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首都科学讲堂527期:探索无穷——物质结构与宇宙

来源:北京科普发展中心 发布于2018/02/08

  宇宙与物质是人类一个古老的命题,在古希腊时代,关于物质与宇宙空间构成的各种观点异彩纷呈,有些甚至相反相悖。有人说空间是连续的、无限可分的,还有的说空间不是无限可分的;有人说宇宙是由无数“不可分”的微粒(即原子)组成,有的说世界是由虚空和无数不能再分的、看不见的微小原子组成的,或是物质由水气火土四种元素组成,天体由第五种元素“以太”构成等等。在古代中国也有关于宇宙观念的记载,老子《道德经》里提到,“道生一,一生二,二生三,三生万物”,庄子说:“一尺之棰,日取其半,万世不竭。”随着人类对物质结构认识的不断深入,极大地推动了过去几百年科学的发展,也奠定了我们今天技术的基础。自20世纪50年代起,一门新的学科——粒子物理从原子核物理中独立出来并蓬勃发展,取得了令世界瞩目的成就。


  “无穷小”与“无穷大”代表什么,它们之间有什么关联,研究这些有什么意义?本期首都科学讲堂,由中科院高能物理所所长、中科院院士王贻芳先生带大家了解渺小的粒子和浩瀚的宇宙。
  “无穷小”就是粒子物理,也称高能物理,是对分子、原子(化学、凝聚态物理)、原子核(核物理)研究的自然发展与深化。物质世界的基本组成部分及其相互作用是自然界最基本的科学问题之一。“无穷大”指的是宇宙学,是对行星、太阳系、恒星、银河系、星系团等研究的自然发展与深化。据我们所知,宇宙诞生于150亿年前的大爆炸,直到今天宇宙也一直处于膨胀之中。“均匀”宇宙中存在密度涨落,即星系“结构”,我们即存在于这些结构之中,所以理解宇宙的起源、演化需要粒子物理学。
  为了研究粒子,我们需要“打开”物质内部,研究其结构。由于宇宙起源于“大爆炸”,所以通过粒子物理学的研究可以类比这种早期的大爆炸。二者的关系看似遥远,实则亲密无间。
  研究粒子物理,需要研究如下问题:比如基本粒子的成分、粒子之间的相互作用及其如何实现、基本粒子的性质以及理解宇宙起源与演化等等。研究的基本方法有基于加速器的粒子物理实验、非加速器粒子物理实验。目前已有许多成果在医疗设备、机场的安全检查、空间实验等等诸多方面实现了广泛应用。
  研究宇宙学的方法也有许多,比如望远镜、探测器、卫星与空间站等等,其技术成果大多应用于光学、射线、精密机械、国家安全等领域。
  最后王院士表示:粒子物理和宇宙学是一个极为重要的领域,过去人类取得的成绩很了不起,但仍有很多的未知等待我们去挖掘、去探索!
  首都科学讲堂同期实现在北京时间、一直播平台和京学网的在线直播,据初步统计,本期讲堂有13万余人次实现了在线观看。

 

 

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