如何將粒子加速到接近光速？有三種方法

2020-08-29 李將平老師

一百年前，愛因斯坦的廣義相對論通過觀察日食得到了證明。其實在此之前，愛因斯坦就已經發展了狹義相對論—— 一種理解光如何穿越太空的方法。

光子 ——以每小時超過10億千米的恆定速度穿過真空。

從黑洞到近地環境，整個太空中的粒子都被加速到令人難以置信的速度 - 有些甚至達到光速的99.9％！通過研究這些超快速粒子，我們可以更多地了解我們的宇宙。

以下是粒子可以加速的三種方式：

1）電磁場！

電磁場有兩個組成部分 - 電場和磁場共同作用，在整個宇宙中以超快的速度加速粒子。在適當的條件下，電磁場可以近乎光速的加速粒子。

我們可以利電場在地球上將粒子加速到類似的速度，比如粒子加速器，如大型強子對撞機，使用脈衝電磁場​​將粒子粉碎在一起，並產生大量能量的碰撞。這些實驗幫助科學家們了解宇宙大爆炸以及它如何塑造宇宙！

2）磁爆！

磁場遍布空間，環繞地球並跨越太陽系。當這些磁場相互碰撞時，它們會變得纏結在一起。科學家懷疑這是加速粒子的一種方式 - 例如，太陽風，即來自太陽的恆定帶電粒子流 - 加速到超高速。

當粒子與磁場相遇發生在地球背向太陽的一側時，粒子可以被投入地球的高層大氣層，在那裡它們會激發極光。

3）波粒相互作用！

粒子可以通過與電磁波的相互作用加速，稱為波粒相互作用。當電磁波碰撞時，它們的磁場會被壓縮。帶電粒子在電磁波之間來回反彈，就像在兩個牆壁之間的彈跳球一樣。這些類型的相互作用不斷發生在近地空間，並且會破壞太空飛行器和太空衛星上的電子設備。

波粒相互作用也可能是加速太陽系外部的一些宇宙射線的原因。在超新星爆炸之後，一股被稱為爆炸波的熱的，緻密的壓縮氣體，從星核中發射。這些氣泡中的波粒相互作用可以以99.6％的光速發射高能宇宙射線。

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