

引力非常微弱。试想一下:尽管整个地球的质量都在拉着你的脚,你还是可以抬起你的脚。为什么它这么弱?这还不清楚。这可能需要一个非常非常大的科学实验来发现。
詹姆斯·比彻姆是杜克大学的物理学家,他在瑞士著名的大型强子对撞机(LHC)上研究ATLAS探测器。最近,他向Gizmodo描述了他梦寐以求的物理实验:在太阳系的外缘建造一个巨大无比的原子对撞机——超级强子对撞机。这样的实验可以立刻解决物理学的大部分谜团,比如暗物质的真实性质,或者时间旅行是否可能。
比彻姆说:“为了了解大爆炸后那一刻发生了什么,越来越接近那一刻本身,我们需要在对撞机实验中获得更高的能量,为了做到这一点,我们需要建造更大的对撞机实验。”“我们目前很清楚,当宇宙只有苹果那么大的时候发生了什么;这就是我们利用大型强子对撞机的能量所能达到的效果。但比这更小,更久远的时间,是一个谜。”
物理学家非常确信他们知道宇宙的基本原理。粒子通过作用力相互作用,其中已知的作用力有四种:电磁力;“弱”力;“强”力;和重力。每一种力都有规律,这些规律是经过数百年的实验得出的。每个人都有不同的力量。
与其他三种相比,“引力不仅弱,而且几乎可以忽略不计,”比彻姆说。正如他所描述的:
自然就是它本来的样子,不管人类怎么想。但实验表明,在足够高的能量下,电磁力和弱力合并成同一种力。在更高的能量下,物理学家有理由怀疑强作用力也会与它们结合在一起。但引力似乎有所不同。科学家们不知道引力是否会在足够高的能量下与其他力统一。
比彻姆说:“引力确实是一种自然力,但它的规则——最好、最准确的描述所依赖的数学——在某种程度上与其他规则非常不同。”他接着说:
在我们目前的宇宙中,以我们目前的技术,“我们基本上不可能凭经验回答这个问题,”比彻姆说。为什么?“我们无法达到如此大的对撞机能量,主要是因为我们目前无法建造一个足够大的粒子对撞机。”他说,一些理论家认为存在额外的物质(如弦理论及其扩展所提出的其他粒子或额外的空间维度),这些物质可能会在更可行的实验中出现,从而使引力与其他力统一起来。但要确定,我们必须知道太阳系的大小。
即使是直径27公里(16英里)的大型强子对撞机(Large Hadron Collider)也不够大,无法回答这些问题。大型强子对撞机利用超导磁体加速和碰撞质子束,使其达到光速的99.9999990%。它只能探测宇宙在苹果大小的时候是什么样子。科学家们需要更多的能量,因此需要更大的对撞机,才能探测到它在更小尺寸下的样子。
有多大?你也许可以用在火星周围建造的对撞机来统一强核力和弱核力。但为了增加引力,“根据一些天真的估计,我们需要在海王星轨道周围建立一个对撞机。更糟糕的是,一些物理学家声称,这样的估计是无可救药的天真,我们需要更大的范围。”这样做的好处是巨大的——这样的对撞机将探测普朗克尺度,这是量子力学允许的我们可能看到的最小尺度。“我们将了解关于引力、量子力学的一切——顺便说一句,我们还将免费了解电弱力和强力的统一,以及时间旅行、弦理论、暗物质、暗能量、测量问题、多元宇宙理论等。”正如比彻姆解释的那样,我们将对宇宙以及空间和时间的运作方式有如此详细的了解,也许我们能够在未来的时间操纵技术中实现我们的知识。
“重力和其他自然力完全有可能在某种极高的能量下统一起来,但为了研究这个问题,我们需要在太阳系的外缘周围建造一个大型强子对撞机,或者更大。”一个理想的夏季项目。”
不幸的是,比彻姆的梦想实验目前是不可能的:
在这样的能量下,探测器需要非常巨大。你需要训练物理学家,想出深不可测的计算能力。你需要先进的机器人,屏蔽小行星、彗星和其他碎片。你还得给这该死的东西供电。你不能使用太阳能,因为机器在海王星的距离上围绕着太阳。“这种规模的事情需要力量上的进步,这可能是以前没有想到的,有些人只会想象到遥远的未来。”
这样的实验将改变物理学。最终,这些实验有助于物理学家理解事物,这样的加速器将为许多问题提供结论性的答案。它将改变人类的思维方式。它会改变我们对“理解”的定义。
显然,目前还没有人在做这样的实验,尽管欧洲核子研究中心已经提出了一个未来圆形对撞机,它将包含一个80到100公里的环形隧道。但也许,在宇宙的某个地方,有人或某物正在努力完成这个项目。比切姆说:“
宇宙将继续按照它所遵循的规则运行。真正的问题是,人类是否有足够的资金来真正理解这些规律。