面对浩瀚的宇宙,人类除了恐惧,还有好奇

2019-01-08 00:09:05来源:智先生

摘要:在生活的压力下,人们无暇顾及星辰大海,因为不能带来实际效益,苟且于眼前,不时看看诗和远方,仅此而已。

今天我想和你们聊聊宇宙。

要想深入地了解宇宙,对物理和天文的门槛很高,许多知识会生涩难懂,如奇点、熵增、相对论和红移等,但不妨碍普通人的基本科普。

给我挺大感触的是,当下人包括我身边的亲戚朋友,对宇宙的理解仅停留在每年的中秋节,抬头仰望着月亮和星星,就能脑补出心中的宇宙。

在生活的压力下,人们无暇顾及星辰大海,因为不能带来实际效益,苟且于眼前,不时看看诗和远方,仅此而已。

谷歌创始人拉里佩奇就坦言, 美国宇航局是谷歌最强的竞争对手。即使谷歌极力描绘前景和梦想,给工程师开高工资、期权和股权,但是美国宇航局的梦想更为诱人,是面向整个宇宙,把最优秀的人才都吸引走了。

我不会将梦想寄托在宇宙上,但可以让你了解宇宙的一些真相。(以下图文较长,我尽量讲得通俗易懂)

1、仰望星空,我们能看到宇宙的浩瀚历史

我们知道,光的速度是30万公里/秒,它一年走过的距离被称为光年。以当前人类最快的飞行器,也要行驶大约16000年,才抵得上一光年的距离。

当月亮围着地球转、地球围着太阳转时,其实太阳也在公转,它率领着整个太阳系,绕着银河系的中心转,转一圈需要2.5亿年。

银河系

银河系大约有1000亿个恒星,绝对的大哥级别,而太阳系只是渺小的其中一个小弟。

银河系的直径有10万光年,如果在银河系的另一端有生物在用望远镜看地球,那么能看到10万年前的地球景象,那时居住着尼安德特人。

若要探索宇宙更遥远的地方,人类需要借助各种望远镜,如定居太空的哈勃望远镜:

哈勃望远镜曾将它的镜头对准夜空里的一个小角落,并将这个视角保持了4个月,尽其所能观测那里的所有光亮:

下面是哈勃所拍摄到的:

这张图里每一个亮点都代表一个星系,大约有1000多个。

这些星系距离地球至少130亿光年。换言之,我们横跨了130亿年的宇宙历史,追溯至宇宙诞生的8亿年后,进行了一场“时空倒流”。

哈勃观测的这片区域,星系数量在整个宇宙其实微乎其微。科学家曾估算,人类能观察到的星系大概有1000亿个,每个星系都有大约一万亿个像太阳的恒星,更有数之不尽的行星。

草帽星系,距离地球2930万光年

因为距离太远,即使有些星系已经被毁灭了,我们也观察不到。因此曾有人举出一个荒诞的猜测:是否存在宇宙已经毁灭了,但我们还没看到的可能?

即使是离地球最近的一颗恒星:比邻星,距离也达到4.24光年。虽然科学家在那里发现了一颗宜居的行星,我们坐飞船过去仍然要7万年。

比邻星

因为宇宙浩瀚无边,所以我们看到的一切事物,都属于过去:

我们看到的只是1.3秒前的月亮,8分钟前的太阳,100年前的北斗七星和250万年前的仙女座。

在这个世上,只有两样东西能让我们的心灵感到深深的震撼,一是我们头上灿烂的星空,二是内心崇高的道德法则。

2、人类在宇宙太孤独了

人类从诞生到进化,这个过程艰难而漫长。

《钢炼》里说到人的组成:“水35升、碳20公斤、氨水4升、石灰1.5公斤、磷800克、盐250克、硝石100克、硫磺80克、氟7.5克、硅3克、铁5克、还有适量的十五种元素,以一个标准的成年人来计算的话,这就是人体的构成物质。”

我们将人体的灵魂意识都排除在外,仅讨论组成人体所需的物质元素,如碳氮氧氟,就要经过恒星无数次的燃烧锻造形成。

如果把宇宙的历史看成年历,那么从1月1号开始计算,人类处于以下的进程:

  • 1月1日:宇宙大爆炸,氢是最基础的元素。

  • 1月10号:氢因引力坍缩而被点燃,形成第一批恒星。

  • 1月13号:恒星开始剧变,形成第一批小星系,碳氮氧硅铁等元素越来越多。

  • 3月15号:银河系诞生 

  • 8月31号:太阳诞生

  • 9月21号:地球生命开始诞生

  • 11月9号:生命开始呼吸、移动

  • 12月17号:海洋生物开始登陆陆地

  • 12月28号:第一朵花开始绽放

  • 12月30号早上6点24分:小行星撞击地球

  • 12月31号最后一小时:人类出现

  • 12月31号23点59分46秒:人类所有记载的历史,只有14秒。

尽管人类的科技日新月异,也仅仅登陆过月球,造访过金星火星土卫六而已。

从月球上看地球,能看到完整的形状:

月球看地球

在土星附近看地球,已经成为一个小光点了:

土星看地球

在海王星附近看地球,你不认真看,都发现不了地球的踪影:

海王星看地球

孤零零的人类,为了寻找地外文明,从未停止过探索的热情。

NASA在1972年发射了先驱者10号,它成功越过小行星带,近距离观测木星的飞行器,但由于电力不足,已失去了联系。

先驱者10号

目前飞得最远的是旅行者一号,在1977年9月5日发射,于2014年离开太阳系,飞向了别的恒星。

旅行者一号

它带走了一张12英寸的金唱片,里面包括 55 种语言录制的问候语,内容是“行星地球的孩子(向你们)问好”,以及一个90分钟的声乐集锦和 27 首世界名曲。

金唱片

旅行者1号的命运和前辈没什么区别,等待它的最终命运是电力被耗光,冰冷地漂浮在星际空间中。

旅行者1号收录了美国总统卡特的问候音频,但是外星人最先看到的地球人,很可能是希特勒本尊。

希特勒

1936年纳粹德国的奥运会开幕式中,当时的电视直播频率低于50MHz,电视信号的频率能通过地球的电离层反射,抵达太空。

当时的电视直播

如今,在超过81光年远的地方,信号因为电量过低而被分散,可能被潜在的外星生物所探测到。

相较于宇宙的浩瀚历史,人类绽放的时间极其短暂,在宇宙中是否存在其它生命呢?

天文学家苦苦寻觅多年,依然没有发现一丝生命迹象,但是却发现了“地外文明”的痕迹:如恒星KIC 8462852:

恒星KIC 8462852

这个恒星比太阳更热更亮,距离地球有1480光年,在持续的观测中,围绕着它旋转的一颗行星十分反常,引起了人们的注意。

通常来说,行星围绕着恒星旋转,当转到恒星的前面时,会遮挡一部分光源,大约有1%,且光变曲线很有规律,呈现对称性,就像下图:

行星的遮挡面积对称分布

但是这颗恒星有很高的占用,在观测的第800天达到15%,1500天的时候达到了22%,观测如下:

不规则的光变曲线

从来没有任何一颗恒星会有这种状况,科学家在排除仪器故障、彗星撞击、尘埃遮挡等原因后,美国天文学家戴森提出了一个猜测:有外星文明将这颗行星包裹起来,用来开采恒星的能量。

这就是著名的“戴森球”,也被称为人造天体理论,它很可能长成这样:

戴森球

或者是这样:

卡尔达肖夫指数曾划分了宇宙文明的等级:

  • 一级文明是指可以控制利用一个星球,如地球;

  • 二级文明是指可以控制利用一个恒星,如太阳系;

  • 三级文明是指可以控制利用一个星系,如银河系。

目前人类仍需上百年才能达到一级文明水平,也就是完全掌握地球的所有资源,并能控制地震海啸等灾难。

而这颗“戴森球”的建筑面积比太阳还大,它控制恒星来开采能源,或许仅仅只是一处矿场,其背后的文明已经进入二级文明水平。

我们只是观测到它1481年前的模样,如今是什么规模,我们不得而知。

庆幸的是,宇宙的广袤无垠,让人类得以孤独地生存,为繁衍发展提供一份安全感。

因为距离遥远,等外星文明真正来访地球时,我们或许已经做好充足的准备了。

3、越了解宇宙,我们就越不懂宇宙

从哥白尼提出日心说,到伽利略自制天文望远镜、力学和相对论的诞生,再到苏联发射第一艘载人飞船“东方一号”,人类对宇宙的探索热情从未停止,但是却带来更多的困惑和不解。

一、暗物质

暗物质魅影

随着对宇宙的深入了解,人们发现在理论上,应该有一种看不见的物质,弥漫于浩瀚宇宙之中。

因为有了引力的存在,地球才会围绕太阳公转,太阳系才会围绕银河系公转,这个不难理解。

但是研究发现,星球之间的引力,是无法抵消高速旋转时的离心力,所以这里有看不见的物质,将星球约束在相应的轨道上,这就是暗物质。

UGC 447星系主要由暗物质构成,使其成为搜寻和研究暗物质的首选星系

更惊人的发现是,这种暗物质,它占据了宇宙96%的物质含量,人类可见的只占宇宙总物质量的5%。 但是暗物质肉眼却不可见,想找它出来十分困难。

二、宇宙不是黑色的

我们所观察到的宇宙,都是以下这样:

但是在可见宇宙中,遍布着上千亿个星系,理论上我们无论望向天空的哪个位置,都应该有繁多的星系发光,夜空应该是很明亮的。

德国天文学家奧伯斯也提出这样的疑惑,他的解释是:宇宙中存在气体和尘埃,阻挡了光线,所以不是所有星系的光都能到达地球。

但是这个解释有误,即使星系被尘埃和气体阻挡,它们也会以电磁波的形式辐射能量,依然会让宇宙变亮。

也有人提到,或许有些星系离我们太远,再等等就能看到光了。但是根据宇宙膨胀说理论,我们即使等到沧海桑田、板块位移,夜空也不会亮如白昼。

这是由于我们身处的宇宙,它的每一处空间都在往外膨胀。

距离越近的物体,由于引力的作用,可以抵抗空间膨胀:如地球和太阳可以紧密相连,不会分开;但是银河系和百万光年以外的星系,互相没有引力作用,两个星系将会离得越来越远。

越是靠近宇宙膨胀边缘的星系,远离我们的速度就越快,甚至超过了光速,导致发出的光,我们一直接收不到。这就是我们肉眼所看的宇宙,为何是黑色的。

在宇宙空间中,弥漫着大爆炸后的光,并且因为膨胀而红移成微波。如果你有看得见微波的望远镜,对着星空扫描,就可以得到下面的图画:

微波中的宇宙

原来,夜空是明亮的,只是我们看不见,需要借助仪器,才能观察到另一部分的宇宙。

三、宇宙大撕裂

现在我们能观察到最远的可视宇宙半径是138亿光年,但是宇宙在不断地膨胀,半径已经达到466亿光年。

一个很悲伤的事实是:大部分的宇宙我们是永远看不到,也永远无法到达的。

此外,更残忍的事实是:因为宇宙膨胀在不断加速,银河系会变成孤独的星系,直到有一天太阳和月球都会离我们而去,你抬头再也看不见任何星星,那时候所有的星球都会分崩离析,宇宙陷入死寂之中。

这就是科学家设想的宇宙末日之一:大撕裂。

四、玻尔兹曼大脑

要想知道这个大脑是什么玩意,首先我们应该理解什么是熵。

举个例子,天空有大量的冰块,在大自然的塑造下,有无数种奇形怪状的组合,这就说明南极的冰无序,熵值很高。

但是要想将冰块自然地形成哈尔滨冰雕,估计过上千百年,才有类似的形状出现,所以冰雕的组合有序,熵值很低。

且冰雕的存在注定很短暂,它必然随着时间,变成无序的冰块,导致熵值变高。

因此,宇宙也是从有序趋向于无序,并最终灭亡,甚至一切事物都是从有序趋向于无序,这就是熵增原理。

由此可推论,人类形成的条件极为苛刻,因为熵值很低,但是在宇宙有序的状态下,虽然产生生命的概率很低,但是仍可能发生。

这时候玻尔兹曼大脑就跳出来了,说它只是一个简单的大脑,相对于人体来说,在宇宙中出现的概率更大。虽然这种大脑的寿命只有短短一瞬间,然后就消失,但不是没有这种可能。

奥地利物理学家玻尔兹曼

因此目前不排除在某个星空中,会有一颗和行星那么大的脑袋漂浮着(或者是其它形状,只要有发挥意识的资格都可以)

它不断地思索着“我是谁”等哲学问题,并发挥着远超人类思考极限的能力去思考,甚至会尝试构建人类的世界体系。

五、许多星球的环境远恶劣于地球

柯洛7b行星

柯洛7b距离地球有480光年。它没有自转能力,朝向太阳的一面形成巨大的熔岩湖,温度高达2600度,背面暗淡无光,温度低至零下200度。

由于炙热的高温,岩石熔化并且沸腾,像水那样蒸发,在天空冷凝成岩石云。然后在较冷的半球以岩浆的形式下雨,岩浆在抵达地面前就会凝固成岩石,可谓真正的岩石雨。

HD189773 b行星

HD189773 b是一颗距离我们63光年的系外行星,看上去和我们地球很像。

唯一恐怖的地方是,这颗行星的大气是由硅酸盐和玻璃构成,下的是玻璃雨,且风速达到时速8700公里/小时,是音速的7倍。

开普勒-16b

开普勒-16b位于天鹅座,它围绕着双恒星系统运行,相当于有两个太阳一起日出日落,气候十分炎热。

HD131399 Ab行星更厉害了,它同时围绕着三颗太阳运行,公转一周需要550地球年。

海洋行星格利泽1214b

海洋行星格利泽1214b是一颗被海洋完全包围的行星,地球的海洋深度不到11千米,里面生物就很可怕了,而这颗星球的水深达到数百千米。

行星KELT-9b

行星KELT-9b有木星大小,它1.5天就能公转一周,表面温度达到4300摄氏度,接近太阳的表面温度。

人是碳基生物,能适宜人类的居住的行星环境十分少,但不代表着不适合硅基生物、铁基生物这类“奇葩”的生命生存。

4、宇宙中永恒的美景

 一对相互缠绕的星系,距离地球大约3亿光年

两个黑洞相撞,朝宇宙释放出粒子喷流

经典的创生之柱,然而在6000年前已经被毁灭

万马奔腾

伪超新星,它是银河系中最大最诡异的恒星系统之一

双宿双栖,由四颗恒星组成 

梦幻三星,它包含三颗恒星,直接指向星云

马头星云

 恒星工厂

英仙座流星雨

船底座星云

太空蓄水池,水量比地球海洋多140万亿倍

企鹅护蛋

蓝色烟雾:超新星爆炸留下的残骸

木星的极光现象

蚂蚁星云

船底座星云博克球状体

宇宙中最不能理解的,恰恰是宇宙可以被理解。

虽然人类在宇宙中渺小如尘埃,但是正因为人类有生命,有情感寄托,有着自己的人生追求,这在浩瀚无垠的宇宙中都具有无可替代的意义。

每当陷入迷茫无助,无路可走时,不妨仰望星空,或许就会少一丝对未知的恐惧,多一分对未来的从容。

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