4700万美元。
后继者：研究人员希望在美国犹他州或科罗拉多州建立一个相同的观测台。这样他们就可以研究从北半球能看到的星系发出的宇宙射线了。
博彩公司说：立博公司估计物理学家在2010年前了解宇宙射线来源的赔率是l赔4。
（To be continued）