改变科学的十大机器,你知道几个?

作者: 科研圈

来源: 科研圈

发布日期: 2017-07-27

本文介绍了科学发展史上十大改变科学进程的机器,包括大型强子对撞机、国际空间站、大型震动台、国家点火装置、阿塔卡玛大型毫米波天线阵、远古望远镜、傅科摆、海底实验室II、特斯拉线圈和天空实验室。这些机器在各自的领域内展现了强大的功能,如揭示宇宙奥秘、模拟地震、探索太空等,极大地推动了科学的进步。

科学发展史上,“四肢发达”的机器可不简单。它们动力强劲,举重若轻,它们是服务科学的巨大机器。从梦幻的深潜器到动感的地震模拟装置,从天上失重的大厅到地下亚原子粒子的牢狱——这些强大的设备为发现而生。

大型强子对撞机(The Large Hadron Collider)有此圆环,我击碎你。这一环形“质子云霄飞车”是世界上最大的单体机器之一。接近光速的质子射入27公里长的地下隧道中,为人类揭示宇宙奥秘。

质子高速相撞,人们由此得以发现先前尚未认知的粒子。你或许已经听说“上帝粒子”——希格斯玻色子的发现创造了2012年科学界的大满贯。要知道产生那强力一击的环境异常寒冷:大型强子对撞机的电磁铁工作环境温度甚至比外太空温度还要低,达到零下456℉(约-271℃)。有朝一日,大型强子对撞机将可能颠覆物理学的标准模型,亦有可能开启探索宇宙新维度的大门。现在,人们正在致力于应用大型强子对撞机来模拟宇宙大爆炸。

国际空间站(The International Space Station)在罐头中漂流:它是近地空间最好的科学合作场所,拥有52台太阳能电池板供电的计算机、超过100处研究区域,重达四百多吨,且在不断更新以适应需要。国际空间站是富有冒险精神的地球人远离地球的居所,站内空间比五居室住宅还要大,在这里工作能参与各种突破性的科学研究,并借此结识各国友人。

当前,在国际空间站进行的实验旨在使我们的科学活动走出近地轨道:宇航员们大口咀嚼着实验室种出的生菜,为火星农场做准备,而科学家则会监测机体在长期远离地球环境下的微妙变化。附送奖励:太空行走自拍。

大型震动台(E-Defense)就问你够不够直接——摇摆地面上进行抗震能力测试。在活塞和水力学的帮助下,大型振动台这一科学巨兽得以尽情摇摆。这个巨兽的机械肌肉,足以撼动六层公寓楼的全比例复制品。

在日本1995地震余波的启示下,这一研究给予模型城市来自地狱的地震体验,城市规划者借此学习如何应对现实环境下的地震。它动力强劲,能够产生各种拟地震活动。如果它模拟的7.5级地震无法摧毁您的房屋,那么大自然也做不到。

国家点火装置(National Ignition Facility)哇哦,满是激光。既然有能力造激光器,为什么不造192台?

所有这些光束都聚焦在一个BB弹大小的目标上,使其承受超过1000亿倍大气压的压力。真正目的是——使一个微小的氢燃料球发生类似恒星的爆炸。试想一下,技术成熟的核聚变将可能在未来为全球的现代化家庭供电。这种极端的实验灵感源于太阳产生能量的反应过程,装置可轻松制造1亿摄氏度的高温。这一个超级高能激光由超过4万个镜子和光学元件组成。终有一日,这一实验会帮助我们产生清洁、可持续的能源,或将我们炸得尸骨无存。

阿塔卡玛大型毫米波天线阵(Atacama Large Millimeter Array)更多,更强。在海拔五千多米世界上最干旱的荒漠中,星空纯净,观测环境绝佳,这里一大组天线阵正高高地矗立着。并不是说这些天线阵需要黑暗环境来探索天空的秘密:接收可见光的是光学望远镜,而相比之下,这里可以调谐到来自遥远恒星发出的无线电波。66座天线组成的射电望远镜(大部分天线直径达12米),能追踪遥远的星系。

特有的28轮牵引器来回移动,用以牵引沙漠中的天线元组成不同天线阵列,以放大的外星目标。结果:获得一些最清晰的图像。

远古望远镜(Ancient Telescope Tunnel)志在观星,死而无悔。这七块巨石构成的建筑很可能具有两种用途,一是坟墓,再是中石器时代人初窥主要星座的工具。他们为观测恒星营造了一种光学错觉:定格夜空,透过黑暗隧道狭窄的门,使星星看起来更大。

这种现代望远镜技术的初级版本,也许能证明史前人类的天文知识。七大块花岗岩石板,史前巨石阵样设计,与初升的太阳对齐,也许还发生过一些充满迷幻感的葬礼。对于约6000年前的人类来说,这是一项严肃的好科学。

傅科摆(Foucault Pendulum)摆动,跟随世界的“脚步”。地球在转,摆锤在动。1851年的一项科学实验成为了此后许多博物馆重要组成部分。

物理学家莱昂·傅科希望通过实验证明地球的自转,传奇的傅科摆由此诞生。傅科摆包含一个足够重的重物,一条足够长且能够摆动自由的缆绳。摆锤的运动方向似乎没有发生改变,但摆锤的运动轨迹却在圆圈内缓慢转动。地球一直在自转,而地球上一切事物都是在惯性下一同运动。这一实验看似简单,但一下就证明了地球一直处于运动状态。钟摆在赤道以南按逆时针旋转,在赤道以北按顺时针方向旋转,正如同地球自转方向。

一些傅科摆可以持续摆动几十年。

海底实验室II(Sealab II)再见,感谢所有鱼儿的陪伴。宇航员变身深海潜水员,以证明人们可以在水下短期生活。造访者曾测试水下工具、种植植物、开采矿石,并研究海底。舱室中的空气注入了氦气,且地处危险的峡谷边缘,因而这个昵称“蒂尔顿希尔顿”(Tilton Hilton)的舱室远非理想的度假地。

科学家们困居潮湿的窝里,只有尤克里里琴与尖锐的说话声(译注:吸入氦气的效果)作伴,不过测试显示,他们在海下的生活中仍保持较好的体力和脑力。宇航员斯科特·卡彭特(Scott Carpenter)曾在此处生活整整30天,时任美国总统的林登·约翰逊还曾与其进行了一次“高音”通话。最佳表现:塔菲(Tuffy),训练过的海豚,作为鲸目信使传递乘员信件。

特斯拉线圈(Tesla Coil)电火花如生命般绚丽。

一位声名狼藉的塞尔维亚人惊艳的发明。他的惊人计划是——远距离无线输电。可惜的是实验失败了,也将这位发明家逼向情绪的谷底。虽然他们无法将电发送到未知地点,但线圈的确可以将电流发送穿过整间屋子。每个线圈封装一个电容器来储存电能。当一对线圈接近,将其中一个通电,电流将会击穿二者之间的空气。思索关键词:闪电,潜在的致命电压,些许狂笑。

这项技术曾为各种电气设备供电,现在已为更优良的技术所取代,若非审美需求已不常用。

天空实验室(Skylab)飞得越高……美国第一个升空的空间站,也是唯一一个掉下来的。多层建筑、太空浴,大到足以在室内测试太空行走设备……简而言之,这里是宇航员的乐土。无休止的工程问题曾困扰着这一史诗般的计划。飞船上需要解决的问题太多,甚至有一个乘员太过疲惫而罢工。随后其预算遭到削减,地心引力为它的旅程画上了句号。

毫无疑问这是一次伟大的征程:近300个科学实验证明人类可以在太空长期生存。重约80吨的技术结晶在沿轨道运行3.4万次后最终奔向地球怀抱。地球大气层将太空实验室粉碎,碎片散布于澳大利亚西部地区。

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