普通人真的不需要懂宇宙学吗
看见有人提问:“作为普通人,研究宇宙学有意义吗?可能是没有身处其间吧,感觉研究宇宙的意义不大,不管是应用价值还是经济价值,你觉得呢?”
有它这样的想法并不奇怪,人类本身就是追求利益的动物,有了利益就有人去追求,上世纪80~90年代为什么涌现出形形色色的“气功大师”?还不是因为利益。但是对于宇宙学来说,它真的是“屠龙之术”吗?又可以给人类带来什么样的利益呢?
宇宙学家霍金(电影剧照)在我个人来看:从利益的角度来看,懂得宇宙学最起码给人类带来六个利益。
第一,聊天有话题。
“物以类聚,人以群分”,高层次高素质的人会自动聚合到一起,而他们对朋友圈晒吃晒富晒娃晒旅游之类的行为并不感兴趣。高层次高素质的人喜欢谈论的是军国大事、金融创新、科技前沿、人类命运。如果你懂一点起码的宇宙学知识,你才能和他们有共同语言。
奇妙的宇宙特别是高级知识分子,即使是文科出生的人,也是对宇宙很感兴趣的。我国古代楚国大诗人屈原就写下了《天问》:“九天之际,安放安属?隅隈多有,谁知其数?天何所沓?十二焉分?日月安属?列星安陈?”这种对宇宙人生关系探索的动力,来源于灵魂的深处。人类原本起源于宇宙,最终还要回归宇宙。
第二,解决地球上的能源危机。
年12月17日,中国的“嫦娥五号”探测器从月球上带回来不少月球土壤,大约为2千克多。我们中国人终于可以“敞开来”研究它了。美国曾经在几十年前赠送给我们1克月球土壤物质,就这很稀少的1克月壤,我国科学家就围绕它进行了无数次实验。欧阳自远院士在年轻时就靠它写了十几篇论文。通过对月壤物质的直接研究,人类开始真正地了解月球,继而考虑开发月球的经济价值。比如,氦-3是一种被公认为安全、高效的核聚变能源燃料,但在地球上存有量极为稀少,科学家甚至认为它在地球上的储存总量仅为千克。但是在月球上,预估氦-3的储存量很大,至少有万吨以上,如果都开发出来,至少管地球上用几千年。这个就是开发月球给人类带来的好处之一。如果可以掌握开采月球上的氦-3的高效技术,未来地球上的能源危机就能得到缓解。现在做不到,不代表以后就做不到。
月岩标本,一克价值1吨黄金第三,研究和了解宇宙,会导致我们回过头来更加珍惜地球。
人类社会经济发展与生态保护是存在一定结构性矛盾的。为了追求经济发展,一些地方的森林、湖泊快速地消逝了,很多生物物种被灭绝了。但是很多人并没有意识到破坏自然环境对子孙后代带来的危险。
当我们仰望茫茫星空,我们会惊诧地发现,尽管宇宙空间是那么的无穷无尽、广阔无边,星辰数量亿亿万万,但所见之处,都环境极端恶劣,到处是脉冲星射线爆、白矮星、黑洞,行星要么过于炽热,地表几百上千摄氏度的比比皆是,要么极度寒冷,冰层硬度超钢铁百倍。之前被媒体广泛报道的行星“开普勒-”,一度被寄予厚望为“地球2号”,但是结果被证明那里并不对人类友好。
金星表面那些环境对于我们人类来说,显然都是地狱一般的存在。就说那太阳系中离地球很靠近的金星,科学家研究认为,它的过去可能与地球一样有过大量的水,但都被蒸发,消散殆尽,以至于变得非常干燥。而在金星的地表附近,云层中是高强度硫酸,其大气压足足是地球表面的92倍,地表平均温度是℃。这不就是神话传说中的“地狱”吗?按自然科学的说法,金星在遥远的过去一度和现今的地球环境类似,但由于温室效应,如今变成了魔鬼都不愿意去的地方。
了解到宇宙的真相,再回顾我们地球本身,就知道如果我们不重视保护自然环境,不遏制温室效应的进一步恶化,明天的地球必然就是下一个金星。
第四,将宇宙研究透彻,将可能是人类在“宇宙末日”中活命的本钱。
站在科学的角度看,人类对一切事物喜好背后的原始驱动力,都源于基因本能。人类的一切行为皆是为了复制和传递DNA。之所以研究宇宙学,其本质的意义,其实也是为了人类更好的生存,更好的保存和传递本物种的DNA。因为也许有一天,宇宙学对人类自身的延续有用。
未来小行星撞击地球的危机将带来生态灾难。而这是大概率事件。6万年前一颗直径不算特别大的行星撞击在墨西哥犹加敦半岛,就造成了全球80%以上物种的集体灭绝,当时称霸一亿六千万年的庞大恐龙家族迅即走向衰亡。
毁神星“阿波菲斯”年6月19日,人类天文学家就通过监控发现了一颗直径米左右的小行星,命名为“阿波菲斯”(又叫毁神星)。这颗小行星将于年4月14日4时49分到达距离地球东半球最近位置,当日5时20分左右与地球相撞概率为1/37左右。这是一个极其危险的概率。但是后来的观测计算发现又认为它可能与地球擦肩而过,但也仅仅距离千米。这依然是相当危险的距离。假设“阿波菲斯”与地球相撞,会发生什么呢?世界上有史以来当量最大的“沙皇炸弹”——大伊万,它的爆炸当量为万吨TNT烈性炸药的爆炸威力。在试爆当日,所产生的火球在将近公里外的地方都可以直接看见。爆炸产生的蕈状云宽近40公里,高约64公里,比世界第一高的珠穆朗玛峰还高7倍多。其巨大的威力甚至让整个欧亚大陆位移了9毫米。而如果这直径米左右的“阿波菲斯”真的撞击到地球,其威力将是大伊万的40~50倍,是西伯利亚通古斯大爆炸的倍。
区区直径米左右的小行星撞击地面就可以造成这样惨烈的影响,如果是直径更大的小行星呢?天文学家预估,直径在1千米左右的小行星与地球碰撞的概率为每60万年一次。如果我们在太阳系内建立成熟、高效的防撞预警机制,就可以有效的避免人类文明遭遇灭顶之灾。
规避危机这还是直接可以预见的危险。而按照物理学中的熵增定律,宇宙的命运最终将走向极度冰寒,所有的能量交换活动将停息。到了那个终极时刻,我们的宇宙会死亡。那么,能不能通过技术手段延续人类文明呢?宇宙学有一些假设,认为我们的宇宙之外还有其他宇宙,如果有一天我们找到方法,就可以逃生到其他宇宙中去。比如,将人类的信息用引力波投射过去,在另外的宇宙中进行重组。甚至懂得万物创生的秘密,直接创造出一个新的宇宙出来。尽管这些说法看起来有点天方夜谭,但在科学原理上并不违反。与其坐以待毙,还不如放手一搏,也许可以得到一线生机。宇宙学或许就是人类生存的最后希望。
即使我们不考虑太过于遥远的“宇宙末日”,仅仅考察我们所在的太阳,也会产生危机感。按照宇宙学的定义,我们的太阳迟早要变为红巨星,宇宙学研究的结果使我们清晰地预见到了十多亿年后地球的末日。由于太阳体积的不断膨胀,太阳的表面将恰好推进到当前地球运行轨道的位置,这将彻底地把地球这颗行星烤干。研究宇宙学,就能提前预知风险,激励科技发展,对人类未来面临的灾难制定规避风险的计划。
第五,研究宇宙,奠定人类未来太空时代的理论基础。
由于资源、战争等因素,人类不可能一直待在地球上苟延残喘,必然要迈入星空深处。而太空中是有各种危险的,比在行星上生存要危险几千倍。最致命的,还是黑洞这种特殊的时空陷阱。一旦进入黑洞,即使飞船拥有无限大的动力,最终都会坠入奇点。在黑洞的视界内,无论你朝着哪个方向飞,重力梯度都是一样的,可以说你往哪飞都一样了。如果懂得宇宙学,就可以提前预知黑洞的位置,从而让飞船及时规避,保障航线的安全。
此外,在宇宙中还有很可怕的超新星爆发,这种巨大的能量风暴的所到之处,足以摧毁周围半径10光年范畴内一切生命、飞船。不懂宇宙学,人类将在太空中寸步难行,难逃覆灭之危机。
懂得宇宙学,还可以在浩瀚宇宙中为人类寻找到移民的宜居带。在那里,条件包括有合适的大气层、液态物质、地磁场、稳定的恒星、卫星的守护、类似木星的屏障、远离超新星等等。只有在宜居带,才适合人类的繁衍生息。
银河系的宜居带第六,研究宇宙学,促进基础学科的大发展。
没有基础学科的积累,就没有应用技术的进步。我们在今天看起来没有意义的研究,在未来就可能是一种关键技术的基础。
按照相对论的定义,一切信息的传递速度都不能超越光速。这样的话,如果人类要去几百、几千光年以外,按照传统的路子,将永远不可能达成目标。即使发明相对论飞船,也是远远不够的。要知道,仅仅一个银河系的直径就有10~16万光年。但科学家们提出了虫洞假说、高维跃迁、曲率引擎驱动等等理论。也许这些东西未必都是有效的,但科学研究就是要不断的挑战已有知识,积极地征服未知。你不愿意去做这方面的研究,这方面就永远不会进步。
大型强子对撞机研究宇宙学,就是把所有的理论可能性都拿出来逐个做验证,尝试着把不可能变为可能。在这个研究的过程中,人类将不断的完善基础理论知识,促进基础学科的发展。比如,也许人类会从微观层面来理解宇宙空间内部的结构本质,于是发明了更强大的高能强子对撞机,结果又促进了粒子物理学的迅猛进步。再比如,为了宇宙飞船可以达到目的地,人类还会对医学、人工智能、冬眠、细胞和基因修补等生命科学技术予以研究,并且最终突破。
作者:怀疑探索者
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