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奇幻绚烂的宇宙

——从霍金宇宙三部曲说起

DATA:2018-07-09  浏览次数:1614

今年,当代最伟大的科学家霍金离开了这个让他曾经着迷和神往的世界,一代巨星陨落。对此,新华社曾撰文说:“世界再无霍金,时间简史永存”。然而,霍金身后留下的不仅仅是《时间简史》,还有《果壳中的宇宙》和《大设计》,人们统称为霍金宇宙三部曲。

霍金宇宙三部曲虽说是科普读物,但从对人类影响的角度讲,堪比马克思《资本论》,它对人们认知世界产生了颠覆性的影响。人们通过霍金三部曲神游奇幻绚烂的星空世界,领略浩瀚宇宙的多姿多彩。

时空

——需要大家重新认识

爱因斯坦相对论和量子力学是现代科学的基石,让人们有机会、有能力领略宏观到微观世界的精彩。

在爱因斯坦狭义相对论里,当一个物体的速率接近或超过光速时,空间就会压缩,时间就会变慢。一个鲜为人知的科幻故事说,一个人乘坐一艘光速旅行航天器,在遨游太空20年返回地球后,发现他的妻子早已过世,他的儿女也老态龙钟了。这有一点像神话里的传说,“天上一天,地上一年”的不可思议的味道。然而,这是科学,而且被无数间接和直接的事实而证实。有人精确地计算过,在地球上一个人乘坐一架飞机逆太阳绕地球飞行一圈,其寿命可延长零点几秒。时间再不是永远不变的,它可以变慢,人可以相对地球时间活几百年或更长。空间也再不是直线散发的,它可以缩短,让距离不再遥远。其唯一的条件是使物体的速率达到和接近光速。

在爱因斯坦的广义相对论里,天体在宇宙中旋转会产生引力波,并不断向外传播。现在引力波的存在已被证实。形象地说,引力波的产生如一潭平静的水面投入一个石子,激起的涟漪一圈一圈向外扩散。爱因斯坦认为,宇宙就如一张平静“膜”,当一个天体投入“膜”中时“膜”就会凹陷下去,随着运动就激起一圈一圈“涟漪”,也向外传播,并且不同质量的天体在这张“膜”滚出凹槽式的轨道,导致时间空间不再是直线发散的,而是弯曲变形的。

黑洞

——揭开光线偏折的微妙

黑洞的发现也是相对论的成果之一。因为黑洞是观察不到的。在爱因斯坦相对论发明前,一些天文学家观察一些天体的位置时,常常和理论计算结果存在很大的偏差。如,通过计算某颗星体在某个时刻会出现在某个位置,但观察结果却常常在另一个时刻另一个地点出现。爱因斯坦广义相对论发表后,认为光线在经过某个领域时,光的传播发现偏折,说明这个区域有质量非常大的星体,它使光都不能逃逸,经过其周边的光线也会发生偏折,即光的传播方向发生改变,这样就会造成观察星球的位置发生变化。就像大家看到的水中的鱼和真实位置偏离是类似的,因为光线通过水面发生了折射作用。

科学家们把导致光线发生偏折,且观察不到的大质量天体称为黑洞。黑洞是恒星燃烧完后,经过两次塌陷形成的,它先是变成红巨星,再变成白矮星。白矮星再爆炸后成为超新星和中子星,中子星再次塌陷变为黑洞。黑洞只是光线发不出来,但它能发出其他射线,如α射线等。因此,它仍然是常规物质。

在大家观察到的银河系里就有很多黑洞。大家赖以生存的太阳最终也会变成黑洞,人类世界就会终结。因此霍金警告说:人类应该移居到其它星球。


暗物质、暗能量

——告诉你一个全新的宇宙

要搞清楚宇宙中的暗物质、暗能量,先要从宇宙的诞生说起。现在大家已经知道,宇宙产生于大爆炸,宇宙的年龄是134亿年。科学家已计算出,宇宙的爆炸瞬间为10-43秒由十维宇宙分裂成一个四维宇宙和一个六维宇宙。六维宇宙崩溃,压缩成10-32米。四维宇宙爆炸后温度高达1032度,就形成了今天大家看到的宇宙,即三维空间加一维时间的四维宇宙。在大家现实世界中,无中生有是不可能实现的,但在宇宙中是可以实现的。大家现在看到的宇宙,就诞生于一点。

经典物理理论认为,星球间有规律的运动是由牛顿万有引力定律(F=GMm/R2)来实现的。然而,现代科学研究发现,仅靠万有引力维持宇宙运转和一个个完整的星系,宇宙应是一盘散沙。宇宙之所以能维持现有的秩序,只能是因为有其它物质的作用,而这个物质今天还没有被证实,因此,统称为暗物质。

同时,科学研究发现,宇宙正在加速膨胀。大家知道宇宙加速膨胀就要有新能量的加入,而这种能量现在无法测量,就称其为暗能量。

宇宙中暗物质、暗能量究竟有多少个?据科学家计算,要维持宇宙现有的秩序,其暗物质等于大家能看到的物质的5倍。按照爱因斯坦的质能公式E=mc?计算,要维持现在宇宙的膨胀速度,暗能量是现有物质和暗物质总和一倍还要多。令人困惑的是,到目前为止,人类还没有真正找到暗物质和暗能量,只是一种间接的推论,说明它们的存在。因此宇宙的奇幻远远超出人们的想象。

量子纠缠

——让大家认知瞬间坍塌

量子纠缠在当前而言,是最牛的科技成果。量子通讯已成为当前最前沿、最神秘、最保密的信息通讯技术。量子计算机的诞生,让当今最牛的电子计算机瞬间失去了威风。有人曾做过形象的比喻,如果量子计算机普及了,现在的电子计算机就相当于过去的算盘运算的级别,着实令人吃惊。

量子纠缠是量子力学的一种形态,实验证实,两个没有任何关系的量子,会在不同位置出现完全相同或相关的表现。比如相隔若干公里,甚至是几光年的两个量子,它们之间并没有任何常规联系,一个出现状态变化,另一个几乎在相同的时间出现相同状态变化,而且不是巧合。

量子纠缠的这种形态彻底颠覆人们的认知。现在大家认为世界是物质的,意识是物质对立的另一种存在。如果把意识放到量子态分析,意识本质上也是一种物质。即有一种物质和生灵可实现量子纠缠,可以完全彻底地影响物质的状态,如神存在一般,让大家不得信服,日本著名企业家稻盛和夫的一句话:“只要你努力了,神也会帮助你的”是真实可信的。

虫洞

——通往过去和未来的时间隧道

根据爱因斯坦狭义相对论的局限条件,时空旅行的飞船不可能达到接近光速的速度,因此,打通时间隧道几乎是不可能的。然而,科学家又设想,人类也许可以把时空卷曲起来,实现时空的穿越。如一张纸对角线上的A、B两点,A、B之间最短距离为其对角线长度。如果把这张纸折叠起来,使得A、B两点重叠,A、B两点距离就只有纸的厚度,只要在纸上打个洞就能从A到达了B。这样AB之间就创生了一个虫洞。顾名思义,虫洞就是一个时空的细管,它能把两个相隔遥远的几乎平坦的区域连接起来。例如人们可以想象,找到一个从太阳系附近通到半人马座的虫洞,那样的话,虽然在通常情况下地球和半人马座相隔20亿英里,而通过虫洞的距离却只有几百万英里。这样,虫洞和超光速旅行方式一样,人们就可以逆时旅行,从而可以回到过去,抵达未来。

能否找到虫洞,并且维持虫洞一直是人们探索的一个课题。爱因斯坦认为,虫洞不能维持足够久,因为虫洞会缩紧,飞船会撞到奇点上去。现在,人们提出并设想,一个先进的文明可能使虫洞维持开放,或者可以把时空以其它方式卷曲,使它允许时间旅行。大家通常的物质具有正能量密度,赋予时空以正曲率。因此,要想实现逆时空旅行,就需要建造一个负曲率时空区域,人们就必须要有负能量密度的物质。因此,大家可以设想,人类如果某天能够获取反物质,那时人们可利用它赋予的负能量,就可以实现逆时空旅行,再现古人的生活场景,将不是天方夜谭。随着科技的发展,也许能够变为现实。

万物理论

——坍塌的物理世界与崩溃的内心世界

大家现有的物理学理论认为,光速是不可超越的,但现在人们测定,量子纠缠的传导速度至少达到4倍于光速。如果大家能实现量子纠缠的速度,人们就可以回到过去或达到未来。这个物理世界就会坍塌,需要人们重新构建一套全新的物理理论。

同时,科学发展到今天,人们第一次知道,大家看到的世界仅仅是整个世界5%,而且有95%是人们未知的。人类只是宇宙的一粒尘埃,而不是宇宙的主宰。因此,霍金曾说:“如果大家真能发现一个完全的理论(万物理论),届时大家就能知道上帝的想法了”。

文/米文臣


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