对浩瀚的宇宙而言,地球只是全宇宙非常非常小的一个星球。地球所处的序列是:宇宙—半人马星座—银河系—第三臂旋—太阳系—地月系—地球。宇宙是精彩的,而“宅”在地球上真的很无聊。
星际旅行的必备设施开普勒空间望远镜寻找 “新地球”
美国航天总署(NASA)所属的开普勒空间望远镜(Kepler)以凌日法搜寻系外行星的方法获得了显著的成果,不光在任务刚开展的头4个月里就探索到了1200多颗类系外行星的数据,而且其中的408项数据出现在多重行星系统中,也就是说,这个系外行星系统很可能包含了两个以上的系外行星,而这些多重行星系统有很多都与我们太阳系迥异。
我们都知道,21世纪世界各国天文学家们相信,我们人类总有一天能够飞离地球,去实现真正的星际旅行,找寻另外一个适合生存的星球。但是有个很大的问题,那就是距离。人的生命只有短短的几十年,怎么能在有限的生命里,飞到距离地球光年距离以外的目的地呢?怎么才能保证用较短的时间完成星际旅行的使命呢?
好消息是,通过美国宇航局的开普勒空间望远镜,已经在太阳系寻找到一个新的类地星球。而在此前,宇航局就曾推测,在至少150个相邻的星系中,或许能瞄准一颗与地球类似的小型行星。
然而,要到达新的适合人类居住的“地球”,其探险的难度可比用开普勒空间望远镜看到它的难度大多了。我们人类在黑夜中能看到的最亮的也是离地球最近的半人马座α恒星,在这之中有可能存在与地球相类似的行星,但它和地球的距离长达4.4光年之遥,比现在任何一个太空探测器能达到的最大飞行距离还要多3000倍。
我们以巨蟹座为例,在巨蟹星座的55恒星中,有3颗行星,也是疑似类地星球。就这3颗行星距离地球的时间也却达到了41光年,这比我们刚才说的半人马座α恒星的距离要远10倍。
41光年,按照目前的航天器的速度,人的生命终结之前肯定是不能达到的。因此,如果达到一个可以给人类提供住宿的新“地球”,那么就得发明速度超快的航天器,它肯定要比全球所有的航天器都要先进得多、速度要快得多。
这种超快的航天器,人类有能力制造吗?现在看来似乎不太可能。
但事情没有我们想的那么悲观,美国宇航局喷气推进实验室的教授罗伯特•弗里斯比指出,制造快速的载人航天器在理论上来说是完全可行的。最近,弗里斯正在调研5种可以让宇航员飞到半人马座α恒星只需要花费不到50年时间的火箭推进技术。
俄罗斯物理学家齐奥尔科夫斯基表示,星际旅行最大的难题就是:火箭的最大速率通常只有其发动机的喷气速率的两倍左右,发动机的喷气速率只能达到4.4千米/秒,因此单级火箭能达到的最大速率不到9千米/秒。
以此发动机的喷气速率来计算,人类到达半人马座α恒星的时间将需要12万年之久。假如想让一个宇航员花费40年的时间到达我们的目的地半人马座α恒星,那么火箭的速率自然要提高3000倍。怎样才能达到这么快的速率,弗里斯比的建议是,不能再使用常规的燃料来作为火箭的推进剂,目前有三种方式比较主流:使用核裂变、核聚变和反物质作为推进能源,都可以高效地提升喷气速率。
我们来介绍一下所谓的核裂变、核聚变和反物质作为推进剂的这几种火箭技术。
核裂变推进剂的火箭技术
我们都知道,目前的科学家已经成熟地制造了各种原子弹和核反应堆。原子弹和核反应堆就是通过核裂变产生的能量作为原动力。那么,核裂变的原理究竟是什么呢?
核裂变其实就是核能的原子裂变,当原子裂变时,所产生的“分裂碎片”速率可以达到光速的3%,即约每秒9000千米。当然,核裂变的速度不是一成不变的,美国人就设计了一种理论上的“分裂碎片”反应堆,这种反应堆能够掌控这些高速粒子,让火箭的速率提高到每秒接近1.8万千米,这相当于光速的6%—这是目前单级火箭速度的2000倍。
假如我们将两个核裂变火箭合体做成二级核裂变火箭,让它的飞行速率达到光速的12%,再添上两级减速火箭,那么人类大概只要用50年的时间就能抵达半人马座α恒星了。
通过这些,进行星际旅行和星际移民看似近在咫尺。不过最大的困难在哪儿呢?那就是核裂变推进剂需要使用能快速衰变的镅。镅并非自然界中存在的放射性元素,而是用人工核反应制造。据估算,飞到最近的恒星需要大约200吨镅,此外还要相当重量的辐射防护材料—这个也是核裂变推进剂火箭目前变得不切实际的主要原因。当然,科学家一直在不停努力中,相信未来肯定可以发现镅的替代品。
在这里,我们需要介绍一个美国猎户座的核裂变火箭计划,它是那么的疯狂和不可思议。
猎户座核裂变推进火箭:很快很暴力
美国的猎户座核裂变火箭计划是从1958年开始的,这个计划的目的是用125天的时间飞到火星,再从火星用约3年的时间飞到土星。
猎户座核裂变火箭计划的动力是什么呢?
猎户座核裂变火箭计划中的太空船推进能源是随船携带的数千枚小型核弹提供的,当飞船需要动力的时候,宇航员就可以在船尾启动一颗核弹爆炸,然后释放出大量由含氢塑胶做成的固体圆盘,当飞船驶出一定距离,核弹将在飞船后面爆炸,蒸发掉塑胶圆盘,将其转化成高热的等离子浆。这些等离子浆会向周围释放扩散,其中一些还会冲击太空飞船的尾部,巨大金属制推进盘,从而推动太空飞船高速行驶。有人会提出疑问,这些等离子浆撞完后岂不是很浪费?科学家早就预料到了,在太空飞船上还添加了一套震波吸收系统,能够将冲撞到金属推进盘上的能量聚集贮存起来,并逐渐释放出去。
猎户座核裂变火箭计划在美国的内华达州杰克斯平地核测试基地被发射升空,太空船会有60层楼那么高,船体外观像颗子弹头,太空飞船的尾部推进盘的直径有41米,飞船的发射平台会由8个高76米的发射塔构建而成。当太空飞船升空后,船尾每10秒就会引爆一颗相当于2万吨TNT能量的小型原子弹。
猎户座核裂变火箭计划几乎不存在任何显著的技术漏洞,但是,它却有一个极大的缺陷,那就是它仅仅依赖于原子弹爆炸做动力,我们都知道,原子弹爆炸或者泄露后必定产生大量的核辐射—这就是为什么日本福岛核电站这么令人恐惧的原因了。当核裂变火箭飞出大气层时,随着不停地引爆小型原子弹,必将释放出核辐射尘污染地球环境。这也正是猎户座计划为何半途而废的原因之一。1965年,美国终止了猎户座计划的研究工作。
不过,由于猎户座计划的高度机密性,直到今天它的解密活动一直在延续…
人类的第一次—尤里•加加林1961年4月12日,前苏联宇航员尤里·加加林乘坐“东方1号”载人航天飞船,完成了人类历史上第一次载人星际飞行,成为了全球英雄。几十年过去了,我们依然清晰地记得他的话:“无论在任何时期,对人类而言,最大的幸福莫过于投身新发现。”
我们把时钟调回到1961年,当时的美国宣布他们将在1961年5月上旬把载人航天飞船送上太空。当时世界处在美国和前苏联的冷战中,前苏联为了抢占“世界第一”,由总设计师科罗廖夫提出要在5月1日之前发射并收回航天器——这样宇航员就能出现在五一国际劳动节的节日庆典上。
不过,心急的苏联人首先就尝到了冒进的恶果,就在1961年3月23日(距加加林飞天仅三周),前苏联宇航员队伍中最年轻的小伙子——25岁的邦达连科在压力隔离舱内进行试验时,因突发的意外火灾,而被烧伤致死。这也是首位在训练实验时牺牲的宇航员,当时陪同他奔往医院的人中就有尤里·加加林。
当时前苏联的最高领导人是赫鲁晓夫,赫鲁晓夫建议把发射时间从当年的4月底推迟。但苏联的航天总设计师科罗廖夫不打算推迟,因为他不想因为这次的突发事件导致航天计划落后于美国。他权衡了几天几夜,最后给赫鲁晓夫打电话,明确表明他们准备在1961年4月12日发射载人航天器。
1961年4月12日,赫鲁晓夫已经十分忐忑紧张地在电话旁等待了一个半小时,电话铃音一响,他便抓起了电话,听到是科罗廖夫的声音,赫鲁晓夫几乎是咆哮着问总设计师:“先告诉我,他是否活着?”
为什么一个国家最高领导人会如此焦急呢?
因为当时苏联的塔斯社(相当于中国的新华社)准备了三份新闻稿,一份是宇航员成功返航,另两份一份是飞船没有进入预计轨道,一份是飞船遭遇意外、宇航员遇难。赫鲁晓夫—这个前苏联最高领导人已经做好准备面对可能出现的任何事故。
虽然这次成功的发射让另两份新闻稿成为废纸,但是尤里·加加林108分钟的太空之旅也是充满惊险的:飞船气密传感器出现故障(因为这个,发射前的几分钟里不得不先将舱盖上的32个螺栓松开然后再逐个重新拧紧);通信线路曾一度中断(预计显示的是代表吉利的信号“5”,不料却蹦出个代表飞船失事的数字“3”);第三级火箭脱离后飞船开始急剧旋转、返回时还惊现飞船胡乱翻滚的一幕……
前苏联为人类历史上首次载人航天飞行预备了一个11人的宇航员团队。可以这么说,这11个宇航员当中任何人都有可能成为飞天第一人。为什么历史会偏偏选中了尤里·加加林呢?其实之前尤里·加加林在飞天前已是两个女儿的父亲,曾有人建议让尚未有子嗣的另一位宇航员盖尔曼·蒂托夫替代加加林。不过,科罗廖夫却坚持选择了加加林,并且亲自对他进行了发射前的测试。加加林的出色表现证明科罗廖夫的选择是正确的。
因为正处在冷战中,前苏联为了避免宇航员落入敌对国家领土进而发生叛逃事件,在“东方1号”飞船上配置了远程可遥控炸弹,科罗廖夫同加加林各掌握开启炸弹引爆程序密码中的一半。为了对加加林表示充分的信任,科罗廖夫在飞船发射前将自己掌握的那一半密码告诉给了加加林。
飞船开始时预定的降落位置应该在莫斯科以南400千米的地方,但实际却降落在了莫斯科以南800千米的一片农田里。知道着陆的那一刻加加林还无法相信自己已经安然返回地球,“地犁得很松,很柔软,甚至还未干。我甚至未感觉到着地。我简直不相信我已经站立着。”
那天,加加林穿的是橙色的宇航服,他向一名妇女和一个牵着一头小牛的小姑娘走去。当他被问及是
旅行中必须面对的尴尬事件如果你有幸乘坐一艘宇宙飞船进行星际旅行或者在太空站生活,那么,你就要做好在宇宙飞船内以及在太空站的一切尴尬的事情。比如在太空中上厕所就不是简单之事。例如,前苏联“礼炮号”空间站内的一个过渡舱段旁边安装着一个带拉锁的橡皮帘子,它就算是卫生间了。
在失重的环境中任何液体不会往下流,因此要使用“抽气马桶”,靠气流将大小便吸走。
现在教你怎么使用“抽气马桶”上厕所吧。
这个“抽气马桶”的中间部分有一个直径大概为10厘米的小孔。小孔的下方安装了一台抽气机,在上厕所的时候,需要先打开抽气机,从马桶中抽气,同时还使马桶内的空气发生颤动。空气的震动又能够将大便中成形的部分弄碎,之后被抽进马桶下端的收集袋里。使用这样的马桶时,屁股必须要同马桶的边缘贴紧,将马桶内部完全密封。否则的话,里面的气流就不能把粪便带走。
在抽气马桶里的大小便是分开收集的。马桶与一个塑料套相通,大小便完毕,必须快速关闭橡皮阀,使大便被气流导入密封的橡皮口袋中,之后进入特制的垃圾箱里;尿则被导入到尿液储箱里。
宇宙飞船内航天员在太空拉大便也不是简单的事情,必须先要经过专门的训练,要将肛门与中央孔对齐,将大便排泄出来,不然的话大便就极有可能自马桶里飘散出来,在船舱里四处乱飞,这简直就是一场灾难。
在这里说一个真实的事情,美国航天飞机在进行第12次飞行时,由于航天飞机上的厕所小便装置出口的地方结了一层冰,堵住了厕所,这样一来,机内的6名(5男1女)航天员为此几乎陷入困境。
那么,他们这6个人后来是怎么上的厕所呢?
这6个人立刻向地面指挥系统做了请示,最后决定,除了那名女航天员可以继续使用之前的厕所外,其他5名男宇航员一律使用备用的大小便收集袋进行大小便。他们最担心的是把大小便弄到航天飞机的机舱内,因为一旦泄露,机舱内将飘浮着令人恶心的大小便,因而他们处处小心翼翼。此事给他们留下了深刻的记忆。
进入了21世纪,在太空中上厕所开始变得轻松快乐了。因为现在的航天飞机已有新型马桶。这个新型马桶的下端也有一个圆筒,在航天员进入厕所前马桶内就已经自动准备了一个装大便的塑料袋。在用完厕所后,塑料袋将自动密封完毕,然后会有一个带杠杆的活塞把塑料袋推到圆筒的最下方。与此同时,再自动备上一个新的塑料袋,以备下一位宇航员的使用。当圆筒装满这些袋子后,还会有新的圆筒自动添加。圆筒上有密闭系统,臭气不会散发出来,所以说,这种改良版的宇宙马桶会更卫生、更适用。
在上完厕所后还得洗洗手什么的。其实在太空处理个人卫生也比较麻烦,因为它牵扯到用水,而水会在失重的条件下会变成水滴之后飘起来。
除了用水,每个航天器内的航天员或者乘客还需要处理个人的卫生以及体育锻炼。比如刷牙、洗脸、洗澡、刮胡子、打扫卫生、体育锻炼等。
首先是刷牙。航天员怎么刷牙呢?这个我们平常处理起来很简单的事情,在太空中就复杂多了。美国的宇航员一开始是通过一种特殊胶姆糖放在嘴里充分咀嚼来替代刷牙的;前苏联的宇航员则是用手裹着毛巾在嘴里来回按摩擦洗来代替刷牙的。以上两种方法都简单,不过要想达到真正刷牙的效果肯定是不可能的—因为人处在失重的状态下。后来,科学家们发明了用密封式吸水法处理水的方式后,才让宇航员具备了较彻底清洁牙齿以及口腔的可能性。
其次是洗脸。航天员怎么洗脸呢?航天员洗脸还是比较简单的,平时他们洗脸是用湿毛巾擦洗,只有当洗澡时他们才能彻底水洗。
第三个是洗澡的问题。在美国和俄罗斯空间站内都有洗澡间。它是一个大的圆形淋浴筒,宇航员钻进筒里,用手持喷头喷淋身体。筒的下方有吸水孔,经过吸水孔能把水从淋浴筒吸走排出,否则水会充满整个淋浴筒。
我们需要教未来空间站的乘客怎么洗澡。在淋浴前,必须先把脚用限制带固定在地板上,不然的话,在淋浴中身体就会翻来滚去,甚至头下脚上。并且还要把淋浴筒的盖子盖严,不能让水喷洒到淋浴筒外。
第四是刮胡子。航天员刮胡子其实不算太难,美国的航天员使用一种密封式刮胡刀,它利用一条密封管与吸尘器连接起来,吸尘器可以将刮出来的胡茬吸入废物处理箱里。
第五是打扫卫生。航天器内难免会因为航天员或者乘客的个人生活产生残渣和尘埃,这些残渣与尘埃不但不会自动下落,而且还要四处乱飘,因此打扫卫生时除了要用到吸尘器之外,还要用湿布擦拭舱内器壁以及物体上黏着的灰尘。一旦碰到水珠、胡茬、饭渣甚至粪便等垃圾不小心被放进了船舱里,就必须大清理了。这时宇航员要戴上口罩、手套,穿上罩衣,用吸尘器吸,用湿布擦,才可以将这些垃圾除掉。
第六是体育锻炼。目前看来在太空的星际旅行活动不算很精彩,很多东西都不能做。对于航天员和乘客来说,最好的休闲娱乐就是进行体育锻炼,这样不仅能消遣,而且可使全身的肌肉得到收缩运动的机会,以保持体力。
航天员和乘客怎么进行体育锻炼呢?他们可以在跑台上跑步,用弹簧拉力器锻炼臂力,骑自行车功率计开展“越野”赛。宇航员还愿意穿上被称做是“企鹅服”的特殊服装,它可以让宇航员的肌肉处于紧张状态,只要动一下就得用劲,从而达到锻炼肌肉的目的,是不是很好玩呢?
落在地球上的太空细胞美国加州圣·克鲁兹大学的生物学家大卫·迪默曾认为:“生命,包括人类生命,或者说生命的初级状态有可能就起源于地球以外的缥缈星际。”
这个观点是对世界现今物种起源的一大挑战。在此之前,国际生物界的一致观点是,细胞膜的产生对于生命的起源具有非常重大的意义,而迪默正好是一位专门研究细胞膜的生物学家。
为什么大卫·迪默敢跟整个生物界公开叫板?又为什么会认为地球的生命来自地球外呢?这其中主要的因素就在—即便是在寒冷、满是辐射的真空宇宙条件中,细胞膜依然可以形成并且增生。换句话说—恶劣的宇宙条件并未阻止生命的进化。由此可以推断,地球生命完全有可能起源于宇宙中任何一处角落。
在仿真宇宙环境下的细胞膜同样具有半浸透性,氧气、水等物质可以很容易地从细胞膜中穿过,而这恰恰是生命形成所必需的要素之一。据此推断,星际空间里的有机化合物有可能促成了地球生命的起源。而接下来的这一发现,足以印证我们的推断,现在人们已在陨星尘埃中发现了这样的有机化合物,他们甚至还发现了这些化合物“自我组合”成了肥皂泡一样的防水气泡。
细胞膜形成所必需的分子在宇宙的各个空间内大量分布着,这些分子是生命起源所必需的。这就足以说明,生命是可以存在于宇宙的任何地方且不受环境限制的。
2001年,在美国加州举办的一次国际光学工程科学会议上,一队国际研究人员证实,他们已经发现了地外生命存在的又一有力证据—在地球大气层的表面,存活着数量相当庞大的非地球细菌。之所以说这些细菌是非地球的,主要因为这么多活着的细菌细胞位于离地球表面这么高的地方,相对于地面,它们离太空更近。
口说无凭,想用实际行动印证这一观点其实并不难—通过采集,我们可以轻易地发现地球高空大气中存在的细菌,来自距地面41千米的大气层,而同一垂直高度上的对流层离地面高度在16千米以上,由于对流层的阻隔,较低层的空气不可能向上传递—这就是为什么这些细菌不可能来自地球的主要原因。
这些看起来像地球上的普通细菌,绝对是来自太空中的其他星球,因为细菌再神通广大也不可能妄图自行脱离地球表面,“坚强”地生存在并不是太舒服的地球大气层中。
接下来我们要做的就是,通过实现对这些细菌进行培植,找到它们的“故乡”,现在看来这只不过是个时间问题,因为在试验中我们再次确定了之前的结论,当我们把这些细菌带回地球表面,因环境的改变,这些细菌最终无法存活下去。如果这一天能够早日到来,那么我们就又会有一份可以站得住脚的理由相信—外太空的确存在着生命。
人们甚至将这些物质与“胚胎论”联系在了一起,这种理论假设生命有可能来自外太空,以微生物或孢子的形式存在。现在有一种由此产生的观点认为,地球的生命肯定是通过彗星带到地球上来的,彗星物质里包含着微生物,直到今天,这些彗星仍然在给地球带来不同的生命微生物。
这次,不只去旅行……科学家一直在说,终有一天地球会毁灭,行将消亡的太阳将像气球一样爆炸,整个太阳系都将处于极度的高温之中。为此,人类应该早作准备,去探索宇宙。如果地球毁灭时,人类还没有彻底灭绝的话,相信到了那个时候的科学水平已经能够带领人类到宇宙寻找新的星球居住。
末日预言从未停息玛雅预言
2012年12月21日,地球毁灭。玛雅历法表示,地球一生仅有五个太阳纪的时间,这也正好各自代表了人类所经历的五次浩劫:
第一个太阳纪—洪水浩劫:世界被特大洪水毁灭。
第二个太阳纪—风蛇浩劫:全世界的建筑物统统被风蛇吹毁。
第三个太阳纪—火雨浩劫:整片地球土地都面临着天降火雨的灾难。
第四个太阳纪—地震浩劫:地球因遭受了剧烈地震而导致灭绝。
第五个太阳纪—世界末日:太阳将会消失不见,大地剧烈震颤,灾乱并起……
当第五个太阳纪到来时,地球将被彻底摧毁,按照玛雅历法显示这个时间为3113年,换算成公历的话就是我们现在常挂在嘴边的2012年12月21日。
《推背图》
中国与末日预言相关的资料中,最为著名的当属奇书《推背图》,在它的第52象里有一句“乾坤再造在角亢”,代表的意思为:“角亢”,东方青龙七宿,指龙年(2012年);“乾坤再造”,正是指“天地更新”的意思。由此可见,这预言直截了当地戳在了2012年这个注定不会平凡的一年里。
科学预测
2012年,地球和太阳的磁极将会在同一时间段发生逆转,从而形成地球危机。当地球和太阳的磁场在转换的过程中,将造成电力消失、候鸟迷向,人类乃至所有的动物免疫系统将会大幅度被削弱,也因此,地壳会产生变动从而带来更加频繁、更加剧烈的火山、板块活动甚至是地震。除了地面之外,小行星接近地球的可能性也会徒增,地球的重力也将产生变化。据说,上一次发生这样的情况还是在数千万年前恐龙灭亡的时代。
星相“大十字”
在星相规律上,2012这一年也将会出现大十字现象,届时土木相冲,日月相冲,在人类看来,这就是代表着流血和死亡。
麦田怪圈
英国麦田圈所展现的九大行星位置与2012年12月21日(冬至),宇宙中太阳系内行星的方位图完全一致。简单说来,这个麦田圈最显著的作用就是指明了一个具体时间,即2012年12月21日。
水晶头骨
1927年,中美洲洪都拉斯玛雅神庙中的水晶头颅被探险队发现,而水晶头颅则预言了2012年12月21日,在太阳下山后,世界将产生改变,最后只有非洲以及中国西部地区的人能才能活下去。
《圣经密码》
《圣经密码》一书中提到过:“彗星将在2012年撞击地球,造成世界毁灭。”
舒门共振
随着地球轴心的转动,地球就具有了磁场,这点谁都知道。但是这个磁场却在之前的10年时间里持续减弱,这种现象就被称为“舒门共振”。凭借这点,我们可以了解到地球磁场的强度。在之前的许多个世纪中,“舒门共振”的指数一致保持在每秒7.8转,不过,在过去七八年间,却已经上升到了每秒11转,而且还在继续增加。如果用数学方法来推算的话,那么到了2012年,“舒门共振”的指数将达到每秒30转,可是当指数达到每秒13转的时候,地球的轴心就将不再转动了。
迟早的、必须的—消亡其实我们经常会不停地问自己:我们人类居住的地球会不会有一天毁灭?或毁于洪水,或毁于地球爆炸,或毁于外星球撞击……
笔者认为地球是否会毁灭的答案当然是肯定的。因为宇宙中任何星球和生物都有衰竭的一天,比如给我们地球提供光和热的太阳,也跟所有恒星一样都是有寿命的,也有能量枯竭的那一天。太阳的命运注定会成为一颗红巨星。到那个时候,太阳因为能源枯竭会膨胀,将变得非常庞大,以至于目前地球位于的轨道位置都将变成红巨星的内部。地球就会被太阳所融化,吞噬掉—当然这是几十亿年以后的事了,不过我们人类还是要早做防范。
在太阳变成红巨星之前,我们人类要做好撤离这个星球的准备。因为太阳的亮度不是一成不变的,而是在以每10亿年10%的速度增加。所以在下个10亿年里,地球所接受的太阳能也会越来越多,气温会不断上升,从而使更多的水蒸气进入到大气中。问题是,水蒸气就像二氧化碳一样是一种具有温室效应的气体,它会阻止热量进入外空间,而引起气温上升,这就会导致更多水被蒸发进入大气,从而形成一个恶性循环。目前的计算结果显示,在大约20亿年后地球表面就不会再有液态的水,连海水也没有,而因为没有液态的水,将导致地球上的生命很可能就此完结,至少是不能像目前一样生存。
除了太阳会变成红巨星导致地球的灾难外,其他灾变也可能导致地球上生命大幅度减少甚至消亡。比较明显的几种可能:
1.较大的彗星或小行星的撞击造成地球的毁灭。一个大约足球场大小的小行星就可以毁灭地球上的任意一座城市,而地球如果遭到5到10千米直径的小行星撞击,就可以造成生物的大灭绝—恐龙的灭绝可见一斑。
2.超新星的辐射毁灭地球的生物。距离100光年以内的超新星爆发会释放出足够的辐射,就足以造成地球生物的整体灭绝。
3.超大型的火山爆发,海啸。2011年日本的一次海啸就几乎毁灭了日本整个东北部地区。
4.板块活动造成地质灾害和气候异常造成地球毁灭。在几亿年的时间内,地球的各个大陆板块可能重新合并成一块超级大陆,这伴随着不可预测的气候和生态变化。
5.地球产生新的冰川期。地球历史上有过5次大的冰川期,未来的4万到10万年内更多的冰川期有可能出现。
6.地球南北磁极的异常、移位,轨道及地球自转轴的变动而导致气候异常,造成地球生物的毁灭。
7.全球性的气候变异,包括人类活动产生的气体的温室效应。
8.人类自身的不稳定因素,比如核战争、基因战争、气候战争等。
人类是宇宙“独苗”吗主动探索,不能坐等
我们人类探索外星球有多难?美国国家射电天文台的弗兰克·德雷克曾经这样做过比较,他说:“我们就像大海捞针一样要探测整个天空,即使是阿雷西博这种高灵敏度的射电望远镜,也将指向2000万个方向。”
2000万个方向!可见宇宙是多么的浩瀚和广阔。这吸引了无数的科学研究者进行着对未知的宇宙世界进行探索。
在靠近地球的星球中,火星在很长一段时间内被认为是最有可能出现类似于人类这样高级生命的星球。
1877年,意大利天文学家夏帕勒里用天文望远镜里发现了火星表面具有非常奇特的线状结构,看上去就像是一条运河。从此,“火星运河”的说法被流传开来。有“运河”的地方,当然就会有“人”的存在。从地球上看去,这条“火星运河”是一个如此浩大的工程,所以不少科学家也认为这个“火星运河”是由火星人建造的,其智慧超过地球人(这让苏杭、开罗大运河情何以堪)。
一直到了1976年的秋天,美国发射的“海盗1号”以及“海盗2号”航天飞船才在火星上登陆。经实地考察后确定,火星上并未发现有高级生命存在的迹象,更别说是火星人了。至此,“火星热”才开始了逐步冷却的趋势。
火星上既然没有生命迹象,那么不甘寂寞的地球人,很快就把目光瞄向了第二颗有希望找到生命的行星—木星。然而,人类的一厢情愿又被木星上的大气环流给吹得烟消云散,由于木星上存在强大的大气环流,有机化合物会很容易被卷进热区继而瓦解。接下来,正如我们今天所了解的那样,科学家几乎“猜”遍了太阳系内的各大星球,但他们的运气从来都没有站在人类的这一边。
不信的话,让我们继续前往下一个星球—水星。那里会有生命吗?水星表面只有极其稀薄的大气。其向阳面的温度常高达三四百摄氏度;背阳面的温度又低的吓人,在零下200℃左右。如此严酷的环境,生命是不可能生存下来的—至少人类不具备这样的生命承受能力。而“水手10号”飞船的考察结果也完全证实了这一点。
天王星、海王星、冥王星同样给热情的寻亲人类浇了一盆冷水。由于它们离太阳都很远,其表面温度一般都在零下200℃左右。这样长期的低温肯定不适宜生命的存在。当然,以上这些对于太阳系星球生命的探测都仅仅局限于人类的局限意识,都是基于氧气、水、适合的温度等地球生命存在的基本条件。但是谁又知道茫茫宇宙中会不会有一种不需要水,不需要人类适宜温度甚至不需要空气的生物存在呢?这一切的谜底只能等待人类在自我成长的过程中去一点一点地破解了。现在,我们唯一能寄希望的是人类可以更主动地去寻找外星生命,而不是相反的,闭门造车。
窥视宇宙
1960年4月8日凌晨4点,美国国家射电天文台的弗兰克·德雷克开始了人类历史上第一次在宇宙空间寻找外星人的计划—著名的“奥兹玛计划”。这个所谓的“奥兹玛计划”是通过一个直径约为25.9米的射电望远镜,对与太阳类似且距地球相对较近的两颗恒星鲸鱼座τ星和波江座ε星进行监听。
不过,从“奥兹玛计划”的开启到今天,几十年过去了,却一直没有任何关于外星人的信息。可以说,“奥兹玛计划”已经彻底失败了。
但是,天文学家们没有放弃搜索外星生命的努力,在“奥兹玛计划”之后,他们又启动了更先进的搜索计划,分别是美国哈佛大学和阿根廷于1985年开始的“米塔计划”和美国加州寻找地外文明研究所1994年开始的“凤凰计划”。这个“米塔计划”比“奥兹玛计划”先进得多,这架25.6米口径射电望远镜和800万频道接收机,其规模相当于1分钟完成100万个“奥兹玛计划”。而“凤凰计划”更先进,它的探索频道增至5600万个,搜索目标涵盖1000颗恒星,相当于1亿个以上的“奥兹玛计划”。
1999年5月24日,一个名为“相遇2001”的公司借助一架直径70米的射电望远镜,向着4颗距离为50~70光年外的类太阳恒星发射了一系列射电信号。它包含了一系列的界面,有地球和人类的详细资料、基本符号、用逻辑描述的数字和几何、原子、行星及DNA等信息,并在三小时内重复发送三遍。为什么要发射这些射电信号呢?因为科学家们认为,如果外星人能够截取并记录下这些信号,那么就会了解太阳系、地球、人体、人类文化和技术水平的大致状况。
将“人类”介绍给宇宙
当然,我们人类不能老是“隔山打牛”似的监听地外文明的信号,也要主动地迈向太空,去搜寻他们。
1972年,美国发射了“先驱者10号”飞船,它在15年后,也就是在1987年成功地飞出了太阳系,迈进了太阳系外的外太空,“先驱者10号”飞船也成了人类历史上第一个飞出太阳系的人造物体。“先驱者10号”身上携有一块载有人类讯息的镀金铝板,铝板上绘有一名男性及女性的图谱,氢原子的自旋跃迁和太阳、地球在银河系中的区域。2003年1月22日,“先驱者10号”飞船与地球失去联系。不过在这31年来,它一共从地球上接收了98900个数据指令;向地球传输了1260亿个信息单位的数据以及图像,例如木星的壮美景观就是它拍摄并发回地面的。
除了主动探索的“先驱者10号”飞船,1977年9月5日,美国的“旅行者1号”也给外太空带去了更丰富的信息,这些丰富的信息装在磁盘内,包含了人类用55种语言录制的问候语和各类音乐,旨在向外星人表达人类的问候。其中英语的问候语翻译成汉语是:“行星地球的孩子向你们问好。”要是外星人听不懂怎么办?不用担心,磁盘中的内容还用象形文字进行显示,相信外星人的理解能力不会太差。
磁盘上的内容还包括当时美国前总统卡特的一份致意信,上面写着:“这是一份来自一个遥远的小小世界的礼物。上面记载着我们的声音、我们的科学、我们的影像、我们的音乐、我们的思想和感情。我们正努力生活过我们的时代,进入你们的时代。”而在这之前,这位美国总统公然宣称自己是真正经历过“外星人事件”的。
磁盘上同时还携带了一段90分钟长的声乐集锦,主要包括雷声、海浪撞击声、鸟鸣等地球大自然的不同声音以及27首世界名曲,在这27首世界名曲中就包括了中国京剧和古琴曲《高山流水》。此外,磁盘上还有115幅图像,内容主要为太阳系内各大行星的照片、人类的生殖器官图像与说明等。
可能存在智慧生命的外星球会有多少?
1961年11月,美国天体物理学家德雷克提出了一个著名的方程,后来被称为“绿岸公式”,这是对探索地外智慧生命做定量分析的第一次尝试。
“绿岸公式”:N=R×fp×ne×fl×fi×fc×L。其中,N代表银河系中居住着和人类一样有智慧的生命体的星球数,它取决于等式右边7个因子的乘积。
公式中R代表银河系每年诞生的恒星的数量,fp为该恒星拥有行星的概率,ne是其中每颗恒星周围具备生命诞生条件的行星数,fl是行星上生命诞生的概率,fi是该生命进化成智慧生命的概率,fc是这一智慧生命拥有与其他星球进行通信技术的概率,L则为该技术文明能够存在的时间。
当然,这个公式的因子中,有些可取近似值,有的属于主观。中国南京大学天文学系教授肖耐园就用过这个公式来计算存在外星生命的星球数。他的计算结果为,银河系内有生命存在可能性的类地星球大概为200颗。
按照肖耐园教授的话,我们假设的确在银河系有200颗外星人星球,且均匀分布在银河系中,但是就算这样的话,最近的那颗距离地球也有15000光年。在如此漫长的距离中,无线电波不等到达就已经衰竭殆尽了。
肖耐园教授指出生命的形式应该是丰富多样的,其他星球上的生命不一定就跟地球上的一模一样。地球生命以碳元素为基础,与氢、氧、氮等元素形成长链分子。其他星球未必就跟地球一样,我们不能以自己的认知去揣测外星球生命。比如在地球上,人类呼吸氧气再自然不过,但有可能在别的星球上,氧气对生命可能是有毒的。
对于人类怎么更加快捷地到达外星球,肖耐园教授认为人类要想到达太阳系外的行星,首先必须制造出光子火箭。
什么是光子火箭的运行原理呢?
肖耐园教授指出,物质的原子包括:质子、中子与电子,上述粒子都存在其对应的反质子、反中子、反电子。正粒子组成正物质,反粒子组成反物质。正电子与反电子相遇,就会湮灭,产生光子,同时释放大量能量,以接近光速的速度前进,从而产生推力。
不过,肖耐园教授认为光子火箭目前仍然只是一种设想。因为制造它的前提是,人类必须能够独立地制造出反物质,并且使湮灭反应可控。虽然科学家已经在实验室制造出反氢,但是大量生产会耗费巨大能量,贮存、运输还有很多难题。因为这一反应不是人类可控的,巨大能量的光子束会给地球环境造成破坏。
提前学好外星话如果我们到一个地方旅游,不懂当地方言那会是一件很痛苦的事情。
这一问题,一直被星际“驴友”们挂在心上。一些专家曾多次聚在一起研究如何学好外星语,虽然在这之前他们连外星人都没见过。
为了解决跟外星人语言沟通的问题,2010年巴黎举行了一场关于星际语言的聚会,会议的目的是为了解决地球人在以后星际旅行中无法跟外星人沟通的难题。聚会由美国SETI(搜寻外星智慧)协会星际信息小组的负责人道格拉斯·瓦孔奇主持,这是一个兼具精英分子沙龙性质的科普科幻研讨会,有来自世界各个国家的天文学家、科学家家、画家、音乐家等,齐聚温暖的客厅里讨论如何与外星生命聊天的问题。
这次关于星际语言的聚会,是在一座已经去世的美国喷气动力学先驱弗兰克•马立纳曾居住的房子里进行的。这些全世界各地的科学家和艺术家齐聚一堂,讨论该如何跟外星人交谈以及发送信息。
房间的天花板上播放的幻灯片写满了数学公式,这些科学家和艺术家交谈的内容既有关于复杂的科学现象的专业话题,也有关于人的存在和人际关系的高深哲学问题。
这些话题主要包含:我们碰到外星人,应该跟他们聊什么?我们应该向外星人展示人类审美和艺术的哪些方面?
科学家认为,如果SETI(搜寻外星智慧)收到的是无线电信号,因此断定发送信号的外星人极有可能具有同人类相似的技术水平,可以分享我们的物理和数学知识,能够用一种类似于数字以及公式的形式进行对话。
一名画家提出了自己的建议:通过彩虹来比喻人类的多民族大团结,同时彩虹谷还象征了和平与桥梁。他主张传送具有色彩波长的数学公式,教外星人自己制造彩虹。
而理论电脑科学教授则主张通过音乐作为沟通方式,协助外星人了解星际沟通的语言代码,他还采用了一种特殊的印度尼西亚民间鼓乐,并在与临场出现故障的录音机开关“斗争”一番后,做了现场演示。
除了科学家、画家、电脑科学教授,其他方面的专家也谈到了用代数通信法和模拟人类生理反应的计算机系统来实现和外星人的交流。
著名科学家道格拉斯·瓦孔奇指出,在研究了外星生命以及它们同地球人可能的共同点和不同点,通过比较后,地球上的种族、文化、国家、性别等各方面的差异显得太微不足道了。
同时,他还指出了人类的目的并不是要尝试探索最佳的信息或者最智能的信息。而是要发出成千上万,尽可能多形式的信息,让外星人自己来鉴别,哪一种信息是被他们所理解的。道格拉斯·瓦孔奇断言随着电脑和其他技术的发展,人们寻求解决这一问题的机会即将到来,只要人类还持续着与外星生命沟通的愿望。
一路畅想越来越多的人对宇宙产生着疑惑,而与此同时也会惊叹它的浩瀚与无穷,深深地被那漫天繁星的广袤夜空所吸引。我们情不自禁地要问一句:“我们来自何方,又将去往何处?”
宇宙的诞生关于宇宙的诞生与起源,现在比较流行的一种说法是“大爆炸”。这个理论的主要内容是:大概在200亿年之前,宇宙的最初形态是混沌不清的。这种混沌的情况慢慢地变成了一块具有超密度的物质—全部密集在极小的空间内,我们称之为“宇宙原点”,后来在一种力的作用下便产生了强大激烈的爆炸,继而让“宇宙原点”中的所有物质由此飞向四面八方。
这一爆炸虽然发生在约200亿年前,但宇宙整体的膨胀过程始终没有停止,宇宙在不断地膨胀着。根据天文学家们的观测,很多恒星目前仍在持续地向外移动。1929年美国天文学家哈勃就探索到了银河系以外的星系大部分都存在着“红移现象”(星体向远方移去的现象)。除此之外,粒子物理学试验也支持了这种大爆炸理论。这种理论与爱因斯坦在1916年发表的广义相对论相类似。截止到目前,与宇宙起源的假说和理论有关的观点已不下40余种,而且说法不一,但较有说服力的还要首推大爆炸理论。
宇宙大爆炸时的“宇宙原点”,可以分为时间原点和空间原点。大多数人相信,在爆炸最初的1秒之内所产生的各种粒子、射线、辐射光子,就由此确立了今天宇宙的各项基本特性。
宇宙中同时存在着正物质和反物质,反物质较少。爆炸1秒钟后,在1分钟~3分钟内形成了各种金属原子核;3分钟~10000年间,物质粒子取代光子而形成物质时代。空间充满原始物质团。10亿年后,宇宙物质尘埃云集而凝结成星系。
所以说,宇宙星系在190亿年前便开始形成,再过20亿年,第一代恒星诞生,恒星内部发生着剧烈的热核反应,重元素开始诞生。这个阶段共花掉了100亿年的光阴。
50亿年前,太阳系星云开始收缩,开始形成像地球这类的太阳系内的行星,整个太阳系结构也正是在这一时期初步定型的。又过了20亿年,即30亿年前,地球上开始现出现微观生命体;4亿年前,海洋中开始出现贝类,陆地上出现动物并开始繁衍生息。到2亿年前,哺乳动物出现在了地球上;5000万至6000万年前,最早一批灵长目动物开始进化成型;几百万年前,类人动物诞生;接下来原始人类开启了地球的新篇之旅,但在最初,他们依然过着茹毛饮血的生活;几十万年前,人类可以掌握 “火”,并可制造和使用简单的石器工具,智力开始突飞猛进,数万年前,人类有了图画,结绳记事,开始走上了文明之途;一万年到数千年前,人类又步入到了一个新的阶段,智慧之窗大开,懂得了农业耕作,了解了天文地理变换规律,掌握了天象学(也有人提出此时是受天外生物启发和交配传下后代所至)。
直到今天,人类在经历了数次大革命(工业革命、电能和原子能革命)后,见识度和操控力又得到了质的蜕变。他们已经懂得了使用无线电,发明了计算机,人类的文明社会开始向更高级阶段迈进。尤其在20世纪60年代开始尝试并完成了宇宙探索之旅,实现了登月同时启动了开发宇宙的计划。这就是地球人类文明进步的明确写照。
有一种可能,其他行星上的生物进化比地球要早几千年、几万年甚至几百万年。当然还有另一类行星,它们的生物进化论落后于地球或者进化在其地表几乎为零。宇宙中除行星外,还有能发光发热的恒星和其他各类星体(包括彗星、暗星、类星体及星云等)。这就是至今为止我们所能看到的宇宙及其起源经过。
到达宇宙的中心当然也有自己的中心,在它的周围,所有的恒星也都要绕着这个中心旋转。我们将范围在扩大一步—那么宇宙有中心吗?一个让所有的星系簇拥的中心点?
寻找宇宙的中心?好像自从人类诞生,这个神圣而又实用的问题就一刻不停地萦绕在求知者的心中。
中国古代盘古开天的混沌宇宙图像,西方的叠乌龟驮天地的宇宙图像等,都体现着人类探索宇宙的求知欲望。
公元前340年,希腊哲学家亚里士多德发表了《论天》一书。他提出了地球是球形的理论,与此同时,他还提出了被质疑千年的伪命题—地球是不动的,地球是宇宙的中心。后来的托勒密描述出了最早的完整宇宙模型—一个八天球的宇宙图像。后来基督教“窃取”了这一图像,他们认为这与《圣经》很吻合,因为这正好可以让人们随意想象在固定恒星球之外的天堂和地狱。
此后,哥白尼、开普勒、伽利略相继提出了太阳中心论,这让人类第一次把自己地盘的中心地位拱手相让。再后来出现了牛顿以及他的万有引力定律。在这个定律的支配下,人们曾一度认为宇宙是无穷大的,而其中的每一点都可以说是宇宙的中心。因为对无穷大内的每一个点来说,无论哪个方向都是平权的,不存在任何差异。不过,在这之后源于人类对宇宙认识的持续拓展,无限静态宇宙模型随即被打破。
随着爱因斯坦的广义相对论的发表,1922年,俄国物理学家亚历山大·弗利德曼阐述了如下设想:“我们不论往哪个方向看,也不论在任何地方进行观察,宇宙看起来都是一样的。”1929年哈勃证实了这个假设,而且有了一个重大的发现—宇宙在膨胀。同时他还观测到无论从哪个方向来看宇宙膨胀速度都是等同的。这下人们困惑了,难道地球仍是宇宙的中心吗?事实上,这种情形就像是一个画有好多斑点的气球被逐渐吹胀。气球膨胀的过程中,任何两个斑点之间的距离都在加大,但是没有一个斑点可以被当做是膨胀的中心。换句话说,宇宙没有中心!
先让我们的宇宙中心回溯之旅到此为止。但是,切忌千万不要认为我们已经得到了最终答案,就像英国物理学家霍金在他的著作《时间简史》里所阐述的那一段令人深思的内容:“也许有一天这些答案会像我们认为地球绕着太阳运动那样显而易见—当然也可能像乌龟塔那般荒唐可笑。不管怎样,唯有让时间来判断了。”
寻找宇宙的边缘在太阳系中,地球,金星,火星,木星等大小不同的行星在不停地运转。那么,在太阳系以外,又是一个怎样的领域呢?在银河系内,聚集着约2亿颗像太阳一样的恒星,同时银河系本身也是宇宙的一部分。这就是银河系。银河系的整体形状就像一面凸镜,但,这个“镜头”的直径却足足有10万光年,中心部分厚度为1.5万光年。
1光年是30万千米/秒的光,用一年时间到达的距离。因此,光若从银河系一端出发,需10万年才能到达它的另一端。
而在10万光年之外,突破这个银河系,我们又将抵达哪里呢?在那个区域,将有无数个像银河系一样的系统,被称为星云。穿越银河系,我们第一个达到的地方应该是仙女座流星群,它和银河系在大小、形态上都大致相同,约聚集着2000亿颗恒星。
假如我们可以画出一个20亿光年的大球,那么其中就可以容纳大概30亿个星云,这些星云聚集在一起,形成一个系统就是宇宙。接下来,我们要做的就是穿过层层“云雾”去触碰宇宙的边缘……
1929年,美国的哈佛尔观测到了一个奇特的现象:所有的星云都在慢慢地远离我们。比如说,距我们约2.5亿光年的一团星云正以每秒6700千米的速度“抛弃”着我们,5.7亿光年外的狮子座星云也以每秒19500千米的速度向外扩散,此外还有12.4亿光年外的牵牛座星云以每秒39400千米的惊人速度离我们远去。
假如这种情况继续下去的话,不难推断,星云一旦抵达100亿光年以外的地方,它的速度就会达到每秒30万千米。换句话说,它将自动切换为“光速模式”。在这种“模式”下,所有星云的光永远照射不到地球上来,它们将永远地消失在人类的视线之外。因此,100亿光年的彼方将是人类所能触目到的大宇宙尽头。当然,这只不过是从人类能力所承受的范围去界定的。
当然,对于宇宙的边缘还有其他不同的解释。
大宇宙就像一个气球,它会不断膨胀,在不断膨胀的界面上,星云会随之离我们远去。但到一定的时候,“气球”又会收缩,此时星云也会随之接近我们。
大宇宙像一个马鞍,它依然不断地朝着鞍的四个边缘方向扩展。按照这一解释,在遥远的将来,人类所能望见的天体将逐渐远离,夜空将变得单调寂寞。
当然了,还有另外一种相反的理论认为大宇宙是永恒的。纵使它可以无限地延展,但是在延展过后的空间内还会产生新的天体,所以,无论大宇宙怎样膨胀,空间都不会荒寂。
宇宙的“边缘”在哪里,人类一直在探索,而人类现在所能得知的是宇宙由各种天体所组成,那么测量天体间的距离就成了寻找“尽头”的第一要素。
天体距离测量
当观测天体时,它们的谱线并不是在标准波长的位置上。所有谱线的波长都加长了,也就是说谱线是向红端移动的,这种现象叫做谱线红移,它是由多普勒效应引起的。随着天体或观测者的运动,天体发出的光和电波的波长都会发生变化。如果天体向着观测者运动,距离就将持续缩短,波长也会变短;假如天体背离观测者运动,那么距离就会持续加长,这时就会出现波长同时加长的情况。天体谱线红移表明天体背离我们向远方运动。
现在,我们用“Z”来代表红移的程度,那么红移是“Z”的天体发出的光和电波,在地球上观测时,波长就变成原波长的1+Z倍。举个例子,红移为4的天体中,氢原子发出的波长为1216埃的紫外线,当时在地球上观测到的波长就会是6080埃的红光,这是眼睛可以看到的可见光了。按照多普勒效应,背离的速度越大,红移也就越大。这样的话,就能够根据这点算出天体离开我们的速度了。
用光谱分析法分析,可以检出氢、氧、碳等原子发出的、特定的、经过红移之后的波长,由此能够计算出这些特定波长发生的红移程度。根据多普勒效应,天体红移代表着宇宙在膨胀,广义相对论的引力场方程也有“膨胀的宇宙学”的解释。“宇宙膨胀论”也就这样形成了。当然还有一些其他的宇宙论,例如“稳恒态宇宙论”。这类宇宙论的基础也都是建立在主张宇宙膨胀之上的。采用把红移换算成距离的方法,得出天体到地球的距离,随着所采用的宇宙模型不同而不尽相同。
确定了宇宙模型,我们还有两大法宝—从观测求出用哈勃常数表示的现在宇宙膨胀速度和通过“减速参量”代表的宇宙膨胀减速率。
通过宇宙起源之后就急速膨胀的宇宙模型,假设哈勃常数为50千米/秒,100万秒差距(1秒差距约为3.26光年),“减速参量”为0.5。就能够推算出宇宙的年龄了,而这个数值就是130亿年,地球到宇宙的“边缘”的距离,从理论上来讲应该是130亿光年。
目前为人们所知的宇宙“边缘”是距地球117亿光年的天体—[4G41.17]。它是在1988年8月,由美国约翰斯•霍普金斯大学的钱伯斯以及宇宙望远镜科学研究所的乔治·麦里发现的。
对氢原子以及碳原子发射光谱测定的结果显示:[4G41.17]就是红移为3.8的天体,根据之前的宇宙模型,这个天体离地球是117亿光年。在此之前,确定的[0902+34]天体与地球的距离是115亿光年。
光与电波以光速(每秒约30万千米)传播。距离地球117亿光年远的[4G41.17]发出的光和电波经过了117亿年才可以抵达地球。所以说,我们现在看到的实质是117亿年前[4G41.17]的景象,这让我们一举两得,不仅观测到了“远方的宇宙”,还观测到了“昔日的宇宙”。而对于人类而言,我们目前迫切希望看到的是相对“新鲜”的天体奇观,或者说,有一天我们可以现场“采集”。
宇宙的未来宇宙是被“热死”的
“热寂”理论是19世纪中期的英国物理学家开尔文与德国物理学家克劳修斯依据热力学第二定律所作的宇宙学推论。
它的大致主张为,整个宇宙是向着一个方向变化的,宇宙内所有能量,最后统统会转化为热能。而热又存在着“热传递”的特性。所以,按照克劳修斯的说法,“宇宙的熵趋向于极大。宇宙越是接近于是熵这个极大的极限状态,进一步变化的能力就越小;如果最后完全达到了这个状态,那就任何进一步的变化都不会发生了,这时宇宙就会进入一个死寂的永恒状态”。
围绕这一推论的正确与否,也在科学界和哲学界引起了一场不小的争论,而且持续了一百多年。由于涉及宇宙未来和人类命运等重大问题,所以,它也逐渐成了近代史上一桩最令人懊恼的文化疑案。
在这桩绝对令人懊恼甚至绝望的疑案面前,很多大师级人物也难免不受到情绪波动。
大哲学家罗素说:“一切时代的结晶,一切信仰,一切灵感,一切人类天才的光华,都注定要随太阳系的崩溃而毁灭。人类全部成就的神殿将不可避免地会被埋葬在崩溃宇宙的废墟之中—所有这一切,几乎如此之肯定,任何否定它们的哲学都毫无成功的希望。唯有相信这些事实真相,唯有在绝望面前不屈不挠,才能够安全地筑起灵魂的未来寄托。”
控制论之父维纳这样的科学巨匠也说过:“我们迟早会死去,很有可能,当世界走向统一的庞大的热平衡状态,那里不再发生任何真正新的东西时,我们周围的宇宙将由于热寂而死去,什么也没有留。”
当然,对于“热寂”说也有相当一部分人在质疑。20世纪六七十年代以后,“大爆炸”宇宙模型逐渐得到天体物理学界认可,“热寂”令人抑郁的浮云终于受到了冲击。人类曾经一度阴郁覆盖的心头终于迎来了一片朗朗晴空。
从“大爆炸”宇宙模型得到的观点是,宇宙大约是在100亿~200亿年以前,从高温高密的物质与能量的“大爆炸”而形成。随着它的不断膨胀,温度不断降低,密度也不断减小,逐渐形成了众多星系、星体、行星等,直至出现生命。
实际上,解决宇宙“热寂”难题的关键,应该从宇宙是否存在热平衡态切入。目前看来,大爆炸理论直接证明了宇宙在膨胀,而宇宙在膨胀则是热力学和宇宙学都能接受的关键词,那么在这个不断膨胀的宇宙中是否存在着热平衡态呢?
宇宙膨胀的原因是引力作用。在经典热力学中不考虑引力,加热则体系升温,冷却则体系降温。不过,在一个自引力体系中状况却恰好相反,加热则体系温度降低,放热则体系温度上升,热容量为负值。在一个体系中,如果同时具有正热容物体与负热容物体,那么很明显的,这个体系是非常不稳定的。稍有扰动,平衡就会彻底崩溃从而产生温差。只要有自引力体系存在,原则上就不存在稳定的热平衡,宇宙内的天体或天体体系大部分就是这种自引力系统。
虽然,自引力系统内熵是增加的,但是,因为没有热平衡,所以熵的增加是没有界定的,永远都不存在极大值,这样的话,宇宙就永远无法达到“热寂”状态。这种状况在静态宇宙模型内是不会发生的,这也正是开尔文和克劳修斯等人的漏洞所在。
于是,人类终于从百年的噩梦中清醒,并爆发出了热情的狂呼。
“宇宙不但不会灭亡,相反的,还会从早期的热寂状态(热平衡态)下生机盎然地复苏。”
“热寂说的一页,已被翻过去了!”
宇宙生死共存
但是,人类的欢呼显然来得太早了。尽管热力学意义上的宇宙“热寂”将永远不会到来,不过,宇宙的未来却不会因为这样而变得丝毫乐观。宇宙的未来完全受限于它的原始状态,宇宙的起源与终结始终紧密相连。大爆炸理论发现了宇宙起源的真相,解决了“热寂”阴霾,但同时也预言了它遥远的未来。
在大爆炸理论看来,宇宙的未来完全取决于宇宙密度的一个临界值。如果宇宙密度小于这个临界值,表明宇宙是膨胀的,并且会一直膨胀下去。如果这样的话,未来所有恒星上的热核反应都会慢慢地停止,剩下的会是各种各样的宇宙“熔渣”—黑矮星、中子星以及黑洞,而宇宙的背景辐射温度也将不断降低,直至无限接近于绝对零度,最终达到另一种意义上的“冷寂”。
假如宇宙的密度大于这个临界值,那么就将代表宇宙最初是膨胀的,达到一定的时间后,就会由膨胀转化为收缩。当宇宙不断收缩至愈来愈接近它的最后阶段时,环境条件同大爆炸后不久起支配作用的那些条件越来越相似。在宇宙暴缩的最后一刻,引力将发挥绝对优势的作用,所有的物质都将挤压而彻底消失,包括时空本身在内的一切有形的东西统统将被消灭,只剩下一个时空点。所以说,无论宇宙最后出现哪一种状态,其结果对人类来说都将是场灾难。
正如玛雅预言预言了地球的末日一样,大爆炸理论也预言了宇宙的未来。由于这一理论同样不符合人类美好的期望,因此,自它提出之日起同样也遭到了来自各方面的质疑,有人甚至认为它是一个“倒了头”的宇宙“热寂”说。
当然,我们还有一些其他并非毫无科学根据的宇宙模型,也许会带给人类新的光明和希望。而且,宇宙的末日并非那么急不可耐,我们的后代还有数十亿年甚至数万亿年的时间来“等待”最后时刻的到来。在这段时间里,生命足以扩展到整个宇宙,并对它加以控制,因此留给人类的时间还有很多,我们可以调整自己的心态,发展自己的科技,支配一切可能的资源来对抗这场大危机。