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第三部分——未来科学的发展方向

(2009-04-11 09:05:56)
标签:

试验

深空

探测器

天体

未来科学的发展方向

    科学是人类实现一切梦想的手段,无论科学发展到什么程度,总会有未知世界存在。人类对未知世界的探索不会有尽头,科学的发展也不会有尽头。虽然现阶段科学已经取得了巨大的成功,基本框架已经完成,但是人类仍旧处于科学发展的初级阶段。未来科学的发展方向在哪里,人类未来的命运由谁来掌握,将永远是科学家们探索的课题。关于未来的科学发展方向,作者提出了自己的一些见解。

关于确定生物与环境的关系的实验设计

生命的存在依托于周围的环境,某种环境因素的改变也将对生命的自身产生影响,并且在生命外表或者内部表现出来。确定环境因素的各种变化对生命产生的影响,将对人类日后的空间探索发挥重要作用。

有一种人们司空见惯的自然现象:所有的植物都是向上生长的,不论它长在平地上还是长在悬崖上。这个现象是那么的理所当然,以至于如果谁对这个现象提出疑问,这个人恐怕要被看作疯子,如果你在互联网上对这个问题进行一下搜索,会有文章告诉你某个人有这种想法是一种强迫症的表现,是一种精神病。因为思考这一类问题是毫无意义的,也是不会有答案的。但是,善于思考的人也许会发现这个问题的更深一层的意义。这也许是地球引力引起的,与这个问题相类似的问题还有“为什么火焰总是向上燃烧”。植物和火焰一样,它们都倾向于逆着引力延伸。重力是影响生命成长环境因素中的重要一环节。

对于生物来说,它们的生长离不开周围的环境,如果周围环境改变了,生物本身也将发生某种变化。外部环境的变化可以引起生物体内部改变。对于植物来说,影响它生长的环境因素有地球引力、空气、土壤、阳光。人们已经了解了很多环境影响植物生长的情况,比如贫瘠的土地上植物生长不好;不接受阳光的照射,植物的叶子会变黄;空气污染严重,植物会枯萎。但这些只属于部分的外界环境的改变,有很多外界环境因素对生物的潜在影响人们了解的却不多。

首先我们讨论地球重力对生物的影响,以植物为例,所有植物都有向上生长的趋势,即使它生长在悬崖峭壁上,它也会弯折向上,而不是垂直崖壁平着生长。要想证明植物总是逆着引力生长并不困难,也不必把它带到太空上去(在太空它应当可以向各个方向生长),可以通过旋转装置人为的增加生物所处环境的重力加速度,实验装置设计如下图:

第三部分——未来科学的发展方向

 

一个由动力装置带着转动的大花盆,围绕着中间轴旋转,花盆里面有植物的种子,花盆以角速度w 旋转,距离旋转轴半径为 r处有一粒种子,它受到两个力,一个是重力,一个是离心力,两个力的合力与地面的角度a,如果这个花盆从中央到四周种满了种子,周围环境适宜,使它们破土而出,它们的生长的方向将指向中轴。只有花盆中心的植株垂直向上生长,越往外倾斜的角度越大。由于离心力和引力的合力要大于单纯的引力,这也就相当于地球引力增加的情况,通过实验可以确定增大重力植物发生的变化。植物的生长会受到重力的影响,当重力达到一定值时,植物在外观上也许会发生某种改变,当然内部细胞也许同样会改变。针对动物当然也可以做同样的实验,在转盘转速一定的情况下,距离中心远的地方,重力与离心力的合力将大于地球本身的重力,相当于将动物置身于质量比地球更大的天体的表面。通过研究在不同重力加速度的环境中生物自身的变化,可以为将来人类在其它星球上的生存积累经验。

另一个与生物生长关系密切的因素是空气,主要指的是空气成分和空气压力。

植物的生长所依靠的光合作用用化学语言可以表示为:利用太阳能对空气中的二氧化碳的还原作用,简单表示为:第三部分——未来科学的发展方向

 

生物要生长,空气中必须要含有二氧化碳,通过增加空气中的二氧化碳也许可以加快植物的生长速度,增加空气的压力也许将改变植物的某些特征,比如压力增大两倍,植物也许会变得矮小,它们的内部组织也许会变得致密。以下是几个实验方案:

 

第三部分——未来科学的发展方向

第三部分——未来科学的发展方向

 

以上四种不同的环境条件会对生物的生长产生不同的影响,通过长期的实验可以确定两者之间的联系,同时,日光和温度也是外在环境中的两个重要的方面,在实验中必须予以考虑。

通过实验考察不同环境下的植物的生长情况,可以确定植物的最佳生长环境,同时也可以得出植物在不同环境下的特征变化。

环境对植物的影响是多方面的,通过环境的改变应该可以改变植物的某些性质,从而培育出新的品种,这需要通过实验总结规律。当然也可以对动物进行这样的实验,可以为人类今后的空间探索积累经验。希望以上设计的几个实验能够对从事这一领域研究的同志有所启发。

 

未来的深空探测

中国的深空探索也需要重复美国的道路,首先要发射大型的太空望远镜,观测太阳系内部天体、银河系深处以及其它的星系。但是由于美国在这一方面实力太强,对深空探索的时间也很长,要想取得超过美国的成就很难。

接着就应当发射各种深空探测器,研究太阳系内部的其它天体。由于美国已经发射了很多的探测器,对太阳系内部所有的天体都有了一定程度的研究,所以中国在做这一点的时候,就应当有针对性,选择不同类别的有代表性的天体作为研究对象,并且对其进行深入的研究。比如,对距离地球最近的月球可以进行最深入的研究,月球同时可以作为类地行星的代表,它也许同火星具有一样的研究价值,同时,登陆月球要比登陆火星更容易。

深空探测的一个主要的目的就是寻找水,并且最终确定地球上水的来源,最好的研究对象就是木星以及土星的低密度的卫星,有很大的可能在这些天体上存在着水,并且水很可能是太阳系星球上普遍存在的物质。相信木星轨道之外的多数小质量的天体都有着类似的组成,对它们之中若干重点的星球进行研究就基本已经足够了。

对巨行星的研究将是深空探测中的最重要的一环,并且由于美国在这一方面并没有投入太多的精力,所以中国完全有可能在对巨行星的研究上超越美国。登陆巨行星将是最终的目标,距离巨行星表面越近,产生的新的发现就会越多。研究以木星为代表的巨行星将会对太阳系的形成与变迁产生重大的影响。必须研究新的可以抵抗探测器与巨行星大气层的摩擦产生的热量,并且能够抵抗木星表面大气压的材料。探测器可以采用飞艇的原理来实现卫星的缓慢着陆。相信当人类登陆木星后看到的景象将会让人们大吃一惊,它也许与目前人类的想象完全不同。

对彗星的研究也同样具有重要的意义。研究彗星的组成可以确定彗星的来源,太阳系中其它天体的成分如果跟彗星相同,就可以认为它们有共同的起源,假如在彗星上发现了水,那么地球上的水也完全有可能来自于彗星。

彗星像野马一样在太阳系中运行,它们多数都有着广大的运动空间。如果能够驾驭彗星,将会对深空探测提供很大的便利,由于很多彗星的运动轨迹不是封闭的,它们最终要脱离太阳系,如果在这些彗星运动到近日点时,想办法将探测器降落在彗星表面,彗星就会携带着它一起运动。对太阳引力场的探测同样会有重要意义,特别是在距离太阳很远的空间,太阳的引力场与银河系中心天体的引力场交叉,银河系中心天体的作用力将明显的改变彗星的运动轨迹。研究银河系中心天体对太阳系中天体的力的作用将是未来空间探测的重要一步。

美国的深空探测以巨大的投入为基础,为人类探索太阳系做了大量的基础工作,中国应当避免做类似于美国的重复研究,而应当将研究的重点放在上文所说的某些专门的领域。深空探测可以归为基础理论研究范围,开展深空探测必将加快其它基础学科在中国的发展。

 

展望未来的宇宙物理学

物理学是一门研究物质运动规律的学科,是研究大自然最基本运动规律的学科,是人类社会生产力发展的基础。物理学的发展是飞速的,从几百年前的人类对地球上绝大多数物理现象的一无所知,到现在人类对地球的了如指掌,从几百年前骑马送信到现在的光纤通讯,都证明了物理学的发展是其它学科无法比拟的,物理学的巨大作用更始不言而喻的。物理学是一棵常青树,它在无数物理学家的汗水浇灌下飞快的成长。从古到今,无数优秀青年投身物理学,他们都象那些勇敢的寻宝者,不回头,不泄气,历尽千难万险去寻找传说中的宝藏。成功的物理学家虽然没有成功的寻宝者的富有,但却有着发现宝藏也无法比拟的惊喜。不为别的,只为这种惊喜,所有的物理学家都会是最坚强的战士。这是物理学飞速发展的直接原因。

如今的物理学已经发展到了物理学第一阶段的尾声,物理巨树已经枝繁叶茂,它的主要分支有八个,即力学,热学,波动学,光学,电磁学,核物理学,相对论以及量子论。利用物理学所积累的知识,地球上大多数自然现象可以得到很好的解释,物理学发展的第一阶段可以说已经完成。物理学仍然在向前发展,新的物理学将会是什么模样,物理学第二阶段将怎样开始?

第一阶段人类研究的是地球上的物理学,地球在宇宙中是微小的,它无权代表整个宇宙,对地球的研究只是人类迈出的第一步。对宇宙的研究是没有尽头的,物理学的发展也是没有尽头的。只要想一想现今人类无法登上太阳,无法以光速或者超光速推动火箭,有太多无法做到的事,我们不能不感慨:人类知道的太少了。只要想一想,如果真的有小行星或者彗星来撞击地球,给人类带来毁灭性的灾难,而我们只能坐以待毙,我们不能不疾呼,人类不能松懈,否则,我们不但逃脱不了灭亡的命运,甚至连恐龙都不如,毕竟恐龙在地球上存在了几亿年,而人类也许几百万年就会被灭亡,黑手有可能来自宇宙撞击,更有可能来自人类自己。如果人类停止了发展科学的努力,如果现今的物理学真的发展到了尽头,人类就无法改变最终灭亡的命运。要想轻松的脱离地球,要想登上恒星或者黑洞,要想以任何高速度运动,要求我们必须进入到物理学的第二阶段——宇宙物理学。

其实,爱因斯坦的相对论已经揭示了部分宇宙物理学的规律,后人在此基础上发展出了大爆炸宇宙学,但这并不是宇宙的物理学,而只能说是天文学,因为物理学是和生产力相联系的,而大爆炸理论只不过是纯理性的推测。更何况它是建立在错误的基础之上的。这个基础就是以地球代表了整个宇宙。具体的说就是错误的认为由于地球构成于原子,宇宙也是构成于原子。爱因斯坦也没有认真的思考一下这个“想当然”的问题,所以,他无法给予相对论一个更清楚的解释,一个人人都可以理解的解释,尽管他在宇宙物理学中走的很远。

宇宙的含义是无穷,如果有人敢给宇宙划定范围和边界,那么时间会证明他是不可能正确的。宇宙无穷大,宇宙中的物质无穷多,宇宙没有绝对速度。

物理学的下一步发展必然将向宇宙进军,伴随着新宇宙观的出现,他们面前展现了一片广阔而美丽的天空,他们将在新的未知世界中寻找最美丽的宝石。如果他们找到了改变物质的方法,他们就可以制造一艘不再受地球引力的飞船,以超光速飞向遥远的恒星或者黑洞。之所以能做到这一点,是因为物质之间的作用是相对的,不同天体引力场只对由特定物质组成的物体有力的作用,不同物质在宇宙中对应着特定的速度,就象光子对应着光速一样。

物质的改变可以让我们在不同空间中停留,以另一种速度运动,以另一种效率工作。宇宙中的时间密度不相同,在不同的空间中将有着更显著的差别。不同空间指的是,在原子空间中,我们可以观察到恒星等发光体和原子物体,而在另一个空间中,恒星和行星都将消失,而可以观察到我们无法观察到的另两类天体。人类发现新的微粒不再象现在这样困难,因为每一层空间都可以找到。

伴随着人类的宇宙飞船一分一秒的朝太阳系的边缘飞去,一个问题越来越明显的呈现在人类面前,问题是:当飞船彻底离开太阳系,而进入银河系之后,飞船自身是否会发生变化。如果我们说飞船不会发生变化,组成飞船的依旧是原来的原子,我们就可以推测,在银河系中存在着大量的行星,行星不光可以围绕恒星运转,而且可以象恒星一样围绕星系中心运转,甚至象星系围绕更高级天体旋转一样围绕着更高级的天体旋转。这样的宇宙有些太混乱了。另外还有一种可能,虽然显而易见但很少有人去认真思考,就是在飞船飞离太阳系之后自身发生了变化。所有的原子物体包括行星,彗星等在脱离太阳系之后都要发生改变,原本不发光的物体突然发光了,明亮而炙热。产生这种假设的基础是认为行星不可能同恒星混杂地围绕星系中心旋转。不同级别的天体有着严格的运行范围,如果宇宙是这样的,我们不难推出以下结论:

1、          行星与恒星的差别不在于质量的大小,而在于组成成分的不同,恒星不是由原子构成。

2、          恒星的辐射是由恒星的基本微粒所对应的必然的能量辐射,不是核聚变引起的。

3、          如果有生物也发生这种变化,它将不再惧怕恒星的高温。

4、          如果有生物也发生这种变化,它将会发现所有原子物体都消失,而星系中心的天体出现并释放巨大的能量,它已经进入了另一层空间。

5、          星系中心天体对原子物体没有力的作用,它象真空一样不存在。

6、          不同的微粒在宇宙中对应着不同的运行速度,如光子对应光速,如果原子物体离开太阳系之后不发生改变,它将会以极快的速度运行,围绕着另外的一类未知天体。

7、          宇宙是由物质构成的,不存在一点点的真空,我们感到宇宙空阔的原因是物质存在的相对性。

8、          场是物质的,万有引力只在一个空间中是绝对的,不同空间中的物体可以没有力的作用。

9、          能量是物质的,它只对特定的物质表现为能量。

10、      对于地球人来说,宇宙中的物质可以分为三类,一类是能量物质,一类是物质物质,还有一类是暗物质。

11、      将核子分裂或合并,将得到其它空间中的物质,从我们面前消失。

人类要想登上恒星和黑洞,要想瞬时通过几万光年的遥远的路程,我觉得这样的假设是一种最好的方法。用目前的物理学是无法完成这一艰巨使命的。如果宇宙的的确确是这样,宇宙物理学发展的前景是非常乐观的,人类的命运也不象现在这样另人担忧。

这种宇宙模型是建立在假设基础之上的假设,也许对多数人来说,是不可理解的或者是荒谬的。这种宇宙模型是符合哲学原理的,对人类是光明的,并且会给人带来巨大的科学进步。科学是没有止境的。

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