章節2
最大的望遠鏡
望遠鏡的大小，主要是用望遠鏡的口徑來衡量的。為了對天體作更仔細的研究和觀測，為了發現更暗弱的天體，多年來人們一直在增大望遠鏡的口徑上下功夫。但是，對不同的望遠鏡在口徑上有不同的要求。現在世界上最大的反射望遠鏡，是1975年蘇聯建成的一台6米望遠鏡。它超過了30年來一直稱為“世界之最”的美國帕洛馬山天文台的5米反射望遠鏡。它的轉動部分總重達800噸，也比美國的重200噸。
現在世界上最大的折射望遠鏡，是在德國陶登堡天文台安裝的施密特望遠鏡，改正口徑135米，主鏡口徑2米。德國這台折射鏡也超過了美國最大的施米特望遠鏡。美國在望遠鏡上的兩個“世界之最”被人相繼奪走了。1978年，美國一台組合後口徑相當於45米的多鏡麵望遠鏡試運轉。這台望遠鏡由6個相同的、口徑各為18米的卡塞格林望遠鏡組成。6個望遠鏡繞中心軸排成六角形，六束會聚光各經一塊平麵鏡射向一個六麵光束合成器，再把六束光聚在一個共同焦點上，多鏡麵望遠鏡的優點是：口徑大，鏡筒短，占地小，造價低。最大的粒子加速器
加速器是一種能人工把帶電粒子的束流加速到高能量的裝置。它是研究原子核和基本粒子的重要設備，近年來，在工農業和醫療衛生事業中的應用也日益廣泛。按粒子運動的軌道形狀，可分為直線型和圓型加速器兩大類，前者有高壓倍加器、靜電加速器和直線加速器，後者有電子感應加速器、回旋加速器、質子同步加速器等。
目前世界上最大的粒子加速器是美國費密國立加速器實驗室的一台質子同步加速器，它可以把質子加速到500GeV（1GeV代表10億電子狀）。束流強度已達2×1013質子／脈衝。實際上這台大加速器是由4台加速器組成：750keV的預注入器，200MeV的直線加速器，8GeV的快速增強器和500GeV的主加速器。預注入器也叫高壓倍加器，是用來產生質子束流的低能強流加速器。質子從這裏開始加速，把從離子源中引出的負氫離子加速到750keV；直線加速器，它由9節組成，總長約150米，安裝在地下隧道之中，它的作用是把預注入器中產生的束流加速到200MeV；束流從直線加速器出來，經中能輸運段，就來到快速增強器。這也是一個同步加速器，每秒鍾可加速15次。負離子注入時穿過一層薄膜，就剝去外層電子而成為質子。經多次加速後能量可達8GeV。然後引出束流向主加速器注入。主加速器直徑2千米，是截麵為馬蹄形的混凝土隧道，鋪設在深約7米的地下。它的作用是把質子加速到高能量，完成最後的加速。正常運行能量為400GeV，最高能量達500GeV。計劃在主加速器上再造一個超導主加速器環，預計能量可提高到1000GeV。第一個現代物理實驗室
19世紀末葉，物理學進入了一個新的發展時期，推動物理學發展的物理實驗，同時從經典物理學發展時期以個人為主輔以簡單儀器進行研究的形式，發展到近代物理學研究中集體分工合作並配備高級精密儀器的形式。這種發展，導致現代物理實驗室的出現。
最早的現代物理實驗室是英國的卡文迪許實驗。不少人以為這個實驗室是著名的英國科學家、引力常數的測定者、確定水的組成並發現氫氣的亨利·卡文迪許建造的，其實不是這麼回事。當卡文迪許實驗室建成時，亨利·卡文迪許離開人間已有半個多世紀了。卡文迪許實驗室是在英國公爵德馮夏爾·卡文迪許的資助下建成的。這位同姓的公爵是亨利·卡文迪許的親戚。卡文迪許實驗室於1872年破土動工，兩年後就在劍橋自由學校巷裏建成。說也奇怪，這個物理實驗室竟是在一位著名的理論物理學家——麥克斯韋的領導下籌建的，他還是它的第一任主任。為了給實驗室增添儀器，麥克斯韋拿出了自己不多的積蓄。
卡文迪許實驗室它不僅出成果，而且出人才。許多有成就的物理學家都曾在這裏受到過現代物理學的熏陶。領導卡文迪許實驗室的都是成就輝煌、赫赫有名的現代物理學大師。繼麥克斯韋之後，任卡文迪許實驗室主任的有：現代聲學和光學的奠基人瑞利，電子的發現者J·J·湯姆遜（他在28歲時就當上了主任），現代原子核物理學之父盧瑟福，以科學研究組織工作見長的W·L·布拉格，現代固體物理的先驅莫特。除麥克斯韋之外，都是諾貝爾獎金獲得者。引力波的最早檢驗
人們所熟知的萬有引力的本質是什麼？牛頓認為是一種即時超距作用，不需要傳遞的“信使”。愛因斯坦則認為是一種跟電磁波一樣的波動，稱為引力波。電荷被加速時會發出電磁輻射，同樣，有質量的物體被加速時就發出引力輻射。這是廣義相對論的一項重要預言。但引力波那麼微弱，茫茫宇宙，到哪裏去尋找它呢？
1959年美國馬裏蘭大學教授韋伯發表了證實引力波存在的消息，這引起世界物理學界一陣狂熱的激動。事情是：韋伯等人製造了6台引力波檢波器，分別放在不同地點，進行長期的檢波記載。結果發現在各台檢波器上都記錄到一種相同的、不規則的“擾動”，並證明它並不是由聲學振動、地震、電磁幹擾或宇宙線幹擾等引起的。因此他們認為，“不能排除，這就是引力波”。之後許多國家的科學家采用各種方法企圖證實宇宙深處的同樣“來賓”，但終未得到肯定的結果。於是激動之餘，便隻能歎息罷了。
以後射電天文學的蓬勃發展給物理學家們開辟了新的探測途徑。射電望遠鏡的探測本領比光學望遠鏡強得多。美國天體物理學家泰勒等人在六年前，靠著射電望遠鏡發現了一個雙星體係——脈衝射電源（PSR1913+16）。按照廣義相對論計算，雙星相互繞轉，發出引力輻射，它們的軌道周期就因此而變短，（PSR1913+16）的變化率為-26×10-12。而在前年，他們也是采用精密的射電儀器，由實驗得到觀察值為-（32±06）×10-12，與理論計算值在誤差範圍裏正好符合。這可以說是引力波的第一個定量證據。
上述消息傳開，引起世界物理學界更大的激動。科學家們信心倍增，為歡迎引力輻射這位宇宙“嬌客”，將開展更為廣泛的探索研究。因為對引力波的探測不僅可進一步驗證廣義相對論的正確性，而且將為人類展現出一幅全新的物質世界圖景，茫茫宇宙，到處有物質，到處有引力輻射。約100年前對電磁波的驗證，使人類從此進入電子時代，取得驚天動地的巨大成就；那末，讓我們設想一下，要是有朝一日，引力波被完全確證，人類社會將會發生怎麼樣的深刻變化呢？最強的人工磁場
磁場有很大的用處，如儀表和喇叭裏需要永久磁鐵，高能加速器中帶電粒子需要靠磁場幫助加速，電動機和發電機需靠磁場才能轉動和發電……在多數情況下，人們希望磁場的強度越大越好。
過去，人工製造的永磁材料磁性都不太強。從60年代到70年代，人們相繼發現將釤、鐠等稀土元素與金屬鈷和鈦等稀土元素與金屬鐵合成的永磁材料磁性特別強。用這種稀土鈷和稀土鐵永磁材料做成的永久磁鐵是迄今為止磁性最強的永久磁鐵，已在工業、農業、宇航等部門得到了應用。
盡管如此，磁性最強的稀土鈷和稀土鐵永久磁鐵，即使磁路設計得相當合理，其磁極附近的表麵磁場強度也不過80萬安每米左右，遠遠不能滿足一些特殊的需要。
目前，人們應用的電磁鐵，可以獲得比永久磁鐵強得多的磁場強度，但要依靠電磁鐵卻很難獲得800萬安每米的磁場強度。1961年世界上第一台超導磁體誕生了。這種磁體主要是用超導材料做成的。在低於一定溫度時，超導材料會突然失去電阻，呈現超導狀態。利用超導材料這一性質，可以在超導體中產生很大的電流，從而產生很強的磁場，而消耗的電能卻很少。十幾年來，超導磁體越做越大，超導磁場越做越強。現在，1200萬安每米以上的超導磁體的製造技術已經相當成熟，1600萬安每米以上的超導磁體也已製成。這樣規模的超導磁場是迄今為止世界上能實用的最強的人工穩恒磁場了。隨著優質超導材料的出現，超導磁場的強度可望得到進一步提高。例如，1974年新發現了一種名叫鉛鉬硫化合物的第二類超導材料，它的上臨界磁場強度可達4800萬安每米。
1960年左右，意大利科學家用“爆聚法”獲得了非常強的脈衝磁場。到了70年代末，人們用這種方法已經得到了高達16000萬安每米的脈衝磁場。能量最高的對撞機
現在，高能加速器的規模十分巨大，象費米實驗室的10，000億電子伏的質子同步加速器，其圓形軌道已達6000餘米。如要繼續提高能量，那加速器的占地麵積就勢必大大增加。譬如，能量達億億電子伏的加速器，就要做得象地球一般大了。當然，這是不可能的事。那怎麼辦呢？製造對撞機是個好辦法。