震撼!面對浩瀚的宇宙,人類除了恐懼,還有好奇!
版權:來源智先生ID:zhixiansheng510有幸與你見證這個時代!
不想聊金融!我想和您聊聊宇宙。。。
要想深入地了解宇宙,對物理和天文的門檻很高,許多知識會生澀難懂,如奇點、熵增、相對論和紅移等,但不妨礙普通人的基本科普。
給我挺大感觸的是,當下人包括我身邊的親戚朋友,對宇宙的理解僅停留在每年的中秋節,抬頭仰望著月亮和星星,就能腦補出心中的宇宙。
在生活的壓力下,人們無暇顧及星辰大海,因為不能帶來實際效益,苟且於眼前,不時看看詩和遠方,僅此而已。
谷歌創始人拉里佩奇就坦言,美國宇航局是谷歌最強的競爭對手。即使谷歌極力描繪前景和夢想,給工程師開高工資、期權和股權,但是美國宇航局的夢想更為誘人,是面向整個宇宙,把最優秀的人才都吸引走了。
我不會將夢想寄托在宇宙上,但可以讓你了解宇宙的一些真相。(以下圖文較長,我盡量講得通俗易懂)
仰望星空,我們能看到宇宙的浩瀚歷史
我們知道,光的速度是30萬公里/秒,它一年走過的距離被稱為光年。以當前人類最快的飛行器,也要行駛大約16000年,才抵得上一光年的距離。
當月亮圍著地球轉、地球圍著太陽轉時,其實太陽也在公轉,它率領著整個太陽系,繞著銀河系的中心轉,轉一圈需要2.5億年。
銀河系
銀河系大約有1000億個恆星,絕對的大哥級別,而太陽系只是渺小的其中一個小弟。
銀河系的直徑有10萬光年,如果在銀河系的另一端有生物在用望遠鏡看地球,那麼能看到10萬年前的地球景象,那時居住著尼安德特人。
若要探索宇宙更遙遠的地方,人類需要藉助各種望遠鏡,如定居太空的哈勃望遠鏡:
哈勃望遠鏡曾將它的鏡頭對準夜空里的一個小角落,並將這個視角保持了4個月,盡其所能觀測那裡的所有光亮:
下面是哈勃所拍攝到的:
這張圖裡每一個亮點都代表一個星系,大約有1000多個。
這些星系距離地球至少130億光年。換言之,我們橫跨了130億年的宇宙歷史,追溯至宇宙誕生的8億年後,進行了一場「時空倒流」。
哈勃觀測的這片區域,星係數量在整個宇宙其實微乎其微。科學家曾估算,人類能觀察到的星系大概有1000億個,每個星系都有大約一萬億個像太陽的恆星,更有數之不盡的行星。
草帽星系,距離地球2930萬光年
因為距離太遠,即使有些星系已經被毀滅了,我們也觀察不到。因此曾有人舉出一個荒誕的猜測:是否存在宇宙已經毀滅了,但我們還沒看到的可能?
即使是離地球最近的一顆恆星:比鄰星,距離也達到4.24光年。雖然科學家在那裡發現了一顆宜居的行星,我們坐飛船過去仍然要7萬年。
比鄰星
因為宇宙浩瀚無邊,所以我們看到的一切事物,都屬於過去:
我們看到的只是1.3秒前的月亮,8分鐘前的太陽,100年前的北斗七星和250萬年前的仙女座。
在這個世上,只有兩樣東西能讓我們的心靈感到深深的震撼,一是我們頭上燦爛的星空,二是內心崇高的道德法則。
人類在宇宙太孤獨了
人類從誕生到進化,這個過程艱難而漫長。
《鋼煉》里說到人的組成:「水35升、碳20公斤、氨水4升、石灰1.5公斤、磷800克、鹽250克、硝石100克、硫磺80克、氟7.5克、硅3克、鐵5克、還有適量的十五種元素,以一個標準的成年人來計算的話,這就是人體的構成物質。」
我們將人體的靈魂意識都排除在外,僅討論組成人體所需的物質元素,如碳氮氧氟,就要經過恆星無數次的燃燒鍛造形成。
如果把宇宙的歷史看成年曆,那麼從1月1號開始計算,人類處於以下的進程:
1月1日:宇宙大爆炸,氫是最基礎的元素。
1月10號:氫因引力坍縮而被點燃,形成第一批恆星。
1月13號:恆星開始劇變,形成第一批小星系,碳氮氧硅鐵等元素越來越多。
3月15號:銀河系誕生
8月31號:太陽誕生
9月21號:地球生命開始誕生
11月9號:生命開始呼吸、移動
12月17號:海洋生物開始登陸陸地
12月28號:第一朵花開始綻放
12月30號早上6點24分:小行星撞擊地球
12月31號最後一小時:人類出現
12月31號23點59分46秒:人類所有記載的歷史,只有14秒。
儘管人類的科技日新月異,也僅僅登陸過月球,造訪過金星火星土衛六而已。
從月球上看地球,能看到完整的形狀:
月球看地球
在土星附近看地球,已經成為一個小光點了:
土星看地球
在海王星附近看地球,你不認真看,都發現不了地球的蹤影:
海王星看地球
孤零零的人類,為了尋找地外文明,從未停止過探索的熱情。
NASA在1972年發射了先驅者10號,它成功越過小行星帶,近距離觀測木星的飛行器,但由於電力不足,已失去了聯繫。
先驅者10號
目前飛得最遠的是旅行者一號,在1977年9月5日發射,於2014年離開太陽系,飛向了別的恆星。
旅行者一號
它帶走了一張12英寸的金唱片,裡面包括 55 種語言錄製的問候語,內容是「行星地球的孩子(向你們)問好」,以及一個90分鐘的聲樂集錦和 27 首世界名曲。
金唱片
旅行者1號的命運和前輩沒什麼區別,等待它的最終命運是電力被耗光,冰冷地漂浮在星際空間中。
旅行者1號收錄了美國總統卡特的問候音頻,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年納粹德國的奧運會開幕式中,當時的電視直播頻率低於50MHz,電視信號的頻率能通過地球的電離層反射,抵達太空。
當時的電視直播
如今,在超過81光年遠的地方,信號因為電量過低而被分散,可能被潛在的外星生物所探測到。
相較於宇宙的浩瀚歷史,人類綻放的時間極其短暫,在宇宙中是否存在其它生命呢?
天文學家苦苦尋覓多年,依然沒有發現一絲生命跡象,但是卻發現了「地外文明」的痕迹:如恆星KIC 8462852:
恆星KIC 8462852
這個恆星比太陽更熱更亮,距離地球有1480光年,在持續的觀測中,圍繞著它旋轉的一顆行星十分反常,引起了人們的注意。
通常來說,行星圍繞著恆星旋轉,當轉到恆星的前面時,會遮擋一部分光源,大約有1%,且光變曲線很有規律,呈現對稱性,就像下圖:
行星的遮擋面積對稱分布
但是這顆恆星有很高的佔用,在觀測的第800天達到15%,1500天的時候達到了22%,觀測如下:
不規則的光變曲線
從來沒有任何一顆恆星會有這種狀況,科學家在排除儀器故障、彗星撞擊、塵埃遮擋等原因後,美國天文學家戴森提出了一個猜測:有外星文明將這顆行星包裹起來,用來開採恆星的能量。
這就是著名的「戴森球」,也被稱為人造天體理論,它很可能長成這樣:
戴森球
或者是這樣:
卡爾達肖夫指數曾劃分了宇宙文明的等級:
一級文明是指可以控制利用一個星球,如地球;
二級文明是指可以控制利用一個恆星,如太陽系;
三級文明是指可以控制利用一個星系,如銀河系。
目前人類仍需上百年才能達到一級文明水平,也就是完全掌握地球的所有資源,並能控制地震海嘯等災難。
而這顆「戴森球」的建築面積比太陽還大,它控制恆星來開採能源,或許僅僅只是一處礦場,其背後的文明已經進入二級文明水平。
我們只是觀測到它1481年前的模樣,如今是什麼規模,我們不得而知。
慶幸的是,宇宙的廣袤無垠,讓人類得以孤獨地生存,為繁衍發展提供一份安全感。
因為距離遙遠,等外星文明真正來訪地球時,我們或許已經做好充足的準備了。
越了解宇宙,我們就越不懂宇宙
從哥白尼提出日心說,到伽利略自製天文望遠鏡、力學和相對論的誕生,再到蘇聯發射第一艘載人飛船「東方一號」,人類對宇宙的探索熱情從未停止,但是卻帶來更多的困惑和不解。
一、暗物質
暗物質魅影
隨著對宇宙的深入了解,人們發現在理論上,應該有一種看不見的物質,瀰漫於浩瀚宇宙之中。
因為有了引力的存在,地球才會圍繞太陽公轉,太陽系才會圍繞銀河系公轉,這個不難理解。
但是研究發現,星球之間的引力,是無法抵消高速旋轉時的離心力,所以這裡有看不見的物質,將星球約束在相應的軌道上,這就是暗物質。
UGC 447星系主要由暗物質構成,使其成為搜尋和研究暗物質的首選星系
更驚人的發現是,這種暗物質,它佔據了宇宙96%的物質含量,人類可見的只佔宇宙總物質量的5%。 但是暗物質肉眼卻不可見,想找它出來十分困難。
二、宇宙不是黑色的
我們所觀察到的宇宙,都是以下這樣:
但是在可見宇宙中,遍布著上千億個星系,理論上我們無論望向天空的哪個位置,都應該有繁多的星系發光,夜空應該是很明亮的。
德國天文學家奧伯斯也提出這樣的疑惑,他的解釋是:宇宙中存在氣體和塵埃,阻擋了光線,所以不是所有星系的光都能到達地球。
但是這個解釋有誤,即使星系被塵埃和氣體阻擋,它們也會以電磁波的形式輻射能量,依然會讓宇宙變亮。
也有人提到,或許有些星系離我們太遠,再等等就能看到光了。但是根據宇宙膨脹說理論,我們即使等到滄海桑田、板塊位移,夜空也不會亮如白晝。
這是由於我們身處的宇宙,它的每一處空間都在往外膨脹。
距離越近的物體,由於引力的作用,可以抵抗空間膨脹:如地球和太陽可以緊密相連,不會分開;但是銀河系和百萬光年以外的星系,互相沒有引力作用,兩個星系將會離得越來越遠。
越是靠近宇宙膨脹邊緣的星系,遠離我們的速度就越快,甚至超過了光速,導致發出的光,我們一直接收不到。這就是我們肉眼所看的宇宙,為何是黑色的。
在宇宙空間中,瀰漫著大爆炸後的光,並且因為膨脹而紅移成微波。如果你有看得見微波的望遠鏡,對著星空掃描,就可以得到下面的圖畫:
微波中的宇宙
原來,夜空是明亮的,只是我們看不見,需要藉助儀器,才能觀察到另一部分的宇宙。
三、宇宙大撕裂
現在我們能觀察到最遠的可視宇宙半徑是138億光年,但是宇宙在不斷地膨脹,半徑已經達到466億光年。
一個很悲傷的事實是:大部分的宇宙我們是永遠看不到,也永遠無法到達的。
此外,更殘忍的事實是:因為宇宙膨脹在不斷加速,銀河系會變成孤獨的星系,直到有一天太陽和月球都會離我們而去,你抬頭再也看不見任何星星,那時候所有的星球都會分崩離析,宇宙陷入死寂之中。
這就是科學家設想的宇宙末日之一:大撕裂。
四、玻爾茲曼大腦
要想知道這個大腦是什麼玩意,首先我們應該理解什麼是熵。
舉個例子,天空有大量的冰塊,在大自然的塑造下,有無數種奇形怪狀的組合,這就說明南極的冰無序,熵值很高。
但是要想將冰塊自然地形成哈爾濱冰雕,估計過上千百年,才有類似的形狀出現,所以冰雕的組合有序,熵值很低。
且冰雕的存在註定很短暫,它必然隨著時間,變成無序的冰塊,導致熵值變高。
因此,宇宙也是從有序趨向於無序,並最終滅亡,甚至一切事物都是從有序趨向於無序,這就是熵增原理。
由此可推論,人類形成的條件極為苛刻,因為熵值很低,但是在宇宙有序的狀態下,雖然產生生命的概率很低,但是仍可能發生。
這時候玻爾茲曼大腦就跳出來了,說它只是一個簡單的大腦,相對於人體來說,在宇宙中出現的概率更大。雖然這種大腦的壽命只有短短一瞬間,然後就消失,但不是沒有這種可能。
奧地利物理學家玻爾茲曼
因此目前不排除在某個星空中,會有一顆和行星那麼大的腦袋漂浮著(或者是其它形狀,只要有發揮意識的資格都可以)
它不斷地思索著「我是誰」等哲學問題,並發揮著遠超人類思考極限的能力去思考,甚至會嘗試構建人類的世界體系。
五、許多星球的環境遠惡劣於地球
柯洛7b行星
柯洛7b距離地球有480光年。它沒有自轉能力,朝向太陽的一面形成巨大的熔岩湖,溫度高達2600度,背面暗淡無光,溫度低至零下200度。
由於炙熱的高溫,岩石熔化並且沸騰,像水那樣蒸發,在天空冷凝成岩石雲。然後在較冷的半球以岩漿的形式下雨,岩漿在抵達地面前就會凝固成岩石,可謂真正的岩石雨。
HD189773 b行星
HD189773 b是一顆距離我們63光年的系外行星,看上去和我們地球很像。
唯一恐怖的地方是,這顆行星的大氣是由硅酸鹽和玻璃構成,下的是玻璃雨,且風速達到時速8700公里/小時,是音速的7倍。
開普勒-16b
開普勒-16b位於天鵝座,它圍繞著雙恆星系統運行,相當於有兩個太陽一起日出日落,氣候十分炎熱。
HD131399 Ab行星
HD131399 Ab行星更厲害了,它同時圍繞著三顆太陽運行,公轉一周需要550地球年。
海洋行星格利澤1214b
海洋行星格利澤1214b是一顆被海洋完全包圍的行星,地球的海洋深度不到11千米,裡面生物就很可怕了,而這顆星球的水深達到數百千米。
行星KELT-9b
行星KELT-9b有木星大小,它1.5天就能公轉一周,表面溫度達到4300攝氏度,接近太陽的表面溫度。
人是碳基生物,能適宜人類的居住的行星環境十分少,但不代表著不適合硅基生物、鐵基生物這類「奇葩」的生命生存。
宇宙中永恆的美景
一對相互纏繞的星系,距離地球大約3億光年
兩個黑洞相撞,朝宇宙釋放出粒子噴流
經典的創生之柱,然而在6000年前已經被毀滅
萬馬奔騰
偽超新星,它是銀河系中最大最詭異的恆星系統之一
雙宿雙棲,由四顆恆星組成
夢幻三星,它包含三顆恆星,直接指向星雲
馬頭星雲
恆星工廠
英仙座流星雨
船底座星雲
太空蓄水池,水量比地球海洋多140萬億倍
企鵝護蛋
藍色煙霧:超新星爆炸留下的殘骸
木星的極光現象
螞蟻星雲
船底座星雲博克球狀體
宇宙中最不能理解的,恰恰是宇宙可以被理解。
雖然人類在宇宙中渺小如塵埃,但是正因為人類有生命,有情感寄託,有著自己的人生追求,這在浩瀚無垠的宇宙中都具有無可替代的意義。
每當陷入迷茫無助,無路可走時,不妨仰望星空,或許就會少一絲對未知的恐懼,多一分對未來的從容。
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