北京时间12月17日音讯,据国外新闻媒体报道,1900年,闻名物理学家开尔文勋爵在英国科学促进会上声称:“物理学界现已不会再有什么新发现了。”但这么说几乎大错特错。在接下来的一个世纪里,物理学发作了颠覆性的改动,很多理论和试验发现完全改变了咱们对世界的了解、以及对地球在世界中所在位置的认知。
而21世纪或许也会如此,世界仍有许多疑团没有揭开,而在接下来的50年里,新技术将协助咱们不断破解这些谜题。
第一个谜题涉及到咱们存在的根底。据物理学家估测,世界大爆炸在发作构成咱们的这些物质的一起,也生成了相同数量的反物质。大多数物质粒子都有对应的反物质“孪生兄弟”,两者特性完全相同,唯有所带电荷相反。物质与反物质一旦相遇,就会在瞬间湮灭,两边的能量都会在这一过程中转化为光能。
但现在的世界几乎完全是由一般物质构成的,那些反物质终究去哪儿了呢?
与未来的新式对撞机比较,大型强子对撞机几乎何足挂齿。
大型强子对撞机(LHC)现已为咱们供给了一些思路。这台机器会让质子以无法幻想的高速相撞,发作较重的物质与反物质粒子,而这些粒子随后又会衰变成更轻的粒子,其间有些便或许是咱们从未发现过的新粒子。
这些试验显现,物质与反物质衰变的速度略有不同,这或许能在某些特定的程度上解说咱们在自然界中调查到的不对称性。
问题在于,物理学家习气与准确的数据打交道,但在大型强子对撞机中打开的试验却像用网球拍打乒乓球相同,很难准确操控试验走向。质子由各类较小粒子构成,当质子彼此碰击时,内部粒子便会四处喷撒出去,大幅度提升在一大堆碎片中发现新粒子的难度。这样一来,科学家就很难准确测定这些粒子的特性、借此寻觅揭开反物质失踪之谜的头绪。
但在接下来几十年里,三台新的对撞机将协助咱们扭转局势,其间最重要的一台名叫未来环形对撞机(FCC)。该设备是一条坐落日内瓦周边的环形地道,长约100公里,而大型强子对撞机的27公里地道将成为这台新对撞机的一条滑道,不过,在未来环形对撞机中彼此磕碰的将不是质子,而是电子和它的反粒子——“正电子”,而且磕碰速度远比大型强子对撞机快得多。
不同于质子,电子与正电子是不可分割的,因而咱们很清楚终究有哪些粒子参加了磕碰,咱们还可以调整两者相撞的能量级,借此创造出特定的反物质粒子,并对它们的性质进行准确测定,特别是它们衰变的方法。
这些研讨将揭开全新的物理学本相。或许反物质的失踪与暗物质有关(暗物质占到了全世界物质的85%,但科学家现在还从未勘探到过这类粒子),而无从寻觅的反物质与无处不在的暗物质或许又与世界发作大爆炸时的状况有关,因而这些试验将带咱们溯源追根、深化探究咱们的来源。
咱们不或许预测到这些对撞机试验揭穿的本相会怎么改动咱们的日子,但咱们上一次用“超强放大镜”调查这样一个世界时,咱们发现了亚原子粒子和量子力学。使用这些常识,咱们的计算机、医学和动力出产都发作了革命性的改变。
咱们会是世界中仅有的才智文明吗?
而在世界层面上,相同有很多的未解之谜函待处理,比方说,“咱们是不是世界中仅有的才智文明”这个陈词滥调的问题。虽然咱们最近在火星上发现了液态水,但暂未找到任何显现微生物存在的依据,而火星环境极端苛刻艰苦,因而就算找到了这样的依据,这些外星生物也必定极为原始。
到现在为止,咱们对外星生命的查找一直一无所得。但即将在2021年发射的詹姆斯·韦伯望远镜或将使咱们查找宜居行星的方法发作巨大革新。
图为彩灯装修的詹姆斯·韦伯望远镜一比一模型。
之前的望远镜一般经过“凌日法”寻觅地外行星,但詹姆斯·韦伯望远镜则否则。它使用日冕仪来遮挡恒星宣布的、进入望远镜的光线(就像你伸出手遮挡扎眼的阳光相同),因而可以直接观测那些本来会被亮堂光线所遮盖的较小行星。
詹姆斯·韦伯望远镜不仅能勘探新行星,还能判别这些行星是否适宜生命寓居。恒星宣布的光线进入行星大气层后,特定波长的光线便会被吸收,在反射光谱中留下一些空缺。就像条形码相同,这些空缺的摆放规则可以在必定程度上协助科学家剖析行星的大气层成分。
而詹姆斯·韦伯望远镜可以读取这些“条形码”,借此剖析某颗行星的大气是否具有生命存活的必要条件。在接下来50年间,咱们将针对性地打开太空使命,澄清这些方针行星上是不是真的存在外星生命。
科学家以为,离地球不远的木卫二便或许是太阳系中具有生命的星球之一。虽然木卫二温度低至零下220℃,但在木星的强壮引力效果下,木卫二的地下水或许会不断搅荡、防止结冰,因而其间或许日子着微生物、乃至水生生物。
定于2025年发射的“欧罗巴快船”勘探器(Europa Clipper)将证明木卫二上是不是真的存在地下海洋,并为后续使命寻觅适宜的登陆地址。它还将对木卫二外表冰层中喷出的液态水打开调查,剖析其间是不是真的存在有机物分子。
总而言之,关于世界的运作机制、以及咱们在世界中所在的位置,仍有许多未解之谜没有揭开。世界不会容易吐露它的隐秘,但在接下来50年间,世界在咱们眼中必定会变得天壤之别。