强子对撞机里的粒子接近光速,那么质量会不会变得接近无穷大?

发布时间:2024-12-24 11:50

导语:科学探索是指对自然未知部分的探索性发掘。作为一种知识体系是科学研究活动的结果,掌握科学知识领悟科学本质发展科学探究能力,以便更好地促进科学和社会发展。

“加速器”这个概念是从历史上沿袭下来的,人类早期制造的粒子加速器能量都很低,低到将粒子加速后甚至不用考虑相对论效应。粒子经过那样的加速器加速后能够明显增加速度,故名“加速器”。


如果现在给加速器命名,它更可能被叫做“加质器”或“加能器”,因为它们明显改变的不是粒子的速度,而是粒子的质量或者能量。你现在看到的加速器,往往只会告诉你能够将粒子的能量提高到多少。

根据狭义相对论,真空中的光速(c)是最快的速度,其大小被定义为299792458米/秒。没有静止质量(m0)的物体会以光速运动,比如光子和胶子。而有静止质量的物体不能达到光速。


只有当物体的速度无限接近光速时,运动质量才会趋于无穷大。即便是当今地球上最为强大的粒子加速器——大型强子对撞机,目前也没有能力把粒子加速到无限接近光速。在大型强子对撞机全功率运转的情况下,它能够使质子(质量为1.67×10^27千克)获得7 TeV的能量。

所谓强子对撞机,就是将粒子加速,然后相互冲撞,不过这里的粒子前提是:参与强相互作用的,且要带电,比如质子。

而现在强子对撞机,比如欧洲的LHC,可以将质子束加速到99.9999991%的光速,在这等速度下,粒子的质量已经变为原来的7454倍,这已经是最大功率了。


质子的速度从光速的99.99%增大到光速的99.99………99%(100个9),速度变化并不大,但是需要的能量却是高的惊人,高到把整个宇宙都填进去也要差好多数量级。根据相对论的质量速度关系式,粒子被加速后,质量就会增大,质量增大了等效为能量增大了。粒子的能量不是无缘无故增大的,是加速器给它提供的能量。加速器能够给粒子提供的能量是有限的,粒子的能量不会趋于无穷大。

加速器早已不能明显提高粒子的速度了,但是提高粒子的能量或者质量还是有很大的空间。人类制造的加速器能够给粒子提供的能量还远远不及宇宙射线中一些粒子的能量,能量很高的宇宙射线是怎么来的还是一个未解之谜。

结束语:目前公认的对科学探索诠释是:对自然未知部分的探索性发掘。比较热门组成有:以星际探索、地球自身空间探索为代表的空间探索,地外文明探索、史前文明探索为代表的文明探索,以考古、考据为代表的历史探索,以人类学研究为主的人类文化探索等。

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