奇幻絢爛的宇宙
——從霍金宇宙三部曲說起
今年，當(dāng)代最偉大的科學(xué)家霍金離開了這個(gè)讓他曾經(jīng)著迷和神往的世界，一代巨星隕落。對(duì)此，新華社曾撰文說：“世界再無霍金，時(shí)間簡史永存”。然而，霍金身后留下的不僅僅是《時(shí)間簡史》，還有《果殼中的宇宙》和《大設(shè)計(jì)》，人們統(tǒng)稱為霍金宇宙三部曲。
霍金宇宙三部曲雖說是科普讀物，但從對(duì)人類影響的角度講，堪比馬克思《資本論》，它對(duì)人們認(rèn)知世界產(chǎn)生了顛覆性的影響。人們通過霍金三部曲神游奇幻絢爛的星空世界，領(lǐng)略浩瀚宇宙的多姿多彩。
時(shí)空
——需要我們重新認(rèn)識(shí)
愛因斯坦相對(duì)論和量子力學(xué)是現(xiàn)代科學(xué)的基石，讓人們有機(jī)會(huì)、有能力領(lǐng)略宏觀到微觀世界的精彩。
在愛因斯坦狹義相對(duì)論里，當(dāng)一個(gè)物體的速率接近或超過光速時(shí)，空間就會(huì)壓縮，時(shí)間就會(huì)變慢。一個(gè)鮮為人知的科幻故事說，一個(gè)人乘坐一艘光速旅行航天器，在遨游太空20年返回地球后，發(fā)現(xiàn)他的妻子早已過世，他的兒女也老態(tài)龍鐘了。這有一點(diǎn)像神話里的傳說，“天上一天，地上一年”的不可思議的味道。然而，這是科學(xué)，而且被無數(shù)間接和直接的事實(shí)而證實(shí)。有人精確地計(jì)算過，在地球上一個(gè)人乘坐一架飛機(jī)逆太陽繞地球飛行一圈，其壽命可延長零點(diǎn)幾秒。時(shí)間再不是永遠(yuǎn)不變的，它可以變慢，人可以相對(duì)地球時(shí)間活幾百年或更長。空間也再不是直線散發(fā)的，它可以縮短，讓距離不再遙遠(yuǎn)。其唯一的條件是使物體的速率達(dá)到和接近光速。
在愛因斯坦的廣義相對(duì)論里，天體在宇宙中旋轉(zhuǎn)會(huì)產(chǎn)生引力波，并不斷向外傳播?，F(xiàn)在引力波的存在已被證實(shí)。形象地說，引力波的產(chǎn)生如一潭平靜的水面投入一個(gè)石子，激起的漣漪一圈一圈向外擴(kuò)散。愛因斯坦認(rèn)為，宇宙就如一張平靜“膜”，當(dāng)一個(gè)天體投入“膜”中時(shí)“膜”就會(huì)凹陷下去，隨著運(yùn)動(dòng)就激起一圈一圈“漣漪”，也向外傳播，并且不同質(zhì)量的天體在這張“膜”滾出凹槽式的軌道，導(dǎo)致時(shí)間空間不再是直線發(fā)散的，而是彎曲變形的。
黑洞
——揭開光線偏折的奧妙
黑洞的發(fā)現(xiàn)也是相對(duì)論的成果之一。因?yàn)楹诙词怯^察不到的。在愛因斯坦相對(duì)論發(fā)明前，一些天文學(xué)家觀察一些天體的位置時(shí)，常常和理論計(jì)算結(jié)果存在很大的偏差。如，通過計(jì)算某顆星體在某個(gè)時(shí)刻會(huì)出現(xiàn)在某個(gè)位置，但觀察結(jié)果卻常常在另一個(gè)時(shí)刻另一個(gè)地點(diǎn)出現(xiàn)。愛因斯坦廣義相對(duì)論發(fā)表后，認(rèn)為光線在經(jīng)過某個(gè)領(lǐng)域時(shí)，光的傳播發(fā)現(xiàn)偏折，說明這個(gè)區(qū)域有質(zhì)量非常大的星體，它使光都不能逃逸，經(jīng)過其周邊的光線也會(huì)發(fā)生偏折，即光的傳播方向發(fā)生改變，這樣就會(huì)造成觀察星球的位置發(fā)生變化。就像我們看到的水中的魚和真實(shí)位置偏離是類似的，因?yàn)楣饩€通過水面發(fā)生了折射作用。
科學(xué)家們把導(dǎo)致光線發(fā)生偏折，且觀察不到的大質(zhì)量天體稱為黑洞。黑洞是恒星燃燒完后，經(jīng)過兩次塌陷形成的，它先是變成紅巨星，再變成白矮星。白矮星再爆炸后成為超新星和中子星，中子星再次塌陷變?yōu)楹诙础：诙粗皇枪饩€發(fā)不出來，但它能發(fā)出其他射線，如α射線等。因此，它仍然是常規(guī)物質(zhì)。
在我們觀察到的銀河系里就有很多黑洞。我們賴以生存的太陽最終也會(huì)變成黑洞，人類世界就會(huì)終結(jié)。因此霍金警告說：人類應(yīng)該移居到其它星球。
暗物質(zhì)、暗能量
——告訴你一個(gè)全新的宇宙
要搞清楚宇宙中的暗物質(zhì)、暗能量，先要從宇宙的誕生說起?，F(xiàn)在我們已經(jīng)知道，宇宙產(chǎn)生于大爆炸，宇宙的年齡是134億年?？茖W(xué)家已計(jì)算出，宇宙的爆炸瞬間為10-43秒由十維宇宙分裂成一個(gè)四維宇宙和一個(gè)六維宇宙。六維宇宙崩潰，壓縮成10-32米。四維宇宙爆炸后溫度高達(dá)1032度，就形成了今天我們看到的宇宙，即三維空間加一維時(shí)間的四維宇宙。在我們現(xiàn)實(shí)世界中，無中生有是不可能實(shí)現(xiàn)的，但在宇宙中是可以實(shí)現(xiàn)的。我們現(xiàn)在看到的宇宙，就誕生于一點(diǎn)。
經(jīng)典物理理論認(rèn)為，星球間有規(guī)律的運(yùn)動(dòng)是由牛頓萬有引力定律（F=GMm/R2）來實(shí)現(xiàn)的。然而，現(xiàn)代科學(xué)研究發(fā)現(xiàn)，僅靠萬有引力維持宇宙運(yùn)轉(zhuǎn)和一個(gè)個(gè)完整的星系，宇宙應(yīng)是一盤散沙。宇宙之所以能維持現(xiàn)有的秩序，只能是因?yàn)橛衅渌镔|(zhì)的作用，而這個(gè)物質(zhì)今天還沒有被證實(shí)，因此，統(tǒng)稱為暗物質(zhì)。
同時(shí)，科學(xué)研究發(fā)現(xiàn)，宇宙正在加速膨脹。我們知道宇宙加速膨脹就要有新能量的加入，而這種能量現(xiàn)在無法測量，就稱其為暗能量。
宇宙中暗物質(zhì)、暗能量究竟有多少個(gè)？據(jù)科學(xué)家計(jì)算，要維持宇宙現(xiàn)有的秩序，其暗物質(zhì)等于我們能看到的物質(zhì)的5倍。按照愛因斯坦的質(zhì)能公式E=mc2計(jì)算，要維持現(xiàn)在宇宙的膨脹速度，暗能量是現(xiàn)有物質(zhì)和暗物質(zhì)總和一倍還要多。令人困惑的是，到目前為止，人類還沒有真正找到暗物質(zhì)和暗能量，只是一種間接的推論，說明它們的存在。因此宇宙的奇幻遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出人們的想象。
量子糾纏
——讓我們認(rèn)知瞬間坍塌
量子糾纏在當(dāng)前而言，是最牛的科技成果。量子通訊已成為當(dāng)前最前沿、最神秘、最保密的信息通訊技術(shù)。量子計(jì)算機(jī)的誕生，讓當(dāng)今最牛的電子計(jì)算機(jī)瞬間失去了威風(fēng)。有人曾做過形象的比喻，如果量子計(jì)算機(jī)普及了，現(xiàn)在的電子計(jì)算機(jī)就相當(dāng)于過去的算盤運(yùn)算的級(jí)別，著實(shí)令人吃驚。
量子糾纏是量子力學(xué)的一種形態(tài)，實(shí)驗(yàn)證實(shí)，兩個(gè)沒有任何關(guān)系的量子，會(huì)在不同位置出現(xiàn)完全相同或相關(guān)的表現(xiàn)。比如相隔若干公里，甚至是幾光年的兩個(gè)量子，它們之間并沒有任何常規(guī)聯(lián)系，一個(gè)出現(xiàn)狀態(tài)變化，另一個(gè)幾乎在相同的時(shí)間出現(xiàn)相同狀態(tài)變化，而且不是巧合。
量子糾纏的這種形態(tài)徹底顛覆人們的認(rèn)知。現(xiàn)在我們認(rèn)為世界是物質(zhì)的，意識(shí)是物質(zhì)對(duì)立的另一種存在。如果把意識(shí)放到量子態(tài)分析，意識(shí)本質(zhì)上也是一種物質(zhì)。即有一種物質(zhì)和生靈可實(shí)現(xiàn)量子糾纏，可以完全徹底地影響物質(zhì)的狀態(tài)，如神存在一般，讓我們不得信服，日本著名企業(yè)家稻盛和夫的一句話:“只要你努力了，神也會(huì)幫助你的”是真實(shí)可信的。
蟲洞
——通往過去和未來的時(shí)間隧道
根據(jù)愛因斯坦狹義相對(duì)論的局限條件，時(shí)空旅行的飛船不可能達(dá)到接近光速的速度，因此，打通時(shí)間隧道幾乎是不可能的。然而，科學(xué)家又設(shè)想，人類也許可以把時(shí)空卷曲起來，實(shí)現(xiàn)時(shí)空的穿越。如一張紙對(duì)角線上的A、B兩點(diǎn)，A、B之間最短距離為其對(duì)角線長度。如果把這張紙折疊起來，使得A、B兩點(diǎn)重疊，A、B兩點(diǎn)距離就只有紙的厚度，只要在紙上打個(gè)洞就能從A到達(dá)了B。這樣AB之間就創(chuàng)生了一個(gè)蟲洞。顧名思義，蟲洞就是一個(gè)時(shí)空的細(xì)管，它能把兩個(gè)相隔遙遠(yuǎn)的幾乎平坦的區(qū)域連接起來。例如人們可以想象，找到一個(gè)從太陽系附近通到半人馬座的蟲洞，那樣的話，雖然在通常情況下地球和半人馬座相隔20億英里，而通過蟲洞的距離卻只有幾百萬英里。這樣，蟲洞和超光速旅行方式一樣，人們就可以逆時(shí)旅行，從而可以回到過去，抵達(dá)未來。
能否找到蟲洞，并且維持蟲洞一直是人們探索的一個(gè)課題。愛因斯坦認(rèn)為，蟲洞不能維持足夠久，因?yàn)橄x洞會(huì)縮緊，飛船會(huì)撞到奇點(diǎn)上去?，F(xiàn)在，人們提出并設(shè)想，一個(gè)先進(jìn)的文明可能使蟲洞維持開放，或者可以把時(shí)空以其它方式卷曲，使它允許時(shí)間旅行。我們通常的物質(zhì)具有正能量密度，賦予時(shí)空以正曲率。因此，要想實(shí)現(xiàn)逆時(shí)空旅行，就需要建造一個(gè)負(fù)曲率時(shí)空區(qū)域，人們就必須要有負(fù)能量密度的物質(zhì)。因此，我們可以設(shè)想，人類如果某天能夠獲取反物質(zhì)，那時(shí)人們可利用它賦予的負(fù)能量，就可以實(shí)現(xiàn)逆時(shí)空旅行，再現(xiàn)古人的生活場景，將不是天方夜譚。隨著科技的發(fā)展，也許能夠變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)。
萬物理論
——坍塌的物理世界與崩潰的內(nèi)心世界
我們現(xiàn)有的物理學(xué)理論認(rèn)為，光速是不可超越的，但現(xiàn)在人們測定，量子糾纏的傳導(dǎo)速度至少達(dá)到4倍于光速。如果我們能實(shí)現(xiàn)量子糾纏的速度，人們就可以回到過去或達(dá)到未來。這個(gè)物理世界就會(huì)坍塌，需要人們重新構(gòu)建一套全新的物理理論。
同時(shí)，科學(xué)發(fā)展到今天，人們第一次知道，我們看到的世界僅僅是整個(gè)世界5%，而且有95%是人們未知的。人類只是宇宙的一粒塵埃，而不是宇宙的主宰。因此，霍金曾說：“如果我們真能發(fā)現(xiàn)一個(gè)完全的理論（萬物理論），屆時(shí)我們就能知道上帝的想法了”。
文/米文臣
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