为了加深我们对复杂而浩瀚的宇宙的理解，科学家们正在构建越来越大的科学工具，并进行越来越多雄心勃勃的科学实验。然而，要做到这一点并不容易，因为这些科学实验和工具动辄动辄数亿美元，需要不同国家、不同学科的研究人员集体努力才能完成。但所有这些实验都给了我们令人惊讶的结果，让我们认为这一切都是值得的。
我们列出了有史以来最雄心勃勃的 10 个科学实验：从世界上最大的海底天文台，到窥视我们星球的“终极显微镜”，再到危险的木星世界，等等。最终目的只有一个，那就是让人类更好地了解宇宙，最终了解自己。
要从科学实验的汪洋大海中挑选出 10 个最雄心勃勃的科学实验并不容易。客观因素包括实验设备预算、建设成本、参加人数；主观因素是指实验的相对重要性，包括它的科学实用性、对公众的实用性以及其他让人目瞪口呆的因素。
1.地球透镜计划——地球深处的望远镜
EarthScope 是一个在美国已有 15 年历史的项目，它是一个悬而未决且已部分实施的项目，其目标是发展地震科学并促进其在地震减灾中的应用。
地球透镜计划旨在追溯北美的地质演化历史，是世界上最大的科学实验。这个地球科学天文台记录的数据覆盖面积为973万平方公里。从 2003 年开始，该计划的 4000 多个实验设施已经收集了 676 TB（兆兆字节，或 TB）的数据，相当于美国国会图书馆数据的四分之一，并且每 6 周到 8 周，它将增加 1 TB数据。
科学研究
地球观测计划的具体目标是揭示北美大陆的构造、演化和动态过程；探测主动故障系统的行为；研究地震成核和破裂过程；增进对自然灾害的了解；了解地幔结构与动力学、地壳构造、构造地质学和地壳流体之间的关系；通过对地球跨学科科学的广泛而全面的研究，推进整个地质系统的研究。
北美和波多黎各有 1,100 个永久性全球定位系统 (GPS) 元件用于跟踪因构造变化而导致的地表变形。加利福尼亚活跃的圣安地列斯断层附近的地震传感器记录了断层上最轻微的滑动；一小队科学家计划在未来十年内使用反铲挖土机制造一个移动式 400 地震仪 该阵列已经穿越美国，明年它将到达美国东海岸，科学家将在那里收集 2000 个地震仪的数据地点。
它能为你做什么？
EarthScope 获得的数据可以帮助科学家解释地震和火山爆发等地质事件背后的力量，从而更好地检测这些现象。到目前为止，从这个科学项目收集的数据表明，美国圣安德烈亚斯断层上的岩石比其外的岩石更脆弱；而且黄石超级火山下面的岩浆蒸气比之前想象的要大。
2.大型强子对撞机 (LHC) - 旨在寻找“上帝粒子”
大型强子对撞机 (LHC) 位于瑞士日内瓦郊区的欧洲核研究中心 (CERN)。对撞机。 LHC 每小时消耗 700 吉瓦的能量；它每年花费 10 亿美元。来自全球 60 个国家/地区的 10,000 多名研究人员和工程师正在不知疲倦地开展六个大型强子对撞机项目，旨在解开宇宙基础物理学的奥秘。
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究竟什么是暗物质？空间中是否存在其他维度？被称为“上帝粒子”的希格斯玻色子真的存在吗？粒子是否有相应的超对称（SUSY）粒子？宇宙是如何形成的？当重子的质量被更精确地测量时，标准模型是否仍然成立？ LHC 的 6 个粒子探测器能够记录和可视化亚原子粒子的路径、能量和特征，有望提供答案。
LHC 有两个大型实验。来自环形仪器 ATLAS（希腊神话中的天空之神）实验的探测器正在寻找具有明显动量不平衡的撞击事件，这表明宇宙中存在被认为构成暗物质性的超对称性。紧凑型 μ 子螺旋磁谱仪 (CMS) 实验补充了 ATLAS，其主要目的是寻找超对称性和寻找难以捉摸的“上帝粒子”希格斯玻色子的踪迹。
ATLAS 和 CMS 均基于多用途探测器，用于分析加速器中撞击过程产生的大量粒子。这两个实验的调查规模和水平前所未有，使用两个单独设计的探测器是交叉确认任何新发现的关键。
大型离子对撞机实验 (ALICE) 和 LHC 底夸克实验 (LHCb) 这两个中型实验使用特殊探测器来分析与特殊现象相关的影响。
另外两个实验，全截面弹性散射探测器实验 (TOTEM) 和 LHC 前向粒子实验 (LHCf)，要小得多。他们的重点是“前向粒子”（质子或重离子）。当粒子束发生碰撞时，粒子只是相互掠过，而不是正面碰撞。
它能为你做什么？
尽管大型强子对撞机一直声称发现了“上帝粒子”，但这项科研项目对我们的日常生活几乎没有影响，除非你的家人和朋友想在餐桌上讨论宇宙的起源。
3.散裂中子源 - 拍摄分子的相机
橡树岭国家实验室拥有两个世界上最先进的中子散射研究设施，散裂中子源 (SNS) 和高通量同位素反应堆 (HFIR)。散裂中子源是世界上研究物质微观结构的最重要的科学设施之一。
散裂中子源每个月都会从国家电网获取 25 到 28 兆瓦的能量，并使用大约 850 万加仑的水来冷却自身。在运行期间，来自 SNS 加速器的每个脉冲中子束包含 2 万亿个中子，这些中子被发射到目标室中。这些密集的中子束为科学家打开了物质大门，以揭示原子结构如何随时间变化。 SNS 可以为研究人员提供比以往任何时候都更小的物理和生物材料样本的详细图像。
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SNS 向样本发送疾驰的中子。中子以 97% 的光速传播，但与对撞机中的粒子不同，中子遇到样品时不会产生大爆炸。中子很小，能量也很少，因此它们与物质的相互作用非常微弱。当中子穿过样品时，样品中的原子核会分散。这种相互作用改变了中子的能量和方向，距离样本仅几英尺的 14 个设备记录了样本内部发生的情况。
接下来，将有软件结合所有这些散射数据来绘制样品的原子结构，并且由于 SNS 以每秒 60 个脉冲的速度发射中子包，该软件将样品的原子结构记录为它会随着时间的变化而发生变化，例如将电影的各个帧组合成动态图像。
它能为你做什么？
科学家们正在使用这些原子级“电影”来实时监控电池的充电和放电，以制造更好的电池；也可用于研究蛋白质的结构。
4.国际空间站——一个轨道实验室
国际空间站是由六个航天机构共同推动的国际合作倡议。 1983年，美国总统罗纳德·里根首先提出了国际空间站的构想。经过近十年的探索和多次重新设计，直到苏联解体、俄罗斯加入，国际空间站才于1993年设计实施。
每年需要 20 亿美元和数千名员工的辛勤工作来维持国际空间站的运转。迄今为止，已有来自 11 个国家的 201 人访问了国际空间站，其中包括 7 位百万富翁。国际空间站还拥有阿尔法磁谱仪，这是迄今为止国际空间站最大、最重的仪器，旨在探测宇宙中的奇异物质，包括暗物质和反物质。
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在国际空间站，来自 NASA 的科学家、天文学家和其他合作者测试了可用于长途太空飞行的航天器部件和支撑系统。他们还检查了人体的身体状况，研究了长期太空飞行期间失重对骨密度、红细胞生成和人体免疫系统变化的影响。
它能为你做什么？
在国际空间站工作的科学家发现，沙门氏菌在太空中会变得更加致命。使沙门氏菌更致命的基因的发现和鉴定加速了科学家们开发首个耐甲氧西林金黄色葡萄球菌 (MRSA) 疫苗的努力，以击败沙门氏菌并感染医院数千名住院患者。
5.高级光源机制 - 终极显微镜
高级光源设施 (ALS) 是加州大学伯克利分校的粒子加速器。自 1993 年以来世界上能做到电磁弹射的国家，科学家们借用该设备向蛋白质、电池电极、超导体和其他材料发射比太阳表面亮一百万倍的质子束，以揭示它们的原子、分子和电子特性。
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ALS 是最亮的软 X 射线源之一（波长更长，X 射线穿透力更小），其波长对于带有附加分光镜的光谱显微镜（主要用于显示只有几纳米宽的样品）来说更加困难科学工具的结构和化学成分）恰到好处。 2006 年，从事 ALS 项目的科学家参与了识别太阳系早期形成的彗星尾部的尘埃。结果表明世界上能做到电磁弹射的国家，这些起源于宇宙角落的宇宙成分开始混合的时间比我们之前想象的要早。 .
同年，斯坦福大学生物化学家 Roger Kornberg 因使用 ALS 研究 RNA（核糖核酸）聚合酶的三维结构而获得 2006 年诺贝尔化学奖。结果数据使他能够清楚地描述遗传信息如何在称为转录的过程中从 DNA（脱氧核糖核酸）传递到 mRNA（信使 RNA），该过程将信息带出细胞核以构建蛋白质。
它能为你做什么？
使用 ALS 研究一种与恶性黑色素瘤有关的蛋白质，可以帮助科学家开发新的治疗方法来对抗这种疾病。目前，该药物处于II期和III期临床试验阶段。来自 ALS 的其他数据可能有助于科学家制造高容量锂电池电极以增加电池的充电容量。最终，了解石墨烯的物理和电气结构将有助于科学家开发原子级晶体管和更快的计算机处理器。
6.国民点火装置的威力——“人造太阳”不容小觑
国家点火设施 (NIF) 位于加利福尼亚州的劳伦斯利弗莫尔国家实验室，是世界上最大、最强大的激光器，大约有 3 个足球场长和 10 层楼高。
据悉，NIF可以通过192束激光束将200万焦耳的紫外线能量聚焦到一个2毫米的大型冷冻氢气球上，从而产生1亿摄氏度的高温和约1000亿倍大气压的高压地球，类似于恒星和巨行星的核心以及核爆炸产生的温度和压力。在此基础上，科学家可以进行许多以前在地球上不可能进行的实验。
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除了使用NIF模拟超新星、黑洞边界、恒星核心和巨行星的环境，为科学界提供以前无法获得的大量数据外，科学家还可以用它来模拟核爆炸。最后，由于激光击中目标内部的环境与巨大行星内部的环境一致，科学家们希望深入了解聚变反应如何产生一些重金属，如金和铀。
它能为你做什么？
一些 NIF 支持者表示，NIF 可以产生类似于太阳内部的受控氢聚变反应，因此可用于生产可持续的清洁能源。
7.Very Large Array——可以收听宇宙的射电望远镜阵列
甚大阵列 (VLA) 是由位于新墨西哥州的国家射电天文台建造的射电望远镜阵列。它是世界上最大的望远镜之一。它共有27个直径25米的抛物面天线，呈Y形排列，每条臂长约1公里，观测波长可短至1厘米。
甚大阵列采用合成孔径技术，其分辨率相当于单根27公里孔径的抛物面天线，可以收集宇宙中最亮物体的信号。其姊妹阵列超长基线射电望远镜阵列（VLBA）由十台射电望远镜排列而成，VLBA最大长度为8611公里。
VLA 和 VLBA 的“姐妹花”让科学家们可以窥探天体，远至宇宙边缘，近至月球。
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由于射频信号可以穿透遮蔽许多物体的宇宙尘埃，VLA 和 VLBA 可以看到光学望远镜无法看到的东西。科学家们利用 VLA 研究了银河系中心的黑洞，寻找伽马射线爆发（来自遥远宇宙的高能电磁辐射的瞬时爆发），并接收航海者 2 号宇宙飞船的穿越时间1989 年的海王星。早在 2016 年的广播中，我们就为我们提供了这颗气态巨行星及其卫星的第一张清晰照片。
VLBA 用于测量地球在宇宙中的方位偏移。通过持续关注遥远的静止目标，例如类星体，科学家们可以探测到地球在太空中位置的明显变化。地球在宇宙中的位置可能会在大地震期间发生偏差，例如今年早些时候摧毁日本的那次。
它能为你做什么？
现代天文学教科书中的一个随机章节将揭示，许多天体发现或理论推论都是基于“姐妹”VLA 和 VLBA 收集的数据。 VLBA 还收集有关近地小行星的数据，帮助科学家预测小行星是否会与地球相撞。
8.世界上最大的水下天文台“海王星”——活生生的海底世界
大约四分之三的地球被海洋覆盖，地球上 90% 的生物都以海洋为家。然而，迄今为止，人类对海洋的了解非常有限。由加拿大维多利亚大学牵头的“海王星”海底天文台将为人类播报海底世界，帮助我们了解海洋。
2009年12月8日，据加拿大通讯社报道，被誉为世界最大海底有线局域网的加拿大“海王星”海底天文台在西太平洋沿岸省不列颠哥伦比亚省埃斯奎马尔特海军基地正式启动，有专家预测，海洋学研究有望迎来新纪元。
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“海王星”潜艇观测站是目前世界上最大的潜艇观测站。它包括 5 个 13 吨重的类似太空舱的设备和 400 个传感器。这些装置放置在温哥华岛西海岸的海底，全长约795公里。所有这些设备都通过互联网连接在一起。据报道，该计划耗资 1 亿加元（约合 9000 万美元）。
在接下来的 25 年中，该计划将对海底发生的情况进行长期、实时的监测。利用这些数据，科学家可以更好地了解海底生命、海底地理和化学；气候变化对水柱影响的动力学；了解从深海生态系统到鲑鱼洄游的方方面面。
维多利亚大学副校长大卫·特平表示，随着我们对海洋的了解不断扩大，海王星项目将在帮助人们以前所未有的方式了解海洋方面发挥重要作用。
它能为你做什么？
全世界的海洋生物爱好者可以通过互联网同时观看水下动物的一举一动，聆听座头鲸的歌声。
9.相对论重离子对撞机——揭示宇宙起源的时间机器
美国纽约布鲁克海文国家实验室的相对论重离子对撞机 (RHIC) 经过 10 年的建设，于 2000 年正式开始运行。该实验旨在通过驱动两束金离子碰撞来创造一个微型“大爆炸”，让科学家们能够研究宇宙的早期形态；寻找新事物；并了解从最小的粒子物理学世界到最大的恒星的一切。它的工作原理和方式。
碰撞产生的温度可以达到7.2万亿华氏度（约4万亿摄氏度），可以熔化质子和中子。当质子和中子等粒子分崩离析时，构成它们的夸克和胶子（说明夸克相互作用假设的无质量粒子）自由相互作用，形成一种新的物质形式——夸克——胶子等离子体。碰撞后，夸克胶子等离子体冷却重新形成质子和中子，在此过程中产生 4000 个亚原子粒子。
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为了更好地了解物质在我们的宇宙中是如何演化的，参与 RHIC 的物理学家通过几个加速器发送金原子，剥离它们的电子并将它们变成带正电的离子。这些离子在两个循环管中以与光速相当的速度碰撞。科学家仔细检查了碰撞的残余物，发现在大爆炸后期出现的粒子表现得更像液体，而不是之前认为的气体。
它能为你做什么？
目前，参与 RHIC 的科学家正在开发能够加速和更精确地引导质子发光并杀死人体内癌性肿瘤的设备。工程师们还使用重离子束在薄塑料片上打出微小的孔，以制造在分子水平上筛除物质的筛子。此外，RHIC所采用的超导磁技术也将帮助科学家在未来开发出更高效的储能装置。
