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探索地外文明和星际迁移一一霍金的伟大构想

(2016-12-07 09:50:57)
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杂谈

    2018即将过去,谨以此篇文章纪念今年去世的著名物理学家霍金教授       
             比邻星从类地行星的地平线升起(艺术家们的构图)
      
   迄今为止,人类发射的太空飞行器还仅限于太阳系内,探索太阳系外的星空,遥不可及的距离是个巨大障碍,试想,仅就银河系而言其直径就有十万光年!而离地球最近的半人马座阿尔法星其距离也有4.2光年。如果我们以能脱离太阳系的第三宇宙速度(16.7公里/秒)飞行,那到达阿尔法星需要的飞行时间是75450年!看着这数字都傻眼了!所以说距离和速度成了人类实现星际飞行的最大障碍。
   半人马座是离太阳系最近的星座,它由众多恒星和行星组成,其中阿尔法星由三个恒星组团,分别命名为阿尔法A,B,C。阿尔法C星距地球最近(4.2光年)俗称比邻星。2012年天文学家发现,比邻星旁有一个类地行星,状况与地球非常相似,这引起科学家和UFO爱好者极大关注。这类地行星上是否有生命存在?2016年4月,著名理论物理学家史蒂芬.霍金提出一项探索阿尔法星的宏大构想:制造一个微型的无人宇宙飞船,其大小和儿童放飞的风筝差不多,飞船上所装载的仪器均以克计量,飞船由强劲的激光束推动,其设计速度为光速的1/5(6万公里/秒)这样发射飞行到比邻星的时间只需20年。此项构想得到俄罗斯富豪尤里和美国Facebook创始人扎克伯格热烈响应,他们愿出资1亿美元来实施该计划。

                                      浩瀚的银河系


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                                     半人马座群星分布


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                               半人马座隐含的形象图


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                                        半人马座阿尔法星
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                       发往比邻星的微型宇宙飞船动态构想图


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                                      霍金的宇宙
   这里我们先说下霍金,应该说在科学家中霍金的知名度仅次于牛顿和爱因斯坦,而牛顿和爱因斯坦早已过世。仅就霍金所著“时间简史”在世界出版发行量就超过了1千万册,被世界上五十多个国家翻译出版,创造了科技类图书的最高记录。同时霍金还是个网红,他在网络上的言论转发和点击量都是惊人的。霍金在21岁时患上卢伽雷氏病,全身肌肉萎缩和硬化,只能瘫坐在轮椅上,并失去语言功能,现在的霍金能动弹的仅剩三个手指头和眼睛。如此病魔缠身的霍金用坚韧不拔的毅力,在科学上作出重大贡献。他的肌体虽被禁锢在轮椅上,而思维却游弋于浩瀚的宇宙星空,他思考和正在解决的是自然界最本质的问题—宇宙的起源和演化。他是黑洞研究方面的权威学者,他提出了黑洞生成,演化和最终归宿的理论。他所提出的黑洞蒸发理论和无边界霍金宇宙模型,在统一20世纪物理学两大基础理论—爱因斯坦广义相对论和量子力学方面走出了重要一步。

   自古以来,人类对宇宙星空有着强烈好奇心和探索欲望,到了科技高速发展的今天,向外太空进军更成为发达国家重点研发的项目之一。从长远看,地球资源会逐渐枯竭,而各类生态灾难和世界末日还会袭来,如同霍金预言,人类在未来的一千年内必须完成星际迁移,否则将遇灭顶之灾!与此同时人类还渴望知道外太空是否有高等智慧生物存在?霍金的此项研究计划如果成功,是否会破解“费米悖论”呢?

   那么“费米悖论”是怎么回事呢?这得先介绍下费米。费米是美国著名物理学家,以下几件事足以说明费米学术成就有多高:美国国家高能物理实验室以费米的名字命名,微观世界的基本粒子分为两大类,其中一类命名为费米子,元素周期表中第100号元素命名为镄。这一切都是为了纪念这位过世的杰出科学家。1950年,费米和其他学者在一次谈话中,讨论到外星人和飞碟问题,费米根据宇宙的年龄和尺度作了初步推算得出结论,认为外星人来过地球,而且不止一次!但地球人却未发现外星人的任何蛛丝马迹,于是乎费米感叹地问到,“外星人在哪里呢”?就这一句话被后来的科学家称之为“费米悖论”。费米悖论的内含是根据宇宙的年龄和尺度推论出地外文明存在的必然性和未能证实其存在之间的矛盾,在此,我们作个假设,如果人类有星际飞行能力,用一百万年时间可穿越整个银河系(以光速的1/10速度)那么比地球生命早进化一百万年的地外智慧生命(这应该是很多)早应来过地球了。从费米悖论确立以来的几十年间,科学家和UFO爱好者者一直在探讨和破解这一命题,但至今仍无定论。

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著名物理学家,诺贝尔奖获得者恩利克.费米(1901—1954)

   那为何认为宇宙中智慧生命存在是必然呢?首先从宇宙的年龄和尺度说起,从宇宙诞生至今已有137亿年!这是多么让人吃惊的时间慨念,宇宙的尺度那更是大得无法想象,从现代天文学能观测到和接收到信息的范围,大约是一百亿光年为半径的球体,科学家将其称作总星系,这就是我们能感知的宇宙。在这个宇宙中有多达70泽(7×10∧22)颗恒星!就以银河系而言,其恒星数也多达2500亿颗,而围绕着这些恒星运转的行星也就不会低于几千亿颗。那么像地球那样适合生命进化和繁衍的行星数就可想而知了。从另一角度分析,宇宙物质的统一性,决定了地球仅仅是一颗普通的行星,构成地球(包括人类)的物质与宇宙物质构成是一致的,地球之所以适合生命生存是由于它在太阳系中所处的位置所决定,而非地球本身有何特殊性。这就说明即便在银河系象地球这样适合生命存在的行星是很多的。

   上世纪六十年代,天体物理学家德雷克建立了个数学模型用以估算银河系中存在智慧生命的行星数。不少科幻作家根据该数学模型计算出银河系中有智慧生命的行星数为50万--100万颗,而德雷克作了最保守的计算得出的结果是10万颗。这看似庞大的的数字却仅仅是银河系中行星数的百万分之一,可见行星中存在智慧生命的概率是极低的。破解费米悖论的途径有两个:其一寻找到外星人存在的证据,由于人类还未实现星际飞行,主要靠接收外太空发来的信息,或者人类向宇宙广发的信息得到回应。其二,能证明地外文明根本就不存在。既然外太空存在比人类更高智慧生物是完全可能的,那么他们应有更为先进的通讯手段,可时至今日,科学家们用尽各种探测手段力图捕捉外太空传来的特殊信号,但让人百思不得其解的是,地球人从未收到过这样的信息,宇宙深空是如此“寂静”,或许“宇宙大沉默”现象是反证外星人不存在的论据之一。我国著名科幻作家刘慈欣,对宇宙沉默现象提出新的观点,即“黑暗森林”法则,成熟文明都拥有“清理其他文明”或“隐藏自己”的本能,所以他们不会贸贸然出现,更不会广播自己。

   对于“宇宙大沉默现象”,笔者有如下粗浅的看法,地外智慧生物所掌握的信息载体不一定是电磁波,或许是某种人类未发现的粒子,即便是用“量子”或“中微子”通讯,按人类目前的科技水平也无法破解。另外,我们从地球生物进化过程,发现非常有趣现象,从单细胞的原生体进化成哺乳动物,经历了30多亿年慢长岁月,而由哺乳动物中的猿进化成人只有几百万年,也就是说,生物进化的绝大部分时间是属于无智慧生命阶段。而根据霍金恒星演化理论,质量越大的恒星其寿命就越短,太阳属中等偏小的恒星,太阳为行星提供了四十亿年以上的存活期,而质量大于太阳的恒星不可能给生命历程提供太阳那样存活期,所以绝大多数行星上的生命进化,还未到智慧生命阶段就中止了!由此推论,在银河系中存在智慧生命的行星概率极低。

   另外从人类的科技发展史,揭示另一深刻现象,人类科技发展瓶颈的突破是三百年前的英国工业革命,自此科技在欧洲得以突飞猛进的发展,涌现出一大批杰出的科学家。而在此前的几万年,人类科技进步是非常缓慢的。到了二十世纪,科技更是日新月异般飞速发展,大大拓展了人类对宏观宇宙和微观粒子世界的认知,没有人能想象再过一千年,人类将会是什么样?要知道科技进步同时是把双刃剑,如果社会文明跟不上科技进步,人类自我毁灭的可能性是存在的,核武器,生化危机,高智能机器人,环境恶化,都有可能给人类带来灭顶之灾!从这个意义上看,或许费米悖论预示着另人不安的结论,外星文明是否在突破科技发展瓶颈后,自我毁灭了?

   霍金探索太阳系外星空的构想,无疑是个伟大的创举,其技术难度之大或许在霍金有生之年无法实现,但无疑为地球人指出了一条探索外太空的必经之路,突破速度瓶颈是实现星际航行的关健。而半人马座将是人类星际航行的第一站,从长远看实现星际迁移是人类能实现生生不息的唯一途径。

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                                         飞碟——星际飞行器

 

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