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席亚洲:请问,如何才能征服1400光年

7月23日,整个地球都被震动了,因为NASA又有大发现,这次他们说发现了一个与地球相似度达98%的行星。虽然所用的观察方法依然是间接方法,而且从理论上说,搜索到与地球相似的行星也只是一个时间问题,但不论如何,发现迄今为止与我们的家园最类似的行星依然是一件重要的事,这证明地球并不是宇宙中的“孤儿”,与地球类似的行星在宇宙中是广泛存在的,进一步说,生命存在的条件在宇宙中也是广泛存在的。尽管这些想法从概率论角度说是很正常的事情,但从科学方法角度而言,有实证才能说明理论的正确,其意义依然是很大的。

地球的另一个“兄弟”——开普勒452b

NASA发现的这颗开普勒452b行星距离地球1400光年,以我们还停留在化学火箭时代的技术能力,想要到达那里显然是不现实的,似乎这个发现只是科学家们吸引人们注意力的小把戏而已。

当然了,它也不是完全没有现实作用。今天早上笔者在QQ群里看到一位开公司的科幻爱好者说,他发给员工一封电子邮件:“第二地球的发现和无智慧生物可能是费米·哈特悖论的明证,大过滤极有可能存在,人类只有通过高度集中的快速且不懈的奋斗,才能找到走出地球逃离过滤的机会,抛弃浮躁的思维和享乐主义,努力工作研发才是文明意志延续的出路。所以,我决定这周六大家加班……”所以你瞧,至少第二地球也不是完全没有现实意义不是?不过你可能要问:“那货到底说什么?”

如果你看到这里还有兴趣,那下面这些内容是写给你看的。

所谓“费米·哈特悖论”,简单来说,就是“照理这个宇宙中应该到处都有生命,智慧生命的数量也不会少,形成文明并达到高度阶段的也应该很多,那么为什么我们看不到他们?”

看过《三体》的读者们一定已经想起了“黑暗森林”假说:宇宙是一个赤裸裸的丛林社会,总的资源是有限的,但文明对资源的需求是无限的,那么为了避免其他文明有朝一日威胁自己,无法互相交流的文明之间一旦观察到别人存在的证据,就会把它们当作对手消灭。根据这个“猜疑链”,还有人绘制了一张两个文明之间关系的表格。

幸好,我们没发现开普勒452b上有任何文明存在的证据,所以这张可怕的表格我们还可以暂且放在一边。

“黑暗森林”假说是一个对“费米悖论”略有点极端的解读,不过它并非不可思议,霍金也曾在一档科普节目中表达过类似的观点,认为冒然接触其他文明是危险的。最近几天霍金与俄罗斯亿万富翁合作搞搜寻外星人行动,也主要是通过“聆听”来搜索外星文明存在的标志。

其实类似的行动NASA也早已展开,比如他们有一个通过分辨恒星的红外信号来搜寻是否有“戴森球”存在的项目——所谓“戴森球”也是一个科幻概念,就是文明的造物将恒星完全围绕起来的“球体”,早期人们设想认为这可以最大限度利用恒星的能量,但最近大家认为,如果这样的造物真的存在,那更可能是为了最大限度扩展可居住空间……

此外,NASA还有一个寻找“人为”干涉恒星运行轨道的计划,显然这样的文明如果存在,他们的技术能力将超出我们好多个层次。

不过,上述搜索计划也一样还没有结果,这让“费米悖论”听起来更加耐人寻味。

开普勒太空望远镜

所以,“大过滤”理论也就应运而生,简单来说,它认为文明要走向宇宙,要经过很多个阶段,从形成可自我复制的分子到星际殖民扩张,其中一定有一个阶段是难以实现的。而在这个阶段实现之前,文明可能因为各种原因毁灭,或者经历了很长的时间也无法走出关键一步……

……所以,你们要好好加班,人类说不定就因为你的发现突破这一步啦!……好吧,我承认不是所有人都认为这样的说话方式是幽默。

那么,我们还是来说点严肃的吧,接下里的问题就是,既然已经发现了,怎么去开普勒452b呢?

根据NASA公布的数据,开普勒452b距离地球1400光年。显然,这个数字对于普通人来说实在是没什么概念的距离,当你连1光年有多远都没概念的时候,1400光年和1400公里没什么区别。

著名科幻作家刘慈欣曾经形容过,“大家容易对它冷淡麻木。但我能感触到它有多长,是很让人惊恐、敬畏的东西。”刘慈欣说,“你就想光一秒钟可以绕地球7圈半,如果它在直线中走一年,你能体会到那种广阔、遥远吗?”

那么,我们能跨越1400光年的漫长时光,最终抵达开普勒452b吗?

至少有一种可能性,让我们能在有生之年抵达那里。爱因斯坦当年曾说“如果我骑在一束光上,看旁边的一束光,它看起来会是静止的吗?”经过好多年研究,他发现,身边那束光的速度依然以光速疾驰而去。换句话来说,真空光速不变,变的是时间和空间。简单而言,速度越快,时间越慢——这就是“钟慢效应”,要在0.1C以上这个效应才能被显著观测到。在《星际穿越》中我们就看到了“双胞胎效应”的形象演示,女儿已经垂垂老矣,而父亲还停留在壮年,多么神奇的一幕。

这样一想,似乎坐上一艘亚光速飞船前往开普勒452b,在有生之年内看到第二地球还是有可能的啊……

开普勒452b距离地球1400光年

然而即使我们忽略将飞船加速到亚光速需要多少能量的问题,相对论效应也指出,惯性会毁了一切。这已经在粒子加速器上得到了证明,现代最大的粒子加速器可以将广岛核弹爆炸放出的能量用来加速几个质子,它们最大可以被加速到光速的99.9999991%。在这么做的时候,那些质子可能会因为质量的增加而变成微型的黑洞。幸运的是,在这种情况下,这些微型黑洞的“视界”范围极小,不足以吞噬其他粒子,同时它会在形成的瞬间就以辐射能的形式“蒸发”掉,所以不必担心加速器一开,地球就噗嗤一下被吸进了黑洞里面去。

一个微观粒子被加速到亚光速后都会出现黑洞这样惊天动地的现象,我们可以想象一下如果是一个宏观物体被加速到接近光速会是如何?反正我想至少可以肯定的是,在现代技术条件下,你别想从一个已经被加速到亚光速的飞船上平安地走下来。不过霍金在他的《时间简史》里说,如果我们能补完爱因斯坦大厦最后缺失的那一块砖——大一统理论,或许就能找到消除惯性的方法,就可以解决这个问题了。嗯,在《星际穿越》里就实现了不是么?

既然亚光速都已经如此复杂,那超光速就更是近乎于玄妙的问题了。不过,其实某种意义上说,“超光速”现象在整个宇宙中是广泛存在的。例如,宇宙膨胀引起两个银河系之间互相远离的速度就超过了光速,这涉及空间扭曲现象。

既然观察到了空间扭曲,有人就由此想到了一种超光速飞行的方法,即“阿库别瑞引擎”,它主要是依靠“船”前后的空间被极度扭曲来实现“飞行”,“船”会被前后两个空间“波”推拉着前进。它是一个“绕过”广义相对论实现超光速的方法,不过这种“推进”方式并没有克服惯性的部分,因此不会出现“钟慢效应”。《三体》中就是用这个概念来实现光速飞行。

这一设想是1991年美国《星际迷航》电影中为了解释“超光速”飞行而做的一个设定。令人吃惊的是,1994年,一位物理学家成功建立了这个假想的数学模型,也就是说,理论上来说,这还真能实现。科幻和科学现实在这里奇妙地交织在一起了。

不过,让科幻迷们失望的是,目前还没有什么(哪怕是看起来)合理的方法能够实现这一切——日本动画《飞跃巅峰》里是通过“几十个超能力者和海豚来改写飞船前后空间的物理定律”来实现“阿库别瑞引擎”效果的,听起来就有点诡异……

开普勒望远镜发现的一系列类地行星

还有一种超光速现象也是广泛存在的——量子隧穿效应,这就涉及到大家都熟悉的那个“虐猫坏人”薛定谔了,有一个以他的名字命名的方程,用来描述微观粒子的规律。根据这个方程的描述,单个粒子是根据概率存在于一个范围内的,也就是所谓“概率云”。当一个粒子射向一堵墙的时候,它有一定概率出现在墙的另一面。这个粒子会瞬间消失在原位,同时又突然出现在了墙的另一面。

也就是说,我们理论上确实可以穿过墙壁,当然,这需要组成我们的粒子同时实现“穿越”,你觉得可能性有多少?不过量子隧穿效应对于我们的生命有着重要的意义,可别以为它只是理论物理学家们自娱自乐的工具哦。有观点认为,化学反应中的量子隧穿效应是宇宙中众多有机分子得以合成的基础。隧穿效应提供了由简单的无机原料突破传统化学反应的禁阻,合成很多复杂的有机化合物的可能性。这些有机分子很可能与生命起源有重要关联。

所以你瞧,我们今天能够存在,很可能就是由于某些不安分的粒子“穿越”的结果。至少我是挺享受这个结果的。

看了上面拉拉杂杂关于亚光速的玄妙现象,是不是感觉这些方法听上去有些过于可怕了呢?或许你更倾向于“传统”的办法了。

那么,最现实的,也是霍金在科普作品里大力推荐过的,就是“世代飞船”了,造出一个超级巨大的飞船,让人类可以在上面一边生息繁衍一边飞往最终的目的地。这听起来可靠谱多了,虽然可能有几千代人都看不到最后的目的地,甚至最后船员们都忘记了自己到底是为什么踏上这漫漫旅程。

刘慈欣的《流浪地球》里把整个地球改造成了一艘超巨大的世代飞船,人类坐着它飞往比邻星——尽管在《三体》里我们知道比邻星是一个变幻不定的三体星系,那儿可一点也算不上是理想的目的地。类似的设想在美国黄金年代的科幻小说作品里屡见不鲜了。近些年的日本动漫作品里也有像《最终流放》这样把故事放在超巨大的世代飞船里的设定。

其实“世代飞船”相对而言技术上还真是比较简单,只要解决了能源问题就什么都好办——“只要”解决能源问题。

但如果能实现容纳全人类的世代飞船,那我们何必还要居住在行星上?为什么不能来一场“说走就走的旅行”,从此成为宇宙间的“游吟诗人”呢?说不定走着走着就技术爆炸,成了《诗云》里的“李白”那样拥有超级技术的文明了呢?多浪漫!

呃,醒醒吧,今天是周六,你还在加班哪!

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