十大最有“野心”的科學實驗美國《大眾科學》網站近日為我們列舉出了有史以來最有野心的10大科學實驗：從全球最大的海底天文臺到徹底窺探我們所在星球的“終極顯微鏡”，再到探測險象環(huán)生的木星世界等，所有這些實驗的終極目的只有一個，那就是讓人類更好地了解宇宙并最終了解自身。要想從浩如煙海的科學實驗中揀出10個最有野心的科學實驗并不容易。《大眾科學》網站結合了一些客觀因素和主觀因素來對其進行排名。客觀因素包括實驗設備的預算、建造成本、參與人數(shù)等；主觀因素指的是該實驗的相對重要性，主要包括其科學效用、對普羅大眾的效用以及其他一些讓人拍案叫絕的因素。地球透鏡計劃——深入地球內心的望遠鏡美國醞釀15年的“地球透鏡計劃”（EarthScope）是一個正在申請并已部分實施的計劃，其以發(fā)展地震科學、促進地震科學在減輕地震災害中的應用為目標。旨在追蹤北美地質進化歷史的“地球透鏡計劃”是全球最大的科學實驗。這個地球科學天文臺記錄了973萬平方公里范圍內的數(shù)據(jù)。從2003年開始，該計劃擁有的4000多個實驗設備已經收集了676TB（太拉字節(jié)或百萬兆字節(jié)）的數(shù)據(jù)，相當于美國國會圖書館數(shù)據(jù)的四分之一?？蒲行в玫厍蛲哥R計劃的具體目標是揭示北美大陸地區(qū)構造、演化和動力學過程；探測活斷層系統(tǒng)行為；研究地震成核和破裂過程；探索火山機制以及導致火山爆發(fā)的巖漿進程；了解地幔結構與動力學、地殼構造學之間，構造地質學與地殼中流體之間的關系；通過地球交叉科學廣泛而綜合的研究來推進整個地學系統(tǒng)的研究。目前，有1100個永久性的全球定位系統(tǒng)（GPS）元件遍及北美和波多黎哥大陸，用于追蹤由于地殼構造變化導致的陸地表面的變形。位于加州活躍的圣安德烈亞斯斷層附近的地震傳感器會記錄該斷層最輕微的滑動；一小隊科學家計劃在未來十年內，使用反鏟挖土機讓一個由400臺地震儀組成的可移動陣列走遍全美各地，明年它將到達美國東海岸，屆時，科學家們就將收集到2000個位置的數(shù)據(jù)。它能為你做什么？EarthScope獲取的數(shù)據(jù)可能有助于科學家解釋諸如地震和火山爆發(fā)等地質事件背后的力量，以更好地探測這些現(xiàn)象。到目前為止，從這個科研項目收集到的數(shù)據(jù)表明，美國圣安德烈亞斯斷層的巖石比其外面的巖石更脆弱；而且，黃石超級火山下的巖漿蒸汽比以前認為的更大。大型強子對撞機（LHC）—旨在尋找“上帝粒子”大型強子對撞機（LHC）位于瑞士日內瓦近郊歐洲核子研究中心（CERN）內，埋藏于瑞士和法國交界處的50米至150米的地下深處，它是世界上最大的粒子對撞機。LHC每小時需要消耗7000億瓦特的能量；每年耗資10億美元。來自于全球60個國家的超過1萬名研究人員、工程師正在為LHC的六個項目而孜孜不倦地工作著，這些科研項目旨在解開宇宙基礎物理學的謎團?？蒲行в冒滴镔|究竟是什么？空間中還存在著額外的維度嗎？被稱為“上帝粒子”的希格斯玻色子確實存在嗎？粒子是否有相對應的超對稱（SUSY）粒子存在？宇宙究竟如何形成的？當重子的質量被更精確地測量時，標準模型是否仍然成立？LHC的六個粒子探測器能夠記錄并可視化上述問題的亞原子粒子的路徑、能量和特征,有望給出答案。LHC有兩項大規(guī)模實驗。超環(huán)面儀器“阿特拉斯（ATLAS，希臘神話中的擎天神）”實驗的探測器正在搜尋明顯存在著動量不平衡的撞擊事件。緊湊型“子螺旋型磁譜儀（CMS）實驗與ATLAS相輔相成，其主要目的是搜尋超對稱性和發(fā)現(xiàn)捉摸不定的“上帝粒子”希格斯玻色子的蹤跡。兩項中型實驗——大型離子對撞機實驗（ALICE）和LHC底夸克實驗（LHCb）則利用特殊的探測器來分析與特殊現(xiàn)象有關的撞擊。另外兩項實驗——全截面彈性散射偵測器實驗（TOTEM）和LHC前行粒子實驗（LHCf）。它們的焦點集中在“前行粒子”（質子或者重離子）身上。在粒子束發(fā)生碰撞時，這些粒子只是擦肩而過，而不是正面相撞。它能為你做什么？盡管LHC不斷宣稱已經發(fā)現(xiàn)了“上帝粒子”的蛛絲馬跡，但這個科研項目對我們庸常的日常生活幾乎沒有什么影響，除非你的家人和朋友想在餐桌上討論宇宙的起源。散裂中子源——為分子拍電影的攝像機美國橡樹嶺國家實驗室擁有世界上兩個最先進的中子散射研究裝置，即散裂中子源（SNS）和高通量同位素反應堆（HFIR）。散裂中子源是目前世界上研究物質微觀結構最重要的科學設施之一。每個月，散裂中子源會從國家電網中攫取25到28兆瓦的能量，并使用約850萬加侖水來讓自身冷卻。在運行期間，SNS上的加速器發(fā)出的每束脈沖中子束流中包含有2千萬億個中子，將其發(fā)射進一個目標室內，這些密集的中子束流會打開物質，以便科學家揭示原子結構隨時間如何變化。SNS能給研究人員提供比以前更小的物理和生物材料樣品的更詳細圖像?？蒲行в肧NS會朝一個樣本發(fā)送飛馳的中子，中子的速度為光速的97%,但是，與對撞機中的粒子不同的是，與樣本相遇時，中子并不會產生大爆炸。中子很小而且能量很少，因此，它們與物質之間的相互作用非常微弱。當中子穿過一個樣本時，樣本中的原子核會被分散。這種相互作用會改變中子的能量和方向，而且，位于該樣本幾尺遠距離處的14個裝置會記錄樣本內部發(fā)生的變化。接著，會有軟件把所有這些散射數(shù)據(jù)結合在一起，繪制出樣本的原子結構，因為SNS會以每秒60個脈沖的速度發(fā)射中子包，軟件能記錄樣本的原子結構隨時間發(fā)生的變化，就像將電影的單幀畫面組合在一起形成一個運動圖像一樣。它能為你做什么？科學家們正在使用這些原子層面的“電影”來實時監(jiān)控電池的充放電過程，以便研制出更好的電池；它也可以被用來研究蛋白質的結構。國際空間站——一個軌道實驗室國際空間站是一項由六個太空機構聯(lián)合推進的國際合作計劃。1983年，美國總統(tǒng)里根首先提出國際空間站的設想，經過近十余年的探索和多次重新設計，直到蘇聯(lián)解體、俄羅斯加盟，國際空間站才于1993年完成設計，開始實施。每年需要耗資20億美元和幾千名員工的辛勤工作才能讓國際空間站正常運轉。迄今為止，來自11個國家的201人（其中包括7名富翁）已經拜訪了國際空間站。國際空間站也接待了阿爾法磁譜儀——迄今前往國際空間站的最大最重的設備，其目的在于探測宇宙中包括暗物質和反物質在內的奇異物質?？蒲行в迷趪H空間站，來自美國國家航空航天局（NASA）的科學家、天文學家以及其他合作者一起測試了能被用于長途太空飛行的宇宙飛船的零件和支撐系統(tǒng)。他們也檢查了人體的身體狀況，研究失重對人體骨骼密度、紅血細胞產生情況的影響以及在長期的太空飛行中人體免疫系統(tǒng)發(fā)生的變化。它能為你做什么？在國際空間站工作的科學家們發(fā)現(xiàn)，在太空中，沙門氏菌會變得更加致命。這個發(fā)現(xiàn)和找出使沙門氏菌變得更致命的基因加速了科學家們研制首個戰(zhàn)勝沙門氏菌以及讓成千上萬住院病人在醫(yī)院受到感染的耐甲氧西林金黃色葡萄球菌（MRSA）疫苗的步伐。先進光源機構——終極顯微鏡先進光源機構（ALS）是一臺位于加州大學伯克利分校的粒子加速器。自從1993年開始，科學家們就開始借用該設備，朝蛋白質、電池電極、超導體和其他材料發(fā)送亮度為太陽表面亮度100萬倍的質子束，力求揭示這些物質的原子、分子和電子特性。科研效用ALS是軟X射線（波長較長及穿透能力差的X射線）最亮的來源之一，其波長對附有分光鏡的光譜顯微鏡（主要用于揭示寬度僅為幾納米的樣本的結構和化學組成的科學工具）來說剛剛好。2006年，進行ALS項目的科學家參與鑒定了從一顆在太陽系形成之初就已形成的彗星尾巴上的灰塵，實驗結果表明，這些源于宇宙角落的宇宙成分比我們此前認為的更早開始混合。同一年，美國斯坦福大學的生化學家羅杰?科恩伯格因為使用ALS對RNA（核糖核酸）聚合酶三維結構的研究獲得了2006年的諾貝爾化學獎。所得到的數(shù)據(jù)讓他清晰地描述了在名為轉錄的過程中，遺傳信息如何從DNA（脫氧核糖核酸）傳遞到mRNA（信使RNA），mRNA會攜帶這些信息離開細胞核，以構建蛋白質。它能為你做什么？使用ALS研究一個同惡性黑色素瘤有關的蛋白質將有助于科學家研發(fā)出新奇的療法來對抗這種疾病。目前，這種藥物處于二期和三期臨床實驗階段。從ALS獲取的其他數(shù)據(jù)可能幫助科學家制造出大容量的鋰電池電極，以增加電池的充電容量。最后，理解石墨烯的物理和電學結構將有助于科學家研制出原子層面的晶體管和運行速度更快的計算機處理器?！爸熘Z”號探測器——木星勇敢的“探險家”美國國家航空航天局（NASA）宣布，美國東部時間8月5日12時25分，“朱諾”號探測器由一枚“宇宙神-5”運載火箭搭載，從卡納維拉爾角空軍基地升空，前往險象環(huán)生的木星進行探測。由太陽能提供動力的“朱諾”號探測器將在太空飛行5年時間，在經過最初的兩年飛行之后，它將于2013年10月重返地球，以便借助地球引力進行借力加速飛行，從而將其推向外太陽系?！爸熘Z”預計于2016年7月抵達繞木星運行軌道，并在木星輻射帶中運行一年，任務計劃于2017年10月結束。屆時，“朱諾”的速度將高達21.4萬公里/小時，使它成為有史以來運行速度最快的人造設備。一旦進入木星軌道，“朱諾”將環(huán)繞木星極地33圈，然后直接俯沖進入木星。探測器將在木星那里遭受強烈的宇宙射線的照射，強度超過太陽系內除太陽以外任何有探測器造訪過的地方。這段險象環(huán)生的旅程一旦開始，“朱諾”將在木星充滿氫氣的大氣中艱難求生，然后像流星一樣燃燒殆盡?！爸熘Z”由美國洛克希德一馬丁公司制造，NASA下屬的噴氣推進實驗室負責整個探測任務的運行，項目總成本為11億美元。科研效用當“朱諾”圍繞木星旋轉時，其上的9個設備將研究木星的方方面面。同太陽類似，木星的主要成分也是氫和氦，其與太陽平均距離超過7.7億公里，是地球與太陽距離的5倍多?？茖W家普遍認為，木星是太陽系內形成的首個行星。因為其體型如此龐大，木星上的引力會讓在早期太陽系上發(fā)現(xiàn)的一些原初物質（主要是氫氣和氦氣）得以保存，這種特性使木星成為研究太陽系起源的窗口?！爸熘Z”號探測器提供的數(shù)據(jù)將研究這一巨型氣體行星的內部構造、大氣、極光、磁場以及是否存在水以及固體內核等?！爸熘Z”攜帶的微波輻射計將測量木星上水的含量，這是我們理解木星最初如何形成以及木星大氣中氨的含量的關鍵。它能為你做什么？研究木星復雜的天氣模式有助于科學家預測地球上的天氣，有助于我們解開早期太陽系的秘密。國家點火裝置——“人造太陽”的威力不容小覷美國國家點火裝置（NIF）位于加州勞倫斯利弗莫爾國家實驗室，是世界上最大、最高能的激光器，其長度約為3個足球場長，有10層樓高。據(jù)悉，NIF可以把200萬焦耳的紫外線能量，通過192條激光束聚焦到一個2毫米大的冷凍氫氣球上，從而產生1億攝氏度的高溫和約為地球大氣壓1000億倍的高壓，類似恒星和巨大行星的內核以及核爆炸時產生的溫度和壓力。在此基礎上，科學家可進行此前在地球上無法進行的許多試驗?？蒲行в每茖W家們除了利用NIF來模擬超新星、黑洞邊界、恒星和巨大行星內核的環(huán)境，為科學界提供大量之前無法獲取的數(shù)據(jù)外，也可用它來模擬核爆。最后，因為激光射中目標內的環(huán)境與質量巨大的星球內部的環(huán)境一致，科學家們希望能借此洞悉聚變反應如何產生諸如金和鈾等一些重金屬元素。它能為你做什么？一些NIF的擁護者表示，NIF可制造出類似太陽內部的可控氫核聚變反應，因此，可用來生產可持續(xù)的清潔能源。甚大陣——能傾聽宇宙的射電望遠鏡陣列甚大陣（VLA）是美國國家射電天文臺在新墨西哥州建造的射電望遠鏡陣，是全球最大的望遠鏡之一，其共有27個口徑為25米的拋物面天線，排列成Y型，每臂長約1公里，觀測波長可短至1厘米。甚大陣采用一種綜合口徑技術，其分辨率相當于口徑為27公里的一個單拋物面天線，可以收集宇宙中最明亮的物體發(fā)出的信號。其姐妹陣列超長基線射電望遠鏡陣列（VLBA）由十臺射電望遠鏡排成一條直線而形成，VLBA的最大長度為8611公里。VLA和VLBA這對“姊妹花”讓科學家可以管窺遠至宇宙的邊緣、近至月球一樣的天體。科研效用因為射頻信號能穿透讓很多物體變得模糊不清的宇宙塵埃，VLA和VLBA能看清光學望遠鏡無法看到的事物?？茖W家們已經使用VLA研究了位于銀河系心臟的黑洞，也用其搜尋到了伽馬暴（來自遙遠宇宙的瞬時高能電磁輻射爆發(fā)）并于1989年接收到了“旅行者2號”宇宙飛船通過海王星時傳回的無線電廣播，讓我們首次看到了氣體巨星和其衛(wèi)星的清晰圖片。VLBA用于測量地球在宇宙中方位的偏移。通過一直聚焦于遙遠的固定目標（諸如類星體），科學家們能探測地球在太空中所處方位的明顯變化。遇到諸如今年年初讓日本遭受重創(chuàng)的大地震時，地球在宇宙中的方位可能會有所偏離。它能為你做什么？從現(xiàn)代天文學教科書中隨便挑出一章，人們會發(fā)現(xiàn)，很多物體的發(fā)現(xiàn)或理論的推演都基于VLA和VLBA這對“姊妹花”收集到的數(shù)據(jù)。VLBA也收集位于近地小行星上的數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)有助于科學家預測是否有小行星會同地球相撞。全球最大的海底觀測站“海王星”——直播海底世界地球約四分之三的面積被海洋所覆蓋，地球上90%的生物以海洋為家。然而，迄今為止，人類對海洋的認識一直非常有限。由加拿大維多利亞大學牽頭的“海王星”海底觀測站將為人類直播海底世界，為我們認識海洋助一臂之力。據(jù)加拿大新聞社報道，2009年12月8日，被稱為世界上最大的海底有線局域網的加拿大“海王星”海底觀測站在西部太平洋沿岸省份不列顛哥倫比亞的埃斯奎莫爾特海軍基地正式啟動，有專家預測，海洋學研究有望迎來一個全新時代?？蒲行в谩昂Ｍ跣恰焙５子^測站是目前全球最大的海底觀測站，包括5個13噸重的像太空艙一樣的設備、400塊傳感器，這些設備放置在溫哥華島西海岸海底，由約795公里長的海底光纜相連，所有這些設備都通過互聯(lián)網連接在一起。據(jù)報道，該計劃耗資1億加元（約合9000萬美元）。在未來的25年時間里，這項計劃將對海底發(fā)生的情況進行長期實時監(jiān)測，通過這些數(shù)據(jù)，科學家能對海底生命、海底的地理情況以及化學情況有更深了解；能夠了解從地震動力學到氣候變化對水柱產生的影響；了解從深海生態(tài)系統(tǒng)到鮭魚遷移等各種各樣的信息。維多利亞大學校長戴維?特平說，隨著人們對海洋了解的不斷擴大，“海王星”計劃將在幫助人們以前所未有的方式認識海洋方面發(fā)揮重要作用。它能為你做什么？全球各地的海洋生物愛好者能通過互聯(lián)網同時觀看海底動物的一舉一動、傾聽座頭鯨的歌唱等。10.相對論重