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霍金的宇宙

覓到宇宙質量失落的拼圖
上帝粒子現蹤影

科學界研究宇宙起源取得重大突破,歐洲核研究組織( CERN)科學家昨日(周二)宣佈,在大型強子對撞器( Large Hadron Collider, LHC)的最新數據中,找到了有「上帝粒子」之稱的希格斯玻色子( Higgs boson)的蹤迹,收窄了可確定它位置的範圍。雖然證實希格斯玻色子存在短期不影響人類生活,卻填補了物理學界解釋大自然最深層結構理論失落的一塊拼圖。

意大利物理學家賈諾蒂( Fabiola Gianotti)在 CERN研討會上指出,有迹象顯示希格斯玻色子最大機會存在於 126電子伏特( GeV)較低能量範圍。她相信這很可能就是希格斯玻色子所在的位置,但現在下結論言之尚早。她說:「仍需要更多研究和更多資料。未來數月將會很刺激……我不知道結論會是甚麼。」

物理學「聖杯」媲美發現 DNA

當代粒子物理學標準模型( Standard Model)指有 62種基本粒子存在,希格斯玻色子是唯一尚未被發現的粒子。物理學家相信,它是所有物質的質量之源,是促成宇宙形成的重要粒子,特點之一是極難發現和分辨,有人形容它是物理學家的「聖杯」。發現到它的存在,將是 21世紀科學界其中一個重大突破,更可與 60年前發現脫氧核糖核酸( DNA)雙螺旋結構相提並論。
CERN科學家為了尋找希格斯玻色子存在的證據,在 2008年啟動位於瑞士和法國邊界山脈地底的 LHC,模擬 137億年前宇宙大爆炸,希望從而尋找希格斯玻色子蹤影。 LHC從構思到建成歷時近 20年,價值 100億美元( 780億港元),吸引了 80個國家 5,000名科學家參與。
在撞擊器內那條 27公里長的圓形隧道,超導磁鐵會把質子和離子加速至接近光速,然後相撞,在極細微空間爆發 10萬倍太陽溫度的超級高溫。這一刻就像宇宙大爆炸之後,釋放大量能量和基本粒子,冷卻後形成組成物質的質子和中子。若物理學理論正確,每萬億次粒子撞擊,就會有數粒希格斯玻色子產生,它們很快就會衰壞,留下螺旋形條紋殘迹,足證它們存在。
CERN有兩個團隊分別以兩套不同的探測儀器,包括 ATLAS探測器和 CMS探測器,試圖證實希格斯玻色子存在。通過這兩種獨立運作模式,兩個團隊的探測結果既相互獨立,又可以相驗互證,兩者結果的相近程度,將是確定是否發現希格斯玻色子的重要衡量指標。

尋覓 30年 首次瞥見

其中一個團隊的發言人指,他們單在今年就檢視了 350萬億次粒子碰撞的殘骸,其中約有 10次可能已讓希格斯玻色子現形,其質量約 1200至 1250億電子伏特,即質子的 120至 125倍。兩個團隊最新都是收窄了可找到希格斯玻色子的範圍。
即使成功「首次瞥見」希格斯玻色子,基於物理學界追求極度準確,兩個團隊都不會清楚指出證實了希格斯玻色子的存在,只說有迹象顯示它存在。 CERN前負責人埃利斯( John Ellis)說:「人類將首次瞥見希格斯玻色子。它是基本粒子理論中失落了一塊拼圖。我們尋尋覓覓 30年,終將找到它了。」
但有份參與這研究計劃的科學家肯尼迪( Bruce Kennedy)指出,即使真的發現了希格斯玻色子,也只是另一階段研究的開始。他說:「我們將要了解它的特質,以證實它是否能準確用於我們的理論解釋中。」
英國《每日郵報》/美國《華盛頓郵報》

尋覓「上帝粒子」解構圖

科學家透過大型強子對撞器,模擬宇宙大爆炸,從釋放出來的大量能量和基本粒子中,尋找有「上帝粒子」之稱的希格斯玻色子。


CERN希望透過模擬宇宙大爆炸後一刻,大量粒子互相撞擊,可找到希格斯玻色子存在證據。




大型強子對撞器

大型離子對撞實驗偵測器

緊湊渺子線圈偵測器

大型強子對撞器內的圓形隧道內,粒子加速,互相對撞。


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物理學里程碑 引證粒子理論

科學家在進行粒子對撞實驗中,假如「瞥見」或找到希格斯玻色子,都是物理學理論的里程碑,令粒子理論更完善。
本港中文大學物理系教授朱明中表示,這次研究對物理學粒子理論影響很大,主要在於研究基本粒子的「標準模型」理論,解釋基本粒子的質量。該理論指世界的物質是由基本粒子組成,多年來困擾科學家的是,像電子、夸克這些基本粒子所量到的質量從何以來。在標準模型內,「上帝粒子」的角色是賦予各種基本粒子質量,可稱為「質量之源」。「上帝粒子」是唯一在標準模型所預測的粒子中還沒被觀測到的,其質量極大,比質子重 100至 120倍,故需極高能量的加速器才可「找到」。
朱教授指出,發現「上帝粒子」將進一步引證這基礎的物理理論,可以解釋了現存物質的質量的來源,但要藉此解通宇宙起源,是超越了這理論,因為「上帝粒子」只有助科學家推測、估算宇宙最初的物理狀況,在學術上提供了一個更完整的圖像,可應用在天文、宇宙論等,像計算「宇宙最初的一秒鐘」狀況,可說是粒子理論研究的一個里程碑。


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理論受質疑掀賭局
希格斯、霍金對罵

希格斯玻色子存在與否,物理學界並無一致看法,理論物理學家霍金( Stephen Hawking)是最知名的反對者,他曾公開打賭沒這種粒子,引起提出玻色子理論的英國理論物理學家希格斯( Peter Higgs)罵戰。
現年 82歲的希格斯,在 1960年代構思出「希格斯力場」( Higgs Field)機制,認為有種粒子是物質的質量之源,填補了標準模型理論所無法解釋有關粒子和質量的部份。他更因而被視為角逐諾貝爾獎的人選。
但幾年前,霍金公開打賭,指歐洲大型強子對撞機永不會找到希格斯玻色子,更押下 100美元( 780港元)作為賭注。希格斯這位愛丁堡大學榮譽教授,對霍金的挑釁當然不忿,曾指對方「功課做得不夠好」,又說接受霍金這位物理學界猛人挑戰,就像「批評已故戴安娜王妃一樣」。
非正式統計也顯示,過去 10年絕大部份物理學家都傾向認同希格斯的理論,認為只要大型強子對撞機運作時間夠長,希格斯玻色就會出現。


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霍金 70歲 演生命奇蹟
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以身作則 霍金的人生六堂課
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70歲霍金在劍橋大學任教多年,曾向學生教授宇宙論、萬有引力、大爆炸、黑洞等艱深學問,但最教人津津樂道的,還是他以身作則教導世人的人生六堂課。

1.我們永遠不會找到所有答案

霍金指物理學和數學只可告訴人們宇宙起源,但不會預測人類複雜的行為,所以人類永遠不會找到所有物理學的答案。

2.學問傳遞應由淺入深

《時間簡史》暢銷全球,全靠霍金把艱深理論簡單化,當出版商告訴他書中每句公式都會使讀者數目減半時,霍金即決定僅在書中詳述 E=mc2,確保讀者明白道理。

3.從歷史中學習

霍金曾巧妙地警告人類「勿惹外星人」,因為外星人可能耗光本身星球資源,需四出討伐和佔領其他星球,「像哥倫布初抵新大陸那樣,美洲原住民的下場可不妙」。

4.研究酷愛的學問

霍金 21歲患上運動神經元疾病後,醫生當時曾告訴他只能多活兩年半,但是霍金一直積極地對抗病魔,即使身體機能逐漸退化,他仍繼續沉醉在學問之中,保持腦袋活力。

5.捍衞說話權利

為了治療運動神經元疾病,霍金 43歲時曾接受氣管切開手術,導致永久失去說話能力。但他沒有放棄說話機會,利用紅外線眼鏡、電腦和語音合成器,感應他右頰肌肉收縮情況,然後播放他想說的字句。

6.天才與早熟無關

霍金說他 8歲才會看書,在牛津大學讀書時是個懶惰學生,功課雜亂無章,字體更潦草得使老師非常沮喪,因此天才可以是後天努力而成。

美國《華盛頓郵報》
羅覺愛新

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霍金「保聲」新儀器
掃描腦電波 追蹤眼球
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暗黑物質支撐宇宙 凝聚星體
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霍金窮畢生之力研究宇宙奧秘,暗黑物質( dark matter)是他心目中最大未解謎團之一。天文學家已揭開其中一道神秘面紗,指暗黑物質是星系和宇宙背後的骨架和膠水,為霍金 70大壽送上賀禮。

提供額外重力 吸力

天體物理學家早於 1933年提出暗黑物質論,指宇宙中可見星體的質量和重力,不足以支持星體以這麼快的速度運行而不飛散,估計宇宙 90%以上是看不見的暗黑物質,提供額外的重力和吸力。但暗黑物質是甚麼,學者一直茫無頭緒。
多國天文學家利用夏威夷的巨型望遠鏡,花了五年時間觀測 1,000萬個星系的星光被暗黑物質重力扭曲的情況,完成局部宇宙的暗黑物質分佈圖,發現暗黑物質的分佈並不平均,而是集中在一些團塊和細絲上,密度是其他區域的幾千倍。
天文學家提出,這張看不見的暗黑物質「蜘蛛網」,就是宇宙的骨架,各星系以至太陽和地球,都是沿着這暗黑物質網絡而形成,而且可見的星系都被巨大的暗黑物質「暈圈」包圍。星系中心的暗黑物質密度最高,令各星體不致飛散。但他們仍未知暗黑物質是甚麼,只知它跟光和其他已知物質沒有互動作用,猜測可能是由一種新奇的粒子組成。英國《星期日泰晤士報》
羅覺愛新

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加州人類學家:霍金是機器多過人
http://hk.apple.nextmedia.com/international/art/20130113/18132445
無法無天
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科學 - 宇宙或在大爆炸前已存在
http://cablenews.i-cable.com/webapps/program/study/videoPlay.php?video_id=12150006

歐洲航天局分析普朗克衛星的掃描影象,認為宇宙在超過一百三十八億年前誕生,較目前所知的時間更早。今次研究結果引發學者推測,宇宙可能在大爆炸前已經存在。

根據大爆炸理論,我們的宇宙誕生於百多億年前的一次大爆炸,但並不代表在大爆炸前必然是一片空白,至於大爆炸前的宇宙是怎麼樣,科學界有各種說法。

先從宇宙膨脹說起,膨脹主要由當年大爆炸的威力造成,但另一方面,因為萬有引力,令宇宙收縮的力量同樣存在,兩股力量一直在比拼,現在我們觀察到宇宙膨脹,只因萬有引力處於劣勢。有學者認為,將來情況有可能逆轉,屆時宇宙便會開始收縮塌陷,所有星系被拉回一點,然後發生另一次大爆炸,誕生「下一代宇宙」,一切重頭開始。

所以反過來說,在我們這個宇宙之前,可能亦有「上一代宇宙」,這就是所謂的「宇宙循環論」,認為一切終會毀滅,然後重生,周而復始。

另一個看法認為,大爆炸前是一片稱為「量子混沌」的狀態,像是道家所指的「太初」。因為量子的不確定性,個別位置會突然無中生有,爆出時空與質量,即是我們所謂的「大爆炸」,然後宇宙誕生。

但是量子不確定性可以無限制發生,所以我們這個宇宙並非唯一,而是有很多個宇宙,這就是「多重宇宙論」。不同宇宙互不相交,互不干涉,即科幻故是常常提到的平行宇宙概念。
超級寶蓮燈

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霍金驚世預言
人腦可複製至電腦得永生
http://hk.apple.nextmedia.com/realtime/international/20130922/51748171

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霍金驚人偉論:「黑洞」並不存在
http://hk.apple.nextmedia.com/realtime/international/20140125/52125331
窮一生精力研究黑洞理論的英國著名物理學家霍金,周三在網絡發表新論文,推翻之前的「黑洞」理論。

「黑洞」指的是宇宙中星體爆炸時,四周會產生強大的引力,並在宇宙空間中產生黑洞,將附近的一切都吞噬。由於引力相當強大,即使被吸入的物質以比光速更快的速度逃逸,都無法從黑洞邊緣「事件視界」(event horizon)中逃逸。

霍金的新論文指,量子力學(Quantum Theory)容許能量及物質從黑洞中逃出,提出光線在逃離黑洞邊緣「事件視界」時,附近會產生「視界面」(apparent horizon)把光線凝住,最終光線會隨輻射慢慢消散而逃逸。霍金表示,若「黑洞」邊緣「事件視界」不存在,一向定義的「黑洞」,理論上亦不存在,或要重新定義。
七叔公

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