奇库加速器，如何制造粒子对撞机？
能量是描述粒子对撞机的最重要的物理量，根据爱因斯坦的质能关系：
能量就是质量，能量就是粒子，能量越高意味着有各种幺蛾子可能从里面飞出来。
在原子物理中，能量的单位一般用“电子伏”，在粒子物理中，能量的单位一般用“兆电子伏”，因为把原子核敲裂比把原子中的电子从原子核附近剥离出来要难得多。
1电子伏就是把一个电子顺着电场力的方向移动一伏特所获得的能量。最早的加速器，就是真空管（老式电视机里的显像管），电子从阴极射出后经过一个加速电场加速获得能量。这样获得的能量比我们想象的要高，可以达到万电子伏（作为比较干电池只有1.5伏，我们平时用的交流电是220伏）。
这里需要先复习一下科学记数法，因为很快这个能量会像断了线的风筝一样飞速增长。
主要基本粒子及其静能量：
早期的加速器和老式电视机中都使用了考克拉夫特-沃尔顿型电压发生器（Cockcroft–Walton generator，一种级联发生器），其原理如下：
上图中Vi是输入的交流电（比如+-100伏的方波），在经过一系列电容和二极管后，最终将在Vo输出200V的直流电，假如增加这个级联构造的级数的话，电压还会继续倍增。很容易把电压加到万电子伏（老式电视机显像管中的电压）。
考克拉夫特（John Cockcroft, 1879-1967）和沃尔顿（Ernest Walton, 1903-1995）用这个原理建造了第一台用于核物理实验的加速器，他们用质子轰击锂核，导致锂核分裂，最终得到了两个α粒子。
他们是这样来确认如上反应发生的：
两个人分别观察一个屏幕，如果有一个α粒子射出的话，屏幕就会发亮，如果他们看见了这样的闪光，他们就敲击一个键。两个时间一致的键击就证明了锂核的分裂。考克拉夫特和沃尔顿因此获得了1951年的诺贝尔物理奖。考克拉夫特-沃尔顿型电压发生器迄今还用作接在大型质子加速器离子室后面的初始加速器。
德国威廉皇帝学会的3兆电子伏“考克拉夫特-沃尔顿电压发生器”是30年代最强大的CW电压发生器早期加速器，除使用考克拉夫特-沃尔顿电压发生器外，还使用范德格拉夫电压发生器（van der Graaf generator）。范德格拉夫电压发生器利用摩擦起电的方式在一个中空金属球上积聚电荷，从而产生高电压，为了增加电压，也常常把两个范德格拉夫电压发生器“纵列”串联起来，一个积聚正电荷，另一个积聚负电荷。利用范德格拉夫电压发生器制造的加速器是回旋加速器出现前最强大的加速器。美国布鲁克海文国家实验室中使用的“纵列范德格拉夫电压发生器”达到了30兆电子伏。
范德格拉夫电压发生器常用于科学教育如果要敲碎更多原子核，就需要能量越来越大的加速器。
考克拉夫特-沃尔顿电压发生器和范德格拉夫电压发生器会产生很强的电场，电场过强会导致“击穿”。这意味着很难继续增加被加速粒子的能量。自然的思路就是用不太强的电场反复加速粒子，比如是否可以用交流电反复加速粒子？
早在1920年代就有人提出了利用交流电反复加速粒子的构想，按照这种构想，粒子会越飞越快，相应加速的距离也会越来越长，加速器的尺寸会很快变得很长很长，从工程的角度不现实。
劳伦斯想到了可以给带电粒子施加磁场，使粒子在磁场中转起来，这样直线加速器就变成了“回旋加速器”（Cyclotron）。
回旋加速器的好处是，当带电粒子运动速度不快（不考虑狭义相对论修正，也不考虑带电粒子在“转圈”过程中会损失能量）时粒子在磁场中“回旋”一周所有的时间是相同的，不依赖于粒子的速度，也不依赖于粒子“转圈”的半径。
带电粒子所受洛伦兹力：
这里q是粒子的电荷，v是粒子的速度，B是外加磁场。
粒子做圆周运动，洛伦兹力等于离心力：
这里m是粒子的质量，R是粒子转圈的半径。
可求出粒子的速度：
粒子回转一圈的时间是：
回旋加速器被誉为加速器历史上唯一重要的发明。
我们可以把回旋加速器的半径表示为：
这里E是粒子的动能，要使加速器做的比较小，不占地方，我们必须使用大磁铁，获得较大的B。
1930年春，劳伦斯和他的学生Nels Edlefson做了两个结构简陋的回旋加速器，直径4英寸（10cm）大小，造价只有25美元，其中一个显示了能工作的迹象。
当原理被验证后，后续的加速器很快就变得越来越大。
- 1931年，1月2日，劳伦斯和他的学生李文斯顿用一个4.5英寸（12cm）的加速器产生了8万电子伏特的质子。
- 1932年，劳伦斯又做了9英寸和11英寸的机器，可把质子加速到1.25MeV。正好此时，传来了考克拉夫特和沃尔顿把锂原子核打碎的消息，劳伦斯紧张工作，不久就用11英寸的机器重复了考克拉夫特和沃尔顿的实验结果。
- 1932年，劳伦斯和李文斯顿开始设计27英寸（69cm）的机器，劳伦斯利用了联邦电报公司闲置的75吨电磁铁芯，自己动手配置磁极和线圈，仅“励磁线圈”就耗去铜线8吨。
- 1936年，在劳伦斯的主持下，27英寸的加速器升级为37英寸，粒子能量达到6MeV。
- 1939年5月，60英寸（1.52m）的回旋加速器。
- 1946，最大的单磁铁回旋加速器，直径4.67米（184英寸），可把质子加速到730MeV。
劳伦斯（右）和奥本海默（左），背景是184英寸加速器随着粒子的能量继续升高，粒子转一圈的时间开始不同了，此时必须考虑狭义相对论效应，同时还要使用多块强大的磁铁，使用磁场来完成对粒子束的“同步”和“聚焦”。这种加速器就是同步加速器（Synchrotron）。（同步加速器中磁场强度随被加速粒子能量的增加而增加，从而保持粒子回旋频率与高频加速电场同步。）
- 1952，Cosmotron（宇宙射线级加速器），布鲁克海文国家实验室，可把质子加速到3.3GeV。
- 1954，Bevatron，劳伦斯伯克利国家实验室，6.2GeV，发现反质子。
- 1957，俄罗斯，杜布纳制成了7GeV的机器。
- 1959，质子同步加速器（PS，Proton Synchrotron），CERN（欧洲核子中心），28GeV。
- 1960，交变梯度同步加速器（AGS，Alternating Gradient Synchrotron），布鲁克海文国家实验室，33GeV。
AGS和PS的直径达到大约200米。
- 1981-1984，超级质子同步回旋加速器（SPS，Super Proton Synchrotron），CERN，周长6.7公里，450GeV。
- 1986-2011，Tevatron，费米国家实验室，周长6.86公里，第一个使用超导磁铁的加速器，980GeV（即接近1TeV），1995年发现顶夸克（t）。
- 1993年被取消的超导超级对撞机，20TeV。
- 2009-今，大型强子对撞机（LHC），CERN，周长27公里，6.5TeV（设计7TeV），发现希格斯玻色子。
加速器能量-时间的log图，可以发现LHC是目前能量最高的，同时它也开始偏离能量-时间的log曲线由于轻粒子会在回旋加速器中损失更多能量，所以有些大型电子对撞机也使用直线加速。著名的有斯坦福直线对撞机（SLAC）。斯坦福直线对撞机可能是有史以来最成功的对撞机，在它上面发现了上夸克（u），下夸克（d），奇夸克（s），粲夸克（c），τ子等；
斯坦福直线加速器鸟瞰，长度有3.2公里目前计划中的大型对撞机有：国际线性对撞机（ILC），中国的超级对撞机（CEPC-SPPC），和欧洲的未来环形对撞机（FCC）。
参考阅读：Veltman, 《神奇的粒子世界·中文版》
霍金为何未获得诺贝尔奖？
下午才看到霍金去世的消息，对这位科学巨匠我了解的不多，只知道黑洞理论和时间简史（知道名词，不是了解内容）。对这样一位出色的全球顶级的物理学家没有获奖我也很失望，尽管我觉得这样的科学家比很多欺世盗名的人更应该获得诺贝尔奖。
我更加佩服霍金坚强的生存意志，多年的病痛折磨，他仍然活到了今天。
郑州金街孟婆汤火了？
6月5日，河南郑州金街，一位穿着老太婆衣服，带着满脸皱纹面具的"孟婆 "，在一口如梦如幻的白色汤水锅前卖起了“孟婆汤”。喝一口，人生五味酸甜苦辣咸，从此忘却今生烦恼事！
一时间，现场人山人海，很多人光是排队都要排几个小时，只为能亲口品尝一 碗能忘却今生烦恼的“孟婆汤”！
据统计，一周内人流量达200万余次，场面堪比明星演唱会，人群涌动，好不热闹
据现场维持秩序的男子介绍，他们是想给疫情过后的大家找点快乐，孟婆汤其实是苦丁茶，是免费送给大家喝的。
为什么孟婆汤会火呢？
1、比较新奇！以前没有过这样的先例！
2、地摊经济重启，人流量比以前要多的多！
3、夏天天气炎热，而孟婆汤既免费还解渴解暑，还能吸引大家注意！
4、“那句忘掉你所有的烦恼和忧愁”，真正说到了很多人的心里头！疫情之下，打乱了很多人的正常生活学习，现在恢复到以前的生活状态，让大家很放松！
为何大家都爱跟风呢？
都这么火了，我想每个人都有好奇心，知道了怎么能不看一看呢？应此跟风很正常吧！
我不在郑州，但是看到这个新闻，也想点开看一看哦！
各位网友，您怎么看哦？
假如现在发明出速度达到一秒一光年的飞行器？
1秒钟就能飞1光年，对于星系来说是一个很快的速度。然而对于宇宙来说，依旧是小菜一碟，更重要的是，宇宙的边缘完全是个未知的世界。
1秒1光年，能找到太阳系边缘？火星到地球的平均距离大约是0.0000228光年，按照1秒1光年的速度，只需要0.0000228秒就能从地球到火星，就算从地球到冥王星，也只需要0.0006393秒。
这是人类无法想象的速度，毕竟现在的航天器，从地球到火星至少需要200天的时间。这意味着，1秒1光年的速度，想要探索太阳系是小儿科。
1秒1光年，能找到银河系边缘？1秒1光年探测太阳系非常简单，那么穿越银河系呢？
取一个极端的例子，银河系直径大约10万光年，假设从银河系的边缘穿越到另一个边缘，横跨10万光年，那么这个飞行器需要飞行10万秒，大约是28个小时。
看来1秒1光年的飞行器跨越银河系也非常简单，只需要1天多的时间，就能彻底离开银河系。而且太阳系位于银河系旋臂，想要离开银河系更容易一些。
离开银河系，就要面对空荡荡的宇宙空间，就像离开城市进入郊区，需要很久才能遇到下一个城市。离开银河系，也是星际旅游的开始，距离宇宙边缘越来越近。
1秒1光年，能星际旅游吗？仙女座星系距离银河系大约254万光年，1秒1光年需要254万秒，也就是706小时，29.4天，差不多一个月的时间，才能从银河系到达仙女座星系。
离开银河系，就会发现1秒1光年其实也并不是很快。就像在城市里开车，去哪里都很快，但是想要开车从北京到上海，就不能相提并论了。而仙女座星系还是比较接近银河系的临近星系。
一个月时间到达另一个星系，感觉还能接受，毕竟目前从地球到火星都要9个月左右。
既然开始寻找其他星系，下面就需要穿越星系团，更加靠近宇宙边缘！
1秒1光年，能穿越星系团吗？距离地球最近的星系团是室女座超星系团，距离地球大约6000万光年。
按照1秒1光年的速度，需要6000万秒，也就是695天，23个月，几乎就是2年时间。从地球出发，2年时间到达距离最近的星系团，这对于宇航员来说有些勉强，毕竟离开地球磁场的保护，宇航员在太空生活2年还是比较危险的。
但是都已经到达1秒1光年，太空辐射肯定都是小问题，进入最近的星系团，就要开始横穿星系团。室女座超星系团直径约为2亿光年，横穿室女座超星系团，需要2315天，也就是6年多的时间。
总体计算一下，从地球以1秒1光年的速度出发，至少需要8年时间，才能穿过最近的星系团。
1秒1光年，想找到宇宙边缘？人类目前观测到的宇宙直径为970亿光年，宇宙实际有多大还是未知数。按照目前人类观测到的宇宙来算，就算穿越宇宙的半径，也需要1538年，横穿宇宙则需要3076年，当然宇宙肯定不止这么大。
更可怕的是，宇宙由于暗能量的作用，依旧在不断膨胀，并且“宇宙边缘”是一个非常虚幻的概念，理论上认为“宇宙边缘”不是一堵墙，所以是没有质量的，这就意味着暗能量可以一直加速宇宙的膨胀，总有一天宇宙膨胀速度会超越光速。
总结：人类在宇宙中，就像一条在鱼缸中的鱼，不断寻找真正的鱼缸边界。
原本人类认为自己被限制在“天圆地方”的鱼缸里，后来发现真正的鱼缸是太阳系；随着对太阳系的探索，人类发现鱼缸其实是银河系；然后又发现星系团、宇宙网、或许还有平行宇宙。
人类对宇宙的探索过于艰难，而且过于缓慢，而宇宙不会等待人类。虽然天文学家尚不能理解暗能量，但是如果暗能量持续加速宇宙膨胀，并且宇宙膨胀速度超越光速，那时候宇宙中的一切都将以光速远离，人类将再也看不到其他天体的光芒，宇宙的秘密也将永远被掩藏。
作为能量的光可以被黑洞的引力吸引？
光其实是具有能量的
很多人通常会把能量和质量区分开，能量是能量，质量是质量。实际上，这个观念不太符合如今的主流科学理论。根据爱因斯坦的狭义相对论：
质量里还有能量，能量里还有质量，它们其实是一回事，是一个东西的两面，就看你如何测量。所以，质能是等价的，具体的等价公式就是质能方程E=mc^2。
我们可以举个例子来帮助你理解，我们可以把一个东西看成是你的财富，也就是总资产。但同样是总资产，你的总资产可以是美元形式来体现，也可以是人民币的形式来体现，这当中，你的总资产是不变的，变得是到底是什么形式来体现。这里的美元我们就可以看成是质量，人民币就可以看成是能量，而c^2就是汇率。
所以，光具有能量，实际上就会具有质量。你可能会纳闷了，光就是“纯能量”，咋会有质量？我们常说的质量其实是指“静止质量”，而光其实具有动质量。
牛顿知道了这些，我们再来看看“光为什么可以被黑洞的引力吸引？”
如果光具有质量，那它就可以用牛顿的万有引力定律来描述。
不过，这里我们可以用牛顿思考万有引力的方式来思考黑洞为什么会把光吸引进去。
首先，如果你有个理想的大炮，这时候，你在地球表面上向外打出一颗炮弹。
它会呈现抛物线的形式，如果你把炮弹打到一定的速度，就可能是下面这样，开始绕着地球转。
如果你再让大炮打出去的炮弹速度再快一点，这时候，炮弹可能就会脱离地球的引力束缚飞出去。
我们把物体恰好脱离地球束缚的速度叫做第二宇宙速度。
其实不光地球有第二宇宙速度，任何一个天体都有。而黑洞就是一个极其特殊的存在，这是因为它的第二宇宙速度要远远大于光速，于是，光就没有办法摆脱黑洞的引力，只能被吸进去。以上就是从牛顿万有引力的角度来诠释光跑不出黑洞的原因。
广义相对论当然，你可能要问的是，那引力是什么？
其实引力到底是什么，牛顿并没有讲清楚。他认为是超距作用，说白了就是瞬间传递的一种作用，至于是什么原因，他也说不清楚。
后来，爱因斯坦在把狭义相对论做进一步推广时，得到了意外的结果。原本狭义相对论研究的是物体在平直时空中的运动情况。
而广义相对论则是研究物体在弯曲时空中的运动情况。
而爱因斯坦发现物体的质量会使得时空弯曲，周围物体的运动就会沿着时空的“直线”（专业的叫法就是测定线）在运动。也就是说，地球之所以会绕着太阳转，是因为太阳压弯了周围的时空造成的。
因此，爱因斯坦在广义相对论中提出，引力的本质是时空的弯曲。那具体对不对呢？
牛顿的万有引力一直解决不了水星的近日点进动问题，具体啥意思呢？
我们可以来看看下图，天体的运动轨道并不是一直不变，而是有变化的，也就是轨道自身也在动。之所以叫做水星近日点进动，是因为在太阳附近引力比较明显，这种效应明显，实际上地球的轨道也会发生变化。
牛顿万有引力对此就束手无策，而爱因斯坦广义相对论就可以很好的解释这个问题。除了进动问题，广义相对论对于光线偏折，引力透镜等的解释误差远小于牛顿理论。并且，爱因斯坦的广义相对论预言了黑洞和引力波的存在。这些充足的证据，最终使得广义相对论成为解释引力的主流理论。
那黑洞能吸引光，在广义相对论当中应该如何解释呢？
实际上，我们上文也提到，光是沿着时空的测地线在运动，当传播到时空扭曲程度很大的地方就会弯曲，这个现象在太阳附近就经常出现，天文学家爱丁顿也曾经测量过。
但不同质量的天体对于时空的弯曲程度是不同的，中子星就要远比太阳对于时空的弯曲严重得多，黑洞要比中子星更狠。它的这种弯曲，可以使得光沿着测地线运动时，直接就掉入到黑洞当中，这就好像光被黑洞吸进去了一样。
这也就是爱因斯坦的广义相对论对于光被黑洞吸引的相关解释。
最后，我们来总结一下，光并不是没有质量，它只是没有静止质量，但是它有动质量。从牛顿的万有引力的角度来看，黑洞其实一个第二宇宙速度远大于光速的物体，所以光会被吸引进去。而从广义相对论来看，引力的本质是时空的弯曲，而黑洞严重扭曲了时空，使得光在经过黑洞附近时，沿着测地线运动就会掉落到黑洞中。