改变科学的十大机器,你知道几个?
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本文转载自微信公众号“科研圈”(ID:keyanquan)
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。
撰文 Erin Blakemore
制图 Timba Smits & Eric Heintz
翻译 高云浩
审校 张士超
人们曾利用这些设备揭示早期宇宙的奥秘、探索未来说走就走的星际旅行, 但其作用并不局限于此。说起科学这件事, “四肢发达”的机器可不简单。然而, 大机器并不代表大成功:其中一些酷炫的庞然大物似乎冥冥之中注定会命途多舛。现在,让我们走近这些影响科学的巨大机器。
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。
统计数据:
团队主力:王牌加速器
造价: 37亿美元
首秀年份: 2008年
地点:法国与瑞士边界
击球频率:每秒大约6亿次粒子碰撞
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。
统计数据:
团队主力: 高端实验室
造价: 1070亿美元(持续增长中)
首秀年份: 1998年
地点: 地球上空400公里
设备: 拥有超过12公里的电线
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。
统计数据:
团队主力: 摇摆装置
造价: 5亿美元
首秀年份: 2005年
地点: 日本 兵库县
战斗重量: 上千吨
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。
统计数据:
团队主力:大型激光
造价: 35亿美元
首秀年份: 2009年
地点: 加州 利弗莫尔
耗能: 200万焦耳
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。
统计数据:
团队主力: 望远镜阵列
造价: 14亿美元
首秀年份: 2011年
地点: 智利 阿塔卡玛沙漠
相当于:一架4公里宽的单天线望远镜
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。
统计数据:
团队主力: 借助石头的观星者
造价: 血汗 岩石
首秀年份: 约 公元前4000年
地点: 葡萄牙和西班牙境内的186 个地点
镜头数: 0
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。
统计数据:
团队主力: 周期性摆动的摆锤
造价: 重物*1 金属丝*1
首秀年份: 1851年
地点: 法国 巴黎
世界最大傅科摆: 位于俄勒冈州波特兰, 摆线长达70英尺(约21米)。
海底实验室 II(Sealab II)
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。
统计数据 :
团队主力 : 航海控
造价: 200万美元
首秀年份: 1965年
地点: 加利福尼亚 拉霍亚海底峡谷
训练海豚数:1条
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。
统计数据:
团队主力: 精巧的遥控装置
造价: 足以使特斯拉本人破产
首秀年份: 1891年
地点: 科罗拉多州 科罗拉多斯普林斯
功率: 最大1200万伏
天空实验室(Skylab)
飞得更高……
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8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。
统计数据:
团队主力: 高端实验室
造价: 25亿美元
首秀年份: 1973年
地点: 地球上空440千米
陨落时间: 1979年7月11日
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