想要了解外星生命,时间旅行,穿越黑洞,来看看霍金大师的生前回答

我们来自哪里
外星文明存在吗
宇宙和所有的一切是如何开始的
这背后的意义又是什么
是谁设计的这一切
我们似乎总是被这些问题困扰
而且无论如何也思考不出答案
那么对于史蒂峰霍金
这位被誉为自爱因斯坦之后
人类最伟大的物理学家
他是如何思考这些问题呢
霍金在21岁人生最好年华的时候
患上了肌肉萎缩症
全身瘫痪
并且只有三根手指可以活动
但即便如此
他仍然凭借着惊人的意志
在宇宙论
特别是黑洞理论方面
创造了巨大的成就
更重要的是
霍金一直致力于将高深的科学理论
通俗化让更多的人理解我们的宇宙
霍金在去世前
对关于宇宙的十个终极问题
做出了自己的解答
并整理成书
叫做 brave answers
to the big questions
也就是对于巨大问题的简要回答
这里面整理了霍金对于外星生命
黑洞时间旅行
预测未来
上帝等终极问题的解答
今天我们就来听听这位人类现代
最杰出的物理学家
是如何回答这些问题的
作为一名理论物理学家
霍金对于这个问题也同样感兴趣
霍金认为外星生命是否存在
首先要确定生命的形式
我们通常认为的生命是基于碳原子
有人推测
可能还有一些
基于其他化学成分的生命
比如龟但是在宇宙可观测的范围内
碳似乎是最有利于生命的情况
因为碳的化学性最丰富
碳原子目前在宇宙中的稳定性
表明了宇宙对碳的物理
常数进行了微调
如果这些常数不是如此的精妙
碳原子将会很容易坍塌
那么也就不会诞生地球这样的生命了
而宇宙中的其他原子
并没有像碳原子一样受到特别的照顾
所以存在的可能性微乎其微
从地球生命来看
有证据显示地球在诞生了10亿年后
出现了最早的生命形式
在进化了多细胞生物花费了25亿年
在经过11年进化成了鱼类
再往后进化似乎更快了
从早期哺乳动物进化到人类
只花了大约1亿年
而地球的整个生命周期
有大约100亿年
也就是说
地球生命可以在
漫长的90亿年的时间里的任何时候
发展出宇宙中最简单的生命形式
而且地球生命出现的如此早
说明在适当的情况下
自发产生生命的机会并不小
在一个遍布液态海洋的行星上
给予5-10亿年的时间
也存在偶然合成出 rna 的合理概率
而 rna 就是地球第一种生命的基础
可以想象
这种情况在其他
具备和地球类似环境的行星上
也会出现
在我们目前观测到了几千颗
超级地球中
有5颗就处于其依据带上
按照这个概率
可将整个银河系会有多少行星
处于其恒星的依据带上
所以
宇宙中诞生出生命的可能性是极大的
只是问题是
他们有多少
进化出了像人类一样的智能生物
又有多少
具备发现其他智能生命的能力
而且人类的诞生仍然是一种偶然
因为智慧是否具备长期存在的价值
这一点上不
清楚智慧也不是进化的终极目标
因为
如果不是6,600万年前小行星的撞击
人类这种智慧生物是无法出现的
恐龙到现在也会存在
而在撞击之后
到人类出现之前的这段时间
只是因为过去的6,600万年
地球没有再次经历这种重大撞击
但从地球的历史来看
每3,000万到6,000万年
都会经历一次这样的可怕撞击
这种撞击的概率
在整个银河系都是存在的
银河系的其他已经发展出生命的行星
有没有足够长的无碰撞周期
来进化出智慧呢
所以有朝一日
我们可能在银河系中
发现很多生命形式
但是我们不太可能找到智慧生命
还有一种可能在银河系以外
还有很多形式的智慧生命
但他们彼此之间都不知道对方的存在
即使这些文明的程度比地球高很多
因为星系之间的尺度
对于生命存在的周期来说
太过于宏大了
我们仅仅是到银河系的中心
就需要大约5万年
而到宁静的星系之中
需要几十到几百万年
甚至是数十亿年
而在很多科幻电影中
未来的人类和外星人通过空间弯曲
或者额外的维度来克服这个困难
但我认为这些是永远不可能的
无论生命变得多么智慧
因为这是宇宙的物理定律决定的
基于此宇宙中的智慧生命
发现彼此是概率极小的事情
最后一点就是
在人类变得足够强大之前
不要往宇宙中
释放任何我们存在的信号
虽然我们已经在这么做了
而且也不要回答任何收到了
可能是疑似外星的信号
我们总是倾向于外星智慧
生命都是美好的
平静的但我不这样认为
我们不能把人类的观点放在他们身上
这是一种危险的思维方式
想想哥伦布来到美洲大陆之后
发生的事情
这一幕极有可能发生在我们身上
在科幻小说中
空间和时间弯曲是司空见惯的桥段
他们用于快速到达
遥不可及的宇宙空间
来克服宇宙尺度的问题
而且这一行为会影响到时间
很多人由此产生了时间旅行的想法
那么时间旅行是否可能
我们的地球表面
在很久以前被认为是平面的
这意味着两点之间直线最近
但后来我们发现地球是球形的
表面是弯曲的
那么两点之间最近的就不是直线
而是最接近直线的大圆
这也是航空公司使用的路线
所以地球表面就是所谓的二维空间
想象一下
从地球北极点到南极点
最短的距离就是一条惊现的长度
大概是20,000公里
但如果我们能在北极点到南极点之间
打一个洞
那么
两者之间的距离就相当于地球的直径
为12,000公里
这就缩短了近8,000公里的距离
这就好比我们的宇宙
以前认为也是平面的
但后来被广义相对论证实是弯曲的
我们居住的三维空间
就是我们看不到的另一个维度的
球体表面
只是这个球体表面是如此的巨大
以至于
空间在各个方向上几乎都是平坦的
爱因斯坦
在1905年
就意识到了空间和时间的关系
并最终验证出来所
以我们可以将时间和空间
视为一个思维的实体
时空中的每一个点都有四个数字标记
明确了他们在时空中的位置
我们要坐时间旅行
就需要一艘飞的比光速还快的飞船
但是根据相对论
这艘飞船的速度越接近光速
所需要的功率就越大
直到他达到并超过光速
那么他需要耗费掉无限的能量
这比整个宇宙的能量还要多
这显然是不可能的
但是1948年
库尔特哥的尔找到了广义相对论
厂方成了一个解
证明了广义相对论允许时间履行
这一点让爱因斯坦感到不安
虽然他认为时间履行是不可能的
但是这个解也存在很多问题
比如
哥德尔的姐无法代表我们现在的宇宙
此姐中的宇宙常数的量
具有相当大的数值
而一般而言我们认为很小
因为我们的宇宙在不断膨胀
哥德尔的姐
只适用于一个经典的宇宙模型
那么我们是否可以把时空的两点折叠
来创造一个可以通过飞船的冲动
来实现时间旅行了
就好比图是 a 点代表现在
b 点代表100万年后
红线
表示 ab 两点通过正常时间的路径
而绿线则是通过冲动的路径
这样就可以用较短的时间
到达未来的某一刻
就是所谓的时间旅行
但是当这个理论用于回到过去时
就会出现背论
比如你杀死了你的祖母
你是否还存在
所以很多人提出了多重历史的理论
来解释这个背论
也就是
你每一次回到过去的历史和你出
发的历史是完全不同的一条线
但霍金认为不存在多重历史
因为如果有的话
他应该在宇宙微波背景辐射中
留下可探测的印记
可是至今我们也没有发现这些印记
这只能说明不存在多重历史
或者即使真的存在
多重历史的数量也非常有限
而不是我们想象的是无限的
而这样的话又会产生被论问题
所以时间旅行在未来的某一刻
发生的可能性
不大同时
当时空被弯曲到几乎足以允
许回到过去时
虚离子的密度和能量会变得非常大
大到难以维持这个冲动
这意味着
宇宙中存在一种时间保护机制
不允许我们回到过去
如果我们能统一
广义相对论和量子理论
那么时空应该有11个维度
而不是我们所经历的4个维度
这11个维度中的7个被蜷缩到了一个
小到我们察觉不到的空间中
而剩下的4个方向相当平坦
也就是我们称之为时空的东西
也许我们可以在这四个平台的方向上
混合七个极度弯曲和翘曲的方向
来实现时间旅行
但如果广义相对论被证明是正确的
能量密度是正的
那么时间旅行就是不可能的
反之相对论如果不是绝对正确的
那么时间履行
就是一种出现在我们这个错误时代的
正确想法
霍金认为
宇宙中的某些事实
也许比任何科幻小说家的疯狂想法
还要奇特
比如黑洞
这是目前已知宇宙中
发现的最奇特的天体
黑洞
早在被证实很久以前就被人提出了这
个人就是约翰米歇尔
他在1783年
也就是爱因斯坦出生的前96年
就提出
如果有人向天上发射一颗子弹
那么这颗子弹最终会由于引力而减速
并回落到地球
但是
当这颗子弹的速度大于11公里每秒时
地球的引力将无法将子弹拉回
这就是地球的逃逸速度
宇宙中各个天体由于质量不同
逃逸速度都不同
而光却可以轻易逃离任何天体
因为他的速度是如此之快
那么
如果宇宙中有一种天体的质量足够大
密度足够小
那么他表面的逃逸速度会比光速还大
也就是连光都无法从这个天体逃逸
所以这个天体我们是看不到的
米歇尔称之为暗星
这个爱心具备一些我们完全
想不到的物理特性
但是他的这一理论在当时太过超前
没有人去深入研究
直到一100多年后
德国科学家卡尔施瓦西
在一战停战的战豪中
利用爱因斯坦的方程大
质量恒星的精确解
重新发现了米歇尔提到了案薪
宇宙中的芯体质量达到一定程度后
就会形成这样的魔球
任何东西经过他都会被他吸入
包括光线
史瓦西计算的这个魔球的半径
如果把太阳压缩到
3公里大小的一个球体
或者把地球压缩到半径约
1厘米的玻璃弹珠的大小
那么太阳和地球就会变成这样的魔球
这个半径就叫做史瓦西半径
到了1967年
约翰会乐把这个天体叫做黑洞
这个词是如此的新颖
以至于很快就流行开来
而霍金对黑
洞是充满兴趣的
他投入了大量的精力来研究黑洞
在黑洞周围
有一个被称为世界世界的边界
可以看作是一种时空界限
在这个地方
引力刚好强到足以将光线拽回来
防止他逃逸
这就有点像
你乘坐独木舟穿越一个河流
在你前方正好是一个大瀑布
如果你离瀑布较远
那么你只要快速向反方向滑桨离开
就可以逃脱
但如果你离瀑布较近
一旦你进入到瀑布的水流范围
你就无法逃脱
如果你驾驶一艘飞船
一旦进入到黑洞的世界世界
你就会变成一根意大利面
被逐渐拉长
拉进黑洞
而且拉伸的速度之快
以至于你可以在一瞬间
看到你的后脑勺
只是在世界世界外面的人
是看不到你跌进去的场景
因为外部的观察者
只会看到你的飞船越来越慢
围绕着黑洞旋转
直到逐渐消失
当所有人都认为
黑洞只会吸收物质而从来不释放时
霍金却在1974年发现
黑洞似乎也在以恒定的速度
向外发射逆子
这就是霍金著名的黑洞蒸发理论
也是他关于黑洞最大的贡献
而量子力学的研究也说明了
整个宇宙空间
充满了成对的虚离子和反离子
当虚离子其中的一个被黑洞吸收时
另一个就会逃逸到无限源
这就是黑洞表现的向外喷发了辐射
很多人想知道穿越黑洞会到达哪里
根据现有的观测
黑洞中心是一个起点
他是引力和质量坍塌的极限形成的
这个起点是所有物理理论崩溃的地方
而且他和宇宙形成初始的起点
是否具备同一性质
我不知道
如果想知道这个问题
我们需要找到一个小型黑洞
那么
我们在瑞士建造了大型强子对撞机
让两速粒子加速到接近光速
然后对撞
就有可能制造出一个极其微小的黑洞
那么这个黑洞
将为我们研究真正的黑洞
提供很多帮助
也许会是人类有史以来最重大的发现
那么黑洞存在的意义是什么
假设我们的宇宙时空是完全平坦的
这就像是你来到了一片一望无际
没有任何特色的沙漠
你往任何方向望过去都是一样的
你感到绝望
但是这个时候
突然你的前方出现了一座绿洲
一滩湖泊
甚至是一只骆驼
那么这个沙漠就会显得不同
方向感和不对称性就有了
时空也是如此
你往其中放入任何一个东西
都会产生引力
黑洞就像是宇宙中的绿洲
给我们指引方向
但我相信
黑洞是我们理解宇宙的重要隐患
我期待未来的人类
可以借由黑洞来理解我们的宇宙
和所有的一切
霍金最后说到
除了这几个问题啊
霍金还回答了一个非常重要的问题
那就是是否存在上帝
我们这个宇宙又是如何开始的
在开始之前又是什么样的

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作者:单龙网
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