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現實中科學家如何模擬宇宙爆炸後百萬分之一秒時的情景?

早期的宇宙有著極高溫度,這賦予了亞原子粒子極大的能量,它們迅速出現又瞬間消失。它們以不可思議的速度四散漂移,當時的宇宙混亂而無序。這和趕火車的人群很相似,在人們匆忙地趕火車時,他們可以移動的相當快,不過最終還是會平靜下來,就像早期宇宙的狀態一樣,當時的粒子飛速四處移動,而隨著宇宙逐漸冷卻下來,粒子移動也逐漸減緩,而且變得更有規律。

而隨著宇宙逐漸冷卻,粒子不再向能量轉換。宇宙中的亞原子粒子逐漸增多,但溫度仍然很高,很不穩定。一切都在極短的瞬間發生,宇宙現在面臨著生存與毀滅的關鍵時刻。一場物質與反物質之間的大戰即將打響。

宇宙萬物由物質組成,無論是小小的石頭還是巨大的恆星,所有的物質都是由大爆炸之前的純能量產生的。愛因斯坦質能方程說明能量會轉化成物質,在當時這只是一個理論,而現在的科學已經可以驗證這個理論了。

位於瑞士的歐洲核子研究中心,猶如一座城市般大小的機器專門用於模擬大爆炸之後幾百萬分之一秒的情況。想要觀測的計量部門越小,我們需要的機器就越大,因為實在沒有其他更好的方法,巨型機器意味著更精細的物理學研究,意味著回到時間之初,也意味著我們越來越接近宇宙的起源了。

這個巨型機器被稱為對撞機,它將帶我們進入宇宙大爆炸之後的一瞬間,它擁有3.7米寬的環形混凝土隧道,整個圓環周長27公里。對撞機可以讓極小的粒子以接近光速的速度互相碰撞。這些碰撞可以在一瞬間產生巨大的能量,和宇宙大爆炸產生的力量十分接近。和140億年前的情形一樣,純能量轉換成了物質。這個巨型機器也需要一個與之匹配的巨型觀測器來觀察這些碰撞。這個觀測器有五層樓高,七千多噸重,這相當於埃菲爾鐵塔的重量。

不過即使像這樣大的機器,也無法真正看到新產生的物質粒子,它們移動迅速不做半刻停留,機器只能記錄它們的軌跡。這些粒子蘊含著巨大的能量,它們的移動速度非常快,如果想要精確記錄這些粒子的軌跡,就需要非常巨大的觀測器,想要得到更好的解析度,就得用更大的觀測器,這和照相機的原理一樣,像素越高,影像品質越好,道理是一樣的,這就像一個五層樓高的照相機。

科學家們希望它可以展現出能量轉換成物質的過程,但並非任意物質,而是140億年前時間開端時產生的物質。時間之初是宇宙能否形成的關鍵時刻,因為純能量同時也產生了宇宙中最危險的物質之一:反物質。

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