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新闻消息文字稿
00:00:00我叫米歇尔·弗勒,是一名天文学家。
00:00:03我在NASA的哥达德太空飞行中心工作。
00:00:06天文学家们如何试图回答宇宙中最大的问题?
00:00:11有两个词经常被提及。
00:00:12一个是天文学家,一个是天体物理学家。
00:00:14你知道,这有点取决于你是想营造更友好还是更正式的氛
00:00:17围。
00:00:17我认为如今它们的含义确实相同。
00:00:20我认为曾经有一段时间,职责是有所区分的。
00:00:24大约一百年前,有些人会绘制星图并创建所有这些精
00:00:28彩的恒星目录。
00:00:30你可能会称它们为天文学家。
00:00:32你知道这个名字来源于天文学,即命名星辰。
00:00:37然后还有一些人试图弄清楚恒星是什么,
00:00:40它们如何运作,以及背后的科学原理。
00:00:43那些人就是天体物理学家。
00:00:45如今,这两个学科的研究内容其实是一样的。
00:00:48如果你是天文学家或天体物理学家,
00:00:50如今你们做的工作基本相同。
00:00:52那个可能最贴切的词,占星学,本意是研究星辰,
00:00:55但这个名称早已被占用了。
00:00:57公众成员向我提出的很多问题,
00:01:00都是这类宏大的推测性问题。
00:01:01比如,你知道,这里存在多重宇宙吗?
00:01:05大爆炸之前发生了什么?
00:01:06所以,为了我的博士学位,你知道,
00:01:09为了我的研究,嗯,我研究的是双星,
00:01:11你知道,我研究的是两颗相互绕转的恒星。
00:01:14顺便说一句,宇宙中的大多数恒星都是这样的。
00:01:16嗯,就我的研究对象而言,
00:01:19它们拥有这些奇妙的高能粒子碰撞风,
00:01:22在天空中产生了巨大的激波。
00:01:25有趣的是,至少在一段时间内,
00:01:27也许直到今天,天空中有一些恒星,
00:01:30我可能比世界上任何人都更熟悉它们。
00:01:33你知道,我花了无数个小时观测它们,
00:01:35试图弄清楚这些碰撞大气是如何运作的。
00:01:38就我自己而言,我是一名观测天文学家。
00:01:42大约25年前,在我研究最活跃的时期,
00:01:45我曾前往世界各地的天文台。
00:01:47我在澳大利亚、亚利桑那州的基特峰望远镜,
00:01:50以及亚利桑那州的斯特罗姆洛山进行了大量研究。
00:01:53我还使用了大量的卫星数据。
00:01:55我拥有来自X射线卫星和哈勃空间望远镜的数
00:01:59据。
00:01:59实际上,我获得了一些观测时间。
00:02:01你看,作为一名天文学家,
00:02:03你可以向这些天文台提交申请。
00:02:05这通常每年发生一次。
00:02:07有一个评审小组,
00:02:08基本上会评估全世界的人希望用哈勃空间望远镜做些什么。
00:02:14这个天文学家小组实际上会决定谁应该获得优先
00:02:18权。
00:02:19成为天文学家的一件事是,
00:02:21你最终会做大量的写作。
00:02:23你最终会写很多申请使用望远镜时间的文书,
00:02:28然后希望你的提案能被选中。
00:02:30另一件事是,
00:02:31你最终需要申请大量时间来赚写资助申请,
00:02:34以支持你的工作。
00:02:35你知道,
00:02:35如果你获得了哈勃太空望远镜的一些使用时间,
00:02:39通常会附带一笔资金来支持你进行这项研究。
00:02:42所以,
00:02:43事实证明,
00:02:44作为一名天文学家,
00:02:46所有的训练都是关于数学、
00:02:48物理和计算机科学的。
00:02:50而你日常实际做的,
00:02:51往往是大量的写作,
00:02:53以及尝试组织提案、
00:02:55资助申请,
00:02:56以及如何支持自己进行科学研究。
00:02:59然后,
00:03:00如果你为像NASA这样的大型组织工作,
00:03:02你的一部分时间通常也会被分配给某个特定的任务。
00:03:06你知道,
00:03:07某个特定的太空望远镜,
00:03:09你将在那里帮助清理数据,
00:03:11弄清楚如何发布提案征集,
00:03:13组织评审小组来审查和评估所有这些不同的事情。
00:03:18所以,
00:03:18在某种程度上,
00:03:19你变得有点像一名行政人员。
00:03:20很多会议。
00:03:21我认为,
00:03:22你知道,
00:03:23天文学家的正常职业生涯周期,
00:03:25可能有80%项商人。
00:03:26很多会议,
00:03:27很多资助,
00:03:28很多预算。
00:03:30但是,
00:03:30至少对我来说,
00:03:32确实有过那样的时光。
00:03:33当你成为一个更成熟的天文学家时,
00:03:36这种情况不会那么频繁,
00:03:38但当你真正年轻,
00:03:39在野外工作,
00:03:40做出自己的发现时,
00:03:42你真的会感觉像是独自一人与夜空伪伴,
00:03:45独自站在那座山顶上,
00:03:46你通过望远镜看到的东西,
00:03:48你知道,
00:03:49这是一个小小的进展,
00:03:50但却是人类从未见过的。
00:03:53这是一种奇妙的复权感,
00:03:55仿佛与天空协作,
00:03:57共同探索未知的奥秘。
00:04:01获得博士学位时,
00:04:03你必须完成某种原创性研究,
00:04:06及前人未曾涉足的领域。
00:04:08这听起来吓人,
00:04:09但实际并非如此。
00:04:10听起来确实很有挑战性,
00:04:12我的意思是,
00:04:12我该如何想出一个从未有人思考过的想法?
00:04:15但天文学研究从不孤立进行。
00:04:17大学毕业后,
00:04:18成为研究生时,
00:04:19你会加入教授的研究团队,
00:04:22像学徒一样协助工作。
00:04:24随着时间推移,
00:04:26当你对工作更熟悉后,
00:04:28他们会分给你一小部分研究任务,
00:04:30比如你来负责这部分。
00:04:34你无需完全靠自己凭空想出绝妙点子。
00:04:40你从与天文学者小组合作开始,
00:04:43逐渐提出自己的问题。
00:04:46也许他们从未有时间用望远镜观测这个微小细节,
00:04:49或者这里某个微小问题是个全新的,
00:04:52无人想到的疑问。
00:04:53最终,
00:04:54你会意识到,
00:04:55自己正在做的是前人未曾完成的工作。
00:04:58我猜天空中大概有十几颗星星,
00:05:01但我真正非常关注的只有三颗。
00:05:04在每一种情况下,
00:05:05这些都是双星系统。
00:05:07而且,
00:05:08这些恒星质量非常大。
00:05:10这些恒星的质量大约在太阳质量的15到50倍之
00:05:14间。
00:05:15巨大的恒星,
00:05:17它们实际上每几天或最多一周才相互绕行一次。
00:05:21所以,
00:05:21这些是质量巨大且轨道非常接近的恒星。
00:05:25因此,
00:05:26这些恒星不仅释放出光,
00:05:28还释放出高能粒子,
00:05:30这种粒子流我们称之为恒星风。
00:05:34然后,
00:05:35它们在两颗恒星之间碰撞。
00:05:37有时,
00:05:38其中一颗恒星的风不如另一颗墙。
00:05:40所以,
00:05:41一颗恒星的风会压过另一颗,
00:05:43并吹散另一颗恒星的风。
00:05:45当它们彼此环绕转时,
00:05:47你实际上能获得一种奇妙的三维视角,
00:05:49观察到冲击波如何完整的环绕传播。
00:05:53因此,
00:05:53我采用了一种称为断层扫描的技术,
00:05:56这与你做CT扫描或MRI时使用的方法类似,
00:06:00目的是生成人体内部的三维扫描图像。
00:06:03在这种情况下,
00:06:04仪器会围绕你旋转。
00:06:06但在恒星的情况下,
00:06:07是恒星鼻子环绕旋转。
00:06:08然后,
00:06:09我可以使用这种主要为医学开发的软件,
00:06:12来尝试解析这些冲击波的结构。
00:06:15这只是日常的天文学工作,
00:06:17并没有什么特别惊人或引人注目的地方,
00:06:21但它能帮助你更好地理解恒星。
00:06:24事实证明,
00:06:25这些冲击波负责产生了我们在太空中发现的许多
00:06:29分子。
00:06:30你知道,
00:06:31恒星会产生原子。
00:06:32它们将氢聚变成氦,
00:06:34然后随着时间的推移,
00:06:36最终将氦聚变成更大的原子。
00:06:38但这些冲击波,
00:06:39至少在它们较冷的部分,
00:06:41可以产生像水这样的物质,
00:06:42即水分子。
00:06:44而且,
00:06:45你知道,
00:06:45有一些双星系统,
00:06:47比如在猎户座星云中的一些,
00:06:49它们沿着这些冲击波,
00:06:51在一天内产生的水量,
00:06:53足以填满地球海洋大约60次。
00:06:56显然,
00:06:57这不是液态水。
00:06:58这是水的分子形态,
00:07:00实际上是一种非常热的气体。
00:07:02但许多构成生命的分子,
00:07:04正是来自这些冲击波。
00:07:07所以,
00:07:08这是一种逐步探索宇宙真实运作方式,
00:07:11恒星运作方式的方法。
00:07:13因此,
00:07:14我的研究更偏向观测,
00:07:16更多是关于恒星的。
00:07:18我当然选修过宇宙学课程,
00:07:20即研究整个宇宙的学科。
00:07:23我上过量子力学课程,
00:07:24你知道,
00:07:25研究生水平的量子力学,
00:07:26研究生水平的电磁学,
00:07:28所有这些。
00:07:29人们常常一上来就问,
00:07:30你知道,
00:07:31是否存在平行宇宙?
00:07:33而我更希望他们问我,
00:07:35你知道,
00:07:35双星系统的重要性是什么?
00:07:38老实说,
00:07:39从事理论宇宙学的天文学家,
00:07:41数量并不多。
00:07:43你知道,
00:07:44我们大多数人试图弄清楚,
00:07:45诸如,
00:07:46恒星如何诞生,
00:07:47如何生活,
00:07:47以及如何死亡这样的问题。
00:07:49我们试图弄清楚,
00:07:50恒星爆炸后剩下什么,
00:07:52是飞动,
00:07:53中子星,
00:07:53还是我们试图弄清楚,
00:07:55星系如何运作,
00:07:56有多少星系,
00:07:57我们如何观测它们,
00:07:59它们如何随时间变化。
00:08:00只有我们少数几个人,
00:08:02在尝试回答诸如大爆炸之前发生了什么,
00:08:05或者是否存在多重宇宙等问题。
00:08:07我们都在一定程度上研究这些。
00:08:10我们都去参加学术会议的讲座。
00:08:11我喜欢参加关于量子理论和量子引力的讲座。
00:08:16大多数天文学家研究的东西比这更具体一些,
00:08:20即使它们非常遥远。
00:08:23所以,
00:08:24经常出现的情况是,
00:08:25我正在做关于卡西尼号等航天器拍摄的图星精
00:08:28彩新图像的讲座,
00:08:29这些图像如此美丽,
00:08:30我们正在了解大气层的情况,
00:08:32并查看我们在环系统中拍摄的这些小卫星的图片,
00:08:36我们正在研究环系统,
00:08:37并且我们有一个精彩的讲座。
00:08:39我转向观众说,
00:08:40嘿,
00:08:41有什么问题吗?
00:08:42你知道,
00:08:42有人举手,
00:08:43第一个问题是,
00:08:44你知道,
00:08:44是否存在多重宇宙?
00:08:45这就像土星一样。
00:08:48有些词语很容易被随意使用,
00:08:51但在科学中,
00:08:53它们变得有趣的复杂。
00:08:55人们经常说,
00:08:56你知道,
00:08:56你相信某某是真的吗?
00:08:58你知道,
00:08:59你相信大爆炸是真的吗?
00:09:00你知道,
00:09:01你相信多重宇宙这个想法是真的吗?
00:09:03你知道,
00:09:04很多事情都是这样。
00:09:05当你作为一名科学家时,
00:09:07你会意识到,
00:09:08你所做的事情,
00:09:10就是不断地尝试接近现实。
00:09:12你试图越来越接近地描述某些事物,
00:09:16但你知道,
00:09:17你还没有完全做到。
00:09:19而且,
00:09:20很可能,
00:09:21我们永远也做不到。
00:09:22很可能,
00:09:23人类凭借我们有限的感官,
00:09:26甚至我们有限的大脑,
00:09:27你知道,
00:09:28将无法真正了解现实的真实本质。
00:09:32这是其中一件奇妙的事情,
00:09:34你知道,
00:09:34真理可以改变。
00:09:36你知道,
00:09:36一百年前,
00:09:37人们确信宇宙没有膨胀,
00:09:39你知道,
00:09:40当然我们后来发现,
00:09:41它确实在膨胀。
00:09:42有时你必须能够放弃你非常珍贵的图像,
00:09:46你知道,
00:09:46关于宇宙是什么样子的模型,
00:09:49关于现实是什么样子的,
00:09:51甚至关于真理的定义。
00:09:52你需要确保自己准备好在更好的信息出现时,
00:09:56做出改变。
00:09:58至少在物理学领域,
00:10:00过去一百年来,
00:10:01这确实挑战了我们,
00:10:03让我们抛弃人类关于常识的观念,
00:10:06以及空间和时间的定义,
00:10:08甚至其存在本身。
00:10:13关于什么是现实,
00:10:15什么是存在,
00:10:16我究竟是谁,
00:10:17这些想法现在是一个非常非常复杂的问题。
00:10:24我的意思是,
00:10:25为了给你一些关于这个问题的想法,
00:10:27有些事情其实非常简单,
00:10:29比如,
00:10:29太阳内部是什么样子?
00:10:31这显然是一件我们从未直接观察到的事情,
00:10:34但我们看到能量从太阳中涌出。
00:10:36嗯,
00:10:37实际上有像地震波一样的波围绕着太阳传播,
00:10:40这有助于我们通过这些波的传播方式来研究太阳
00:10:43内部。
00:10:44但我们确切知道太阳核心是如何工作的吗?
00:10:46不,
00:10:47不,
00:10:47我们不知道,
00:10:47有些事情我们接近了解,
00:10:49但我们确实没有观测能力去做到这一点。
00:10:53但还有像空间和时间究竟是什么这样的问题?
00:10:58长久以来,
00:10:59我们只是理所当然地认为空间和时间存在于我们周围。
00:11:04时间像一个方向流动,
00:11:06空间或许延伸至无限。
00:11:08但曾几何时,
00:11:09我们甚至不认为空气是任何东西。
00:11:11人们并未意识到,
00:11:13我们实际上生活在这片奇妙的空气海洋底部,
00:11:16也就是我们的大气层。
00:11:17人们理所当然地认为空气是存在的。
00:11:20实际上,
00:11:20你知道,
00:11:21这在18世纪就被证实了,
00:11:22空气确实是某种东西。
00:11:24爱因斯坦向我们表明,
00:11:26空间和时间绝对不是我们感知的那么简单。
00:11:31这一切都与光速相关。
00:11:34光速对任何观察者来说,
00:11:37总是恒定的。
00:11:38关于爱因斯坦的一个迷思是,
00:11:41他仿佛凭空想出了所有这些惊人的想法,
00:11:44好像他并非科学界的一员。
00:11:46事实上,
00:11:47他是,
00:11:47他是一位教授。
00:11:49嗯,
00:11:49他实际上是一名研究生,
00:11:51当时正在专利局工作,
00:11:53试图找一份工作,
00:11:54就在那一年他奇迹般地提出了狭义相对论和广
00:11:57义相对论等理论。
00:11:59所以,
00:11:59这里有一个例子,
00:12:01关于允许自己以一种更主动的方式来定义某件事
00:12:05是否真实。
00:12:06埃萨克·牛顿能够非常非常详细地描述引力是如何工作
00:12:10的。
00:12:11他确实是最早提出引力这种力的人之一,
00:12:14他只是说这是一种力。
00:12:16这种力弥漫在整个宇宙中,
00:12:18这就是为什么行星围绕太阳运行,
00:12:21你知道,
00:12:22这就是为什么苹果从树上掉下来,
00:12:25因为他们对这种力做出反应,
00:12:27通过使用它的引力方程,
00:12:29你可以非常精确地计算出这种力,
00:12:31所以你有了这个你知道的伟大事物,
00:12:34引力,
00:12:35这种力存在。
00:12:36它将宇宙结合在一起,
00:12:37但然后你必须问一个问题,
00:12:39好吧,
00:12:40我们所说的引力到底是什么,
00:12:42它究竟是什么,
00:12:43是什么导致了它,
00:12:45而阿尔伯特·爱因斯坦提出,
00:12:47我们所认为的引力实际上是时空的弯曲,
00:12:51事物必须遵循时空,
00:12:53我们都嵌入在宇宙的时空之中,
00:12:56所以,
00:12:57如果那个时空有形状,
00:12:59有弯曲,
00:12:59我们就必须遵循它。
00:13:02光也必须遵循它,
00:13:04你知道,
00:13:05光本身没有质量,
00:13:06但实际上可以弯曲并进入黑洞,
00:13:09这是因为光必须穿越时空,
00:13:11而时空本身是弯曲的。
00:13:13突然间,
00:13:15答案就这样出现了,
00:13:17什么是重力?
00:13:18它是时空的弯曲。
00:13:21就这样吗?
00:13:22这就是我们能在那里提出的那些问题的终点吗?
00:13:24嗯,
00:13:25接下来那个相当明显的问题呢?
00:13:27什么是时空?
00:13:29好的,
00:13:29爱因斯坦称之为时空,
00:13:31你知道空间和时间是混合在一起的。
00:13:33它们是同一枚硬币的两面。
00:13:35当你改变一个时,
00:13:36另一个也必须改变。
00:13:38如果你处于引力场中,
00:13:39空间弯曲了,
00:13:41时间实际上会变慢。
00:13:43它实际上也会影响时间。
00:13:44我们知道这两件事是紧密相连的。
00:13:47但它们究竟是什么?
00:13:49时间对于不同的观察者来说可能是不同的,
00:13:51这取决于你的速度。
00:13:52如果你非常接近光速运动,
00:13:54当人们观察你经过时,
00:13:55他们会看到你的时间变得非常缓慢。
00:13:58如果你实际上是一个以光速运动的光子,
00:14:00时间将完全停止。
00:14:02那么,
00:14:02我们所说的这个叫时间的东西意味着什么呢?
00:14:04这正是世界上一些主要物理学家正在努力解决的问题。
00:14:08他们正试图提出一些非常有趣的答案。
00:14:11我认为这些答案对我们来说将非常具有挑战性。
00:14:14想象一下,
00:14:15如果你是二十世纪初的一位物理学家,
00:14:18而这位年轻的阿尔伯特·爱因斯坦告诉你,
00:14:20空间和时间是可以弯曲的。
00:14:22你可以改变它们。
00:14:24你可以操控它们。
00:14:25你可能曾以为它们是疯狂的。
00:14:27不妨将空间和时间视为量子力学的结果。
00:14:33许多人一直在说相对论和量子力学不匹配。
00:14:38它们无法协同工作。
00:14:39这是事实。
00:14:39自相对论和量子力学大约同时诞生以来,
00:14:43这一直是事实。
00:14:44相对论指出,
00:14:46如果你有一定质量,
00:14:47你实际上可以说空间弯曲了多少。
00:14:50而量子力学则说一切都归结为概率。
00:14:54宇宙从未有确定的答案,
00:14:56但也许存在粒子在这里或那里的概率。
00:15:00甚至引力的区率也必须以某种方式是概率性的。
00:15:04而爱因斯坦并不喜欢这一点,
00:15:05他无法将其融入它的方程中,
00:15:07使得两者能同时成立。
00:15:10如果我们问错了问题呢?
00:15:12如果我们看的不是两个不同的事物呢?
00:15:15如果我们能说时空本身是量子力学的结果,
00:15:20而不是与之分离的东西,
00:15:21也不是两个相互冲突的事物呢?
00:15:25现在的想法是,
00:15:26或许量子纠缠,
00:15:27如果你正确看待它,
00:15:29就是时空。
00:15:34量子纠缠并不是一个可以轻易抛出的术语,
00:15:37但它是我们现在已经在世界各地的实验室中观察到并能
00:15:41够复制的东西,
00:15:43实际上甚至在太空中。
00:15:45如果两个物体相互作用,
00:15:47它们实际上可以在量子力学定律下成为同一个系统。
00:15:52所以让我给你一个非常简单的例子。
00:15:55很多人知道原子的模型,
00:15:57其中你有这个质子和中子的原子核,
00:16:00电子可以在周围的不同轨道上。
00:16:04事实上,
00:16:05在单个绕合轨道中,
00:16:07可以容纳两个电子,
00:16:09但这两个电子不能完全相同。
00:16:11你不能有两个完全相同的电子,
00:16:13它们必须具有相反的自旋和角动量。
00:16:16结果证明,
00:16:17每个轨道中可以有两个电子,
00:16:20但电子不能完全相同。
00:16:22它们必须朝相反方向自旋。
00:16:24电子自旋是一个奇怪的概念,
00:16:26但至少可以说,
00:16:28它们具有某种内在角动量。
00:16:31我们认为的自旋,
00:16:32实际上是粒子可以拥有的属性,
00:16:34无论是否存在类似物理小球的实体。
00:16:37电子不是小球,
00:16:39但它们确实具有自旋或角动量的属性。
00:16:42只要它们具有相反的自旋,
00:16:44就可以有两个电子处于同一轨道。
00:16:46一个朝一个方向自旋,
00:16:47另一个朝相反方向自旋。
00:16:48所以,
00:16:48可以说一个自旋向上,
00:16:50另一个自旋向下。
00:16:51从我拇指的指向方式,
00:16:53你们知道,
00:16:53这两个电子必须具有不同的自旋。
00:16:56那么,
00:16:57如果你们真的把它们从那个系统中取出来,
00:16:59会发生什么?
00:16:59你们把它们完全从原子中移走,
00:17:01现在这两个小电子在空间中的某个地方,
00:17:03而你们知道,
00:17:04它们必须具有相反的自旋,
00:17:06因为它们曾经在同一个轨道上。
00:17:08好的,
00:17:09明白了,
00:17:09那么,
00:17:09现在把它们分开。
00:17:10把它们分开几英尺,
00:17:12也许几英里,
00:17:14几百英里怎么样?
00:17:16也许没有限制。
00:17:18我们发现,
00:17:19如果你使用某种能量来改变其中一个电子的自旋,
00:17:23另一个电子基本上会立即知道发生了什么。
00:17:27这并不是因为有一个信号在它们之间传递,
00:17:31因为它甚至不会以光速传播。
00:17:34这是一个顺时的翻转。
00:17:36这不是信号在传播,
00:17:38因为这两者基本上是同一个量子系统。
00:17:41在量子力学的规则中,
00:17:43它们是同一个物体。
00:17:45所以,
00:17:45实际上并没有信号需要传播到一个量子系统。
00:17:48实际上,
00:17:49空间和时间这样的东西并不存在。
00:17:51它会瞬间调整,
00:17:52因为无论是在微观层面,
00:17:54还是相隔数千英里。
00:17:56它都是同一个系统。
00:17:59它们是同一回事。
00:18:00是否可能以某种方式,
00:18:02万物都相互纠缠?
00:18:06嗯,
00:18:07我的意思是,
00:18:08曾经有一段时间,
00:18:08宇宙非常小。
00:18:10你知道,
00:18:10大爆炸之后不久,
00:18:12在某种意义上,
00:18:13我们都像是同一个粒子。
00:18:14那个粒子已经改变并膨胀了。
00:18:17但是,
00:18:17否可以认为,
00:18:18在某种意义上,
00:18:19我们实际上与宇宙中的万物都是同一个量子系统。
00:18:23我们所感知到的空间和时间,
00:18:25其实就是我们纠缠的程度。
00:18:29我们与那些离我们更近,
00:18:30有机会与我们互动的事物纠缠得更深。
00:18:33比如这个房间里的空气,
00:18:35或者我院子外面的空间。
00:18:37而对于那些很久没能互动的事物,
00:18:39我们的纠缠就较少。
00:18:41比如遥远的星系,
00:18:43自宇宙诞生以来,
00:18:44我就没靠近过它们。
00:18:46爱因斯坦曾问,
00:18:47引力究竟是什么?
00:18:49现在我们必须问,
00:18:51时空究竟是什么?
00:18:54我们知道,
00:18:55它不可能像我们感知的那样简单。
00:18:58也许宇宙的底层量子现实是,
00:19:01万物在某种意义上仍属于同一个量子系统。
00:19:06我一直觉得,
00:19:07当人们谈论外星文明,
00:19:09提到飞碟,
00:19:10UFO和宇宙飞船时,
00:19:12我总在想,
00:19:13真正理解现实的下一步,
00:19:15是否就是认识到距离其实并不存在。
00:19:18而也许一个非常先进的文明,
00:19:20能够以某种方式操控这一点。
00:19:22你根本不需要乘坐宇宙飞船去任何地方。
00:19:25你只需弄清楚,
00:19:27如何接入宇宙其余部分的这种纠缠。
00:19:31有没有可能,
00:19:32你实际上与宇宙中的一切
00:19:34同时处于同一个量子系统。
00:19:36而这种纠缠的程度,
00:19:38正是我们所理解的空间、
00:19:40时间和引力。
00:19:44这是一个惊人的想法,
00:19:46越来越多的人开始关注它。
00:19:48我们知道这是真的吗?
00:19:50不知道这仍然是推测性的。
00:19:52但物理学运作得非常好。
00:19:54其中一个有希望的方面是,
00:19:56引力方程现在从量子力学中涌现出来。
00:20:00它们不再是广义相对论和量子力学,
00:20:03它们不再分离。
00:20:05你从量子力学开始,
00:20:07引力便从中涌现,
00:20:09源于纠缠的程度。
00:20:11所以,
00:20:11再坚持几十年吧。
00:20:13嗯,
00:20:14就像我说的,
00:20:15也许有一天,
00:20:16我们真的能弄清楚,
00:20:18这种纠缠的底层结构,
00:20:19然后我们就能真正地超越时空。
00:20:23当你处于纯能量状态时,
00:20:25你必须以光速运动。
00:20:27光子必须以光速运动。
00:20:29它不能以其他速度运动,
00:20:30光子不可能存在于只以每小时20米的速度运动的
00:20:34状态。
00:20:35它必须以光速运动。
00:20:37而当你以光速运动时,
00:20:39你不会体验到空间或时间。
00:20:42你可能熟悉爱因斯坦的观点,
00:20:44当你运动得越来越快,
00:20:46接近光速时,
00:20:47相对于观察你的旁观者来说,
00:20:49你的时间会变慢。
00:20:51如果我静止坐在地球上,
00:20:53看着某人以一半光速在飞船中飞驰,
00:20:56相对于我来说,
00:20:57我会看到它们变得非常非常缓慢。
00:20:59而当你真正以光速运动时,
00:21:02时间就停止了。
00:21:03这意味着,
00:21:04光不会以任何扩展的方式体验空间或时间。
00:21:10空间中的所有点都是一体的,
00:21:11所有时间也是一体的。
00:21:13时间中的所有点都是一体的。
00:21:15对于光子来说,
00:21:16时间和空间并不像对我们那样存在。
00:21:18然而,
00:21:19我由某种物质构成,
00:21:20这种物质可以被转化为光子,
00:21:22并且可以来回转换。
00:21:23而我体验着空间和时间,
00:21:26我将它们体验为扩展的属性。
00:21:29宇宙具有二元性。
00:21:30我认为,
00:21:31这将成为现代物理学最重要的事情之一,
00:21:34成为物理学的下一次革命。
00:21:37我们周围的光,
00:21:38我的意思是,
00:21:38它来自太阳穿过我的窗户,
00:21:40它正向我袭来。
00:21:41你知道,
00:21:41我们演播室里的灯光所经历的宇宙,
00:21:43与我所经历的并非同一个。
00:21:45以一种真实的方式与之相连。
00:21:47宇宙从未膨胀。
00:21:49从光子的视角来看,
00:21:51所有时空点仍然是一个整体。
00:21:55而我,
00:21:56某种意义上是由光子构成的。
00:21:58但我为何能感知到空间和时间?
00:22:00我们所感知的空间和时间,
00:22:03不可能是最终的真相。
00:22:05必然存在另一种视角,
00:22:08能向我们展示一种我们人类大脑尚未感知到的现实。
00:22:13但我们周围的一切物理现象,
00:22:15哪怕是像光这样简单的东西,
00:22:16都要求着这种可能性。
00:22:18让我感到不寒而栗的是,
00:22:20我们对现实本质的理解是如此之少。
00:22:23如果此刻有什么东西从我身上反弹出去,
00:22:26它所经历的宇宙甚至没有膨胀过,
00:22:28这意味着什么?
00:22:30所以,
00:22:31那个方程等于MCR。
00:22:32我的意思是它很有用,
00:22:34你可以用它来驱动和反应。
00:22:36你可以用它来做粒子加速器。
00:22:38但它实际上有点撕裂了现实本身的结构,
00:22:41并挑战我们去问其下是什么。
00:22:45对我来说,
00:22:46我认为宇宙最令人惊叹的事情之一,
00:22:49就是能量是什么。
00:22:51而这可以非常非常深入。
00:22:54嗯,
00:22:54你们很多人都知道,
00:22:56加速某物需要能量,
00:22:58比如投掷垒球,
00:22:59这需要你手臂的化学能量。
00:23:01或者你可以说某物具有势能,
00:23:04比如它位于山顶,
00:23:06容易在地球的重力场中滚下山坡,
00:23:08这实际上叫做势能。
00:23:12但还有物质本身固有的能量。
00:23:16关于这一点,
00:23:17总让我感到惊讶的是,
00:23:19能量、光,
00:23:20嗯,
00:23:20光是一种纯粹能量的形式,
00:23:22而我们,
00:23:23嗯,
00:23:24物质,
00:23:24我们是由质子、
00:23:26中子和电子等粒子构成的。
00:23:28它们看起来如此不同,
00:23:30它们似乎对宇宙也有完全不同的看法。
00:23:33我认为,
00:23:34这是现代物理学中我所知道的,
00:23:36更有趣和更令人不安的事情之一。
00:23:38让我们思考一下,
00:23:39能量和质量在某种程度上,
00:23:41确实是同一回事这个想法。
00:23:43质量就像是能量凝结储存的形式。
00:23:48这意味着,
00:23:49两者之间实际上可以从能量转化为质量,
00:23:51再从质量转化为能量,
00:23:52来回转换。
00:23:53这就是爱因斯坦提出的著名方程,
00:23:55一等于mc平方,
00:23:57即任何质量都对应着等量的能量,
00:24:00两者本质上是同一回事。
00:24:03宇宙实际上,
00:24:04似乎并不太区分质量和能量。
00:24:06只要数量相同,
00:24:07它就可以以任何形式存在。
00:24:09让我给你举一些例子。
00:24:11核反应的工作方式,
00:24:13比如核聚变反应,
00:24:15就是将一定量的质量转化为纯能量。
00:24:19核聚变实际上是将粒子聚集在一起,
00:24:22将它们撞击成更大的原子,
00:24:24在这个过程中释放能量。
00:24:26因此,
00:24:27少量的质量会损失,
00:24:29但会产生能量。
00:24:30这也是用于相反的情况。
00:24:32在粒子加速器中,
00:24:33由于粒子相互碰撞,
00:24:35你会获得越来越多的能量。
00:24:37它们产生如此巨大的能量,
00:24:39以至于只要一个粒子拥有那么多能量,
00:24:42任何粒子都可能从那个反应堆重弹出。
00:24:45这就是我们发现新粒子的方式。
00:24:47随着我们在粒子加速器中达到越来越高的能量,
00:24:50宇宙中只要存在那种能量,
00:24:53现在就能以质量的形式显现,
00:24:55因为质量需要大量能量,
00:24:57等于mc平方。
00:24:58能量等于质量乘以光速的平方。
00:25:01这能量很大,
00:25:02但能量和质量基本上是同一回事。
00:25:05宇宙似乎实现这一点的一种方式是通过所谓的虚
00:25:09粒子,
00:25:10如果你有,
00:25:11嗯,
00:25:11你知道,
00:25:12仅仅是你周围的能量,
00:25:14时空本身的能量,
00:25:16宇宙中有一种固有的能量,
00:25:18那种能量实际上可以变成质量,
00:25:21它实际上会形成我们所说的虚粒子对,
00:25:24比如一个电子和它的反物质等价物,
00:25:27一个正电子。
00:25:30这两个粒子会直接从宇宙中弹出,
00:25:33因为周围有那种能量,
00:25:35然后几乎总是它们会相互湮灭。
00:25:37它们只是返回,
00:25:38物质与反物质湮灭,
00:25:40回归纯能量。
00:25:42这一切正发生在你周围。
00:25:44在你周围的空间中,
00:25:46这些微小的虚粒子时刻都在形成并坍缩。
00:25:50当这些粒子分离时,
00:25:52宇宙中会发生一些更有趣的现象。
00:25:54例如在中子星附近,
00:25:57通过虚粒子的产生和磁场加速,
00:26:00中子星的磁集实际上能产生一束能量。
00:26:06因此,
00:26:07突然间,
00:26:07这些原本不存在的能量由虚粒子自身产生。
00:26:11当你达到更高能量时,
00:26:12比如你有一个非常非常强的磁场,
00:26:15非常高的能量。
00:26:16同样,
00:26:17我们在中子星周围发现这些现象。
00:26:18这会开始产生大量虚粒子对。
00:26:22你拥有的能量越多,
00:26:23这些微小的虚粒子就越多,
00:26:25直到空间本身呈现出具有质量的特性。
00:26:29在中子星周围,
00:26:30甚至在真空本身中,
00:26:32这些虚拟粒子的密度大约是铁密度的三倍。
00:26:36这正好说明能量和质量本质上是同一回事。
00:26:41它们是同一枚硬币的两面。
00:26:43它们可以相互转换,
00:26:44而宇宙对此并不在意。
00:26:46它以相同的方式看待两者。
00:26:48当人们思考太空中最戏剧性的现象时,
00:26:51它们往往会立即想到黑洞,
00:26:52这确实令人难以置信。
00:26:54那种失控的引力甚至能将光线吸回。
00:26:57这简直太神奇了。
00:26:59但我认为中子星值得更多关注,
00:27:02因为中子星也是大质量恒星死亡时形成的,
00:27:06只是它的质量不足以坍缩成黑洞。
00:27:10它实际上留下了一个实体,
00:27:12一个你可以研究的物理存在。
00:27:15所以,黑洞就像是一个无底洞,
00:27:18而中子星则是一个非常奇特的存在,
00:27:21你可以观察它们,测量它们,
00:27:24你所看到的东西令人震撼,
00:27:26而在某些方面,
00:27:27我们的物理学尚未准备好描述它。
00:27:31关于中子星,
00:27:32你知道,我们为什么称它为中子星?
00:27:35首先,我在这里会大大简化,
00:27:38但基本上,当你想到一个原子时,
00:27:41原子核中有质子和中子,
00:27:43而电子则在原子核周围更远的轨道上运行。
00:27:48令人惊讶的是,
00:27:50中子星的引力如此之强,
00:27:52以至于它实际上将电子坍缩进原子核中。
00:27:55引力将电子压碎进原子核。
00:27:58如果你将一个电子和一个质子压碎在一起,
00:28:01一个带负电,
00:28:02一个带正电,
00:28:03你会得到一个中子。
00:28:05中子实际上,
00:28:06有时会自然衰变成一个电子和一个质子。
00:28:10你有一个主要由中子组成的天体,
00:28:13也有一些质子。
00:28:15它基本上具有原子核的密度,
00:28:18但直径约为10英里。
00:28:21我的意思是,
00:28:22这就像一个巨大的原子核,
00:28:23直径10英里。
00:28:25这太不可思议了。
00:28:26因为它们形成时经历了巨大的坍缩,
00:28:29你知道,
00:28:30当你想到它们所说的角动量手横,
00:28:33如果某个物体在旋转,
00:28:35而恒星确实在旋转,
00:28:37如果你把它坍缩下来,
00:28:39它实际上会旋转得更快。
00:28:42这是经典的滑冰者类比。
00:28:44想象一个滑冰者张开双臂旋转,
00:28:46然后当他把手臂收拢时,
00:28:48你可以看到它旋转得越来越快。
00:28:50同样的事情发生了。
00:28:52但在这种情况下,
00:28:53你实际上有一个直径约10英里的球体,
00:28:56每秒旋转500次。
00:28:58我的意思是,
00:28:59光是想想这件事本身就令人震惊,
00:29:02对吧?
00:29:02那么大的东西旋转得那么快。
00:29:06最近,
00:29:06中子星在解释我们之前无法解释的现象中,
00:29:10扮演了重要角色。
00:29:12他们非常,
00:29:13非常神秘。
00:29:14事实上,
00:29:15有些人甚至怀疑我们看到的可能是来自先进外星文明
00:29:20的信号。
00:29:21这些被称为快速射电报。
00:29:24现在,
00:29:24快速射电报已经成为新闻焦点好几年了,
00:29:28因为这些神秘的射电爆发蕴含的能量如此巨大,
00:29:32我们无法解释发生了什么。
00:29:34例如,
00:29:35我们的射电望远镜会记录一次射电爆发,
00:29:39而这次爆发可能只持续一毫秒,
00:29:42也就是千分之一秒。
00:29:46这些爆发的持续时间大约就是这么长。
00:29:48但在那一毫秒内辐射出的能量,
00:29:51相当于太阳一周释放的能量。
00:29:57因此,
00:29:58我们从天空各处接收到了这些信号。
00:30:01我们试图弄清楚这可能是什么。
00:30:04如何在如此短的时间内,
00:30:06以如此高的能量,
00:30:08产生如此紧密的辐射爆发。
00:30:11因此,
00:30:12一场竞赛开始了,
00:30:13试图弄清楚这些快速射电报究竟是什么。
00:30:16幸运的是,
00:30:17我们有许多工具可以用来研究这些现象。
00:30:20目前,
00:30:21我们有许多高能望远镜在环绕地球运行,
00:30:24测量X射线和γ射线等最能量高的光类型。
00:30:29这种光只有在物质达到数百万或数十亿度时才会
00:30:32出现。
00:30:32它实际上会发射X射线和γ射线。
00:30:35一个奇妙的事情是,
00:30:36我们实际上开始能够大致确定这些信号在天空中的
00:30:39来源位置。
00:30:40随着我们这样做,
00:30:42它们实际上似乎与中子星的位置吻合。
00:30:46因此,
00:30:46中子星很可能是这些快速射电报的来源。
00:30:51现在,
00:30:51具体发生了什么我们还不完全清楚,
00:30:54但这可能与某种类似地震的现象有关。
00:30:58地震,
00:30:59你知道,
00:30:59当我们的地壳发生某种移动时,
00:31:02就会产生穿过地球的波。
00:31:04实际上,
00:31:05我们正是通过研究这些波来了解地球内部的。
00:31:09你知道,
00:31:09我们从未能真正取样地球内部,
00:31:11直到我们发现地球内部有岩浆,
00:31:13首先是液态金属核心,
00:31:15然后是固态金属核心。
00:31:17从未有人亲眼见过,
00:31:19但我们实际上观察到这些压缩波如何穿过地球,
00:31:24并据此推断地球内部的结构。
00:31:26对于中子星,
00:31:28同样的事情可能是可能的,
00:31:29但能量尺度要大得多。
00:31:31你有一个由中子构成的球体。
00:31:34密度极高,
00:31:35温度极高。
00:31:38我们认为,
00:31:39这些恒星外部实际上会形成一层中子壳。
00:31:43内部可能是一种流体,
00:31:45一种纯中子的流体。
00:31:49我们知道这一点是因为中子星在旋转时,
00:31:52有时看起来会像水球一样晃动。
00:31:55因此,
00:31:56我们将其建模为一种晶体状的薄翘。
00:31:59我无法想象那会是什么样子。
00:32:01我的意思是,
00:32:02首先,
00:32:03靠近壳层的引力会非常强,
00:32:05足以将你压塞成基本粒子,
00:32:07基本上就在中子星的表面。
00:32:09但如果这个壳层存在某种缺陷,
00:32:12并且发生某种地震,
00:32:14它发生了位移,
00:32:16就会向中子星内部发送压缩波,
00:32:19并在壳层重新调整自身的短暂瞬间,
00:32:22释放出巨大的能量。
00:32:28因此,
00:32:28目前我们最好的解释是,
00:32:31这些极其神秘的快速射电暴,
00:32:33很可能是中子星地震。
00:32:35就像地震让我们了解了地球内部一样,
00:32:38现在,
00:32:39我们正在研究信号,
00:32:41你知道,
00:32:41即使在千分之一秒内,
00:32:43提取信号,
00:32:45分解它,
00:32:46并尝试找出辐射爆发内部的结构,
00:32:49看看我们能否重建中子星内部的样子。
00:32:52中子星确实是宇宙中的真实怪物。
00:32:56与飞动不同,
00:32:57你可以看到它们,
00:32:58你可以看到它们的表面,
00:33:00你实际上可以描绘出辐射是如何从它们身上散发出来
00:33:02的。
00:33:02当谈到宇宙中真正神秘的部分,
00:33:05但又是你可以实际测量的东西时,
00:33:07我会说去研究一些中子星吧?
00:33:10离我们最近的中子星也非常遥远。
00:33:13你知道,
00:33:14它们距离我们大约有数百或数千光年,
00:33:16所以,
00:33:17幸运的是,
00:33:18它们并不会真正给我们带来任何麻烦。
00:33:19但我一直想知道的问题是,
00:33:21在你被辐射烤焦之前,
00:33:23你实际上能多接近这些家伙并进行测量。
00:33:27或者在中子星的情况下,
00:33:29更奇怪的事情。
00:33:31很多人都熟悉爱因斯坦的著名方程E等于MCR,
00:33:35它表示能量等于质量乘以光速的平方。
00:33:39这实际上意味着,
00:33:40在任何质量中,
00:33:42比如我小指的质量,
00:33:43都蕴含着巨大的能量。
00:33:47所以,
00:33:48如果我能将我的小指转化为纯能量,
00:33:51那么投向日本的核弹所转化的质量,
00:33:53大约只相当于一枚硬币的质量。
00:33:55因此,
00:33:56我小指所蕴含的能量,
00:33:58足以制造出许多许多枚核弹头。
00:34:00但E等于Mc平方也反向成立。
00:34:03如果你拥有大量能量,
00:34:05它基本上会开始像质量一样起作用。
00:34:09这体现在所谓的虚粒子中。
00:34:12如果你在小空间内拥有大量能量,
00:34:15宇宙实际上会开始创造出
00:34:18具有相同质量能量的粒子。
00:34:20所以,
00:34:21大量能量实际上可以转化为质量。
00:34:24这就是我们的粒子加速器的工作原理。
00:34:26这就是为什么你能发现新粒子,
00:34:29因为如果你进行一次高能碰撞,
00:34:32比如将两个金原子和猛烈撞击在一起,
00:34:35碰撞中产生的巨大能量会直接激发出粒子。
00:34:41只要你有足够的能量,
00:34:43你就能制造出宇宙中存在的任何粒子。
00:34:45只要粒子具有碰撞释放的相同能量,
00:34:49它们就会以各种不同的形式出现。
00:34:52所以,
00:34:52中子星也在做类似的事情。
00:34:54由于它们的质量,
00:34:55它们实际上在某种程度上成为了一种天然的粒
00:34:59子加速器。
00:35:00存在如此多的引力收缩,
00:35:02以至于这颗恒星的磁场,
00:35:05电场和磁场实际上被压缩在这个微小的物体周围。
00:35:10现在,
00:35:11中子星的磁场强度是典型家用磁铁如冰箱磁铁
00:35:15的数万亿倍。
00:35:18仅凭磁场就能将普通物质撕裂。
00:35:22但这些磁场中蕴含着巨大的能量。
00:35:25所以想想一等于mc平方。
00:35:26中子星周围有如此多的磁能,
00:35:29以至于太空真空本身开始产生这些虚粒子。
00:35:34我曾经参加过一次讲座,
00:35:36这让我震惊不已。
00:35:37你知道,
00:35:38这就是在NASA工作时会发生的事情,
00:35:40当你走进同事正在举办的讲座时,
00:35:42你知道一周中的任何一天都可能发生。
00:35:44它们说,
00:35:45在中子星附近,
00:35:46空间本身的密度,
00:35:48也就是真空空间的密度,
00:35:50大约是纯铁的三倍。
00:35:51这仅仅是因为磁场能量产生的虚粒子数量。
00:36:02那么,
00:36:03飞在空间密度是铁的三倍的地方,
00:36:05是什么感觉?
00:36:08那是什么感觉?
00:36:10那看起来是什么样子?
00:36:12我很想从一个安全的距离,
00:36:14看看中子星是什么样子。
00:36:16而我并不完全确定那是什么。
00:36:18当你处理如此巨大的能量时,
00:36:21连空无一物的空间都会变得比铁还要致密得多。
00:36:25再说一次,
00:36:26这些都是真实存在的,
00:36:27它们今晚就在夜空中。
00:36:28我是说,
00:36:29你看不到它们,
00:36:30因为它们又暗又小,
00:36:31而且距离遥远。
00:36:32所以,
00:36:32这并不是我们在夜空中实际能看到的东西。
00:36:34但在我们周围,
00:36:35我们正接收到这些真实存在的东西发出的辐射,
00:36:40即高能辐射。
00:36:41我们的太阳就有这种高能粒子流。
00:36:47这是直到相对近期才被发现的事物。
00:36:50我的意思是,
00:36:51当你想到我们最早发射到太空的那些卫星,
00:36:54你知道,
00:36:55大约从1950年代末,
00:36:571960年代初开始,
00:36:58它们就意识到太空中存在这种辐射源。
00:37:02你知道,
00:37:03太空中有大量的粒子。
00:37:05我实际上,
00:37:06有幸与一位名叫尤金·帕克的人相邻。
00:37:09我们有一个以它名字命名的精彩任务,
00:37:12叫做帕克太阳探测器。
00:37:14这个任务,
00:37:15现在实际上正在环绕太阳运行,
00:37:17比以往任何人造物体都更接近太阳。
00:37:20这真的非常令人兴奋。
00:37:21我相信它在发射时已经94岁了。
00:37:25通常,
00:37:26我们只在人们去世后,
00:37:28才以它们的名字命名航天器。
00:37:31它基本上是预测太阳风的人,
00:37:33也是弄清楚它如何运作的人。
00:37:35当然,
00:37:36我们仍在研究很多细节,
00:37:37但他们认为没有人比它更适合以此命名。
00:37:40这真是太好了。
00:37:42这些高能粒子的来源,
00:37:44以及它们如何被加速远离太阳,
00:37:46正是我们目前研究的内容。
00:37:49我们知道,
00:37:50当我说高能粒子时,
00:37:52我指的是电子和质子,
00:37:54有时甚至大到像氦原子核那样的东西。
00:38:00它们以每小时100万英里的速度,
00:38:03在某些情况下被喷射穿过我们的太阳系。
00:38:06所以,
00:38:07你知道,
00:38:07我们有这种非常高能的风。
00:38:09它改变行星。
00:38:11你知道,
00:38:12它导致火星随着时间的推移失去大气层,
00:38:15变成这种寒冷死寂的沙漠。
00:38:18它导致金星变成我们所知的那种地狱般的东西。
00:38:22它实际上吹走了所有较轻的分子,
00:38:25比如水。
00:38:25它离开金星时,
00:38:27大气层中只剩下二氧化碳和硫酸。
00:38:29甚至冥王星,
00:38:30你知道,
00:38:31在我们行星系统的边缘,
00:38:33冥王星每天仍然会损失大量大气,
00:38:36被高能粒子风摧毁。
00:38:40地球之所以没有受到太大影响,
00:38:43唯一的原因是我们有非常强大的磁场。
00:38:47所以,
00:38:47你知道,
00:38:48我们熔融的金属核心,
00:38:49所有在地球内部移动的熔融金属,
00:38:52在地球周围产生了一种磁瓶。
00:38:54这保护我们免受太阳风的侵害。
00:38:56但总有一天,
00:38:57太阳实际上会,
00:38:58你知道,
00:38:59几乎摧毁我们的大气层。
00:39:01所以,
00:39:02你知道,
00:39:02行星在变化,
00:39:04而了解这种风的重要一点是,
00:39:06我们必须理解我们在太空中的环境。
00:39:09太阳风通常处于人类可以轻松承受的水平。
00:39:13你知道,
00:39:14一些相信阴谋论的人说,
00:39:16我们怎么可能去过月球,
00:39:18因为太空中有那么多辐射。
00:39:20嗯,
00:39:21答案是我们在阿波罗计划中有点幸运,
00:39:24因为在正常日子里,
00:39:25太阳风的辐射水平是人类可以轻松处理的,
00:39:28你知道,
00:39:29在太空中或月球上。
00:39:31问题在于,
00:39:32如果发生太阳风暴,
00:39:34一个非常非常剧烈的事件,
00:39:36释放大量太阳风,
00:39:37很多时候,
00:39:38我们称之为日缅物质抛射。
00:39:41日缅是太阳大气的外层,
00:39:43也是日缅物质抛射的来源。
00:39:45所有这些物质会同时喷发出来。
00:39:48确实,
00:39:48如果一次大型抛射发生在宇航员未受地球磁场保护
00:39:52的方向,
00:39:53它们可能会死亡。
00:39:54我的意思是,
00:39:56这实际上可能给它们带来致命的辐射计量。
00:39:59这是我们需要考虑的事情。
00:40:01事实证明,
00:40:02我们算是幸运的,
00:40:04在阿波罗任务之间,
00:40:05当没有宇航员在月球上时,
00:40:08恰好发生了一些可能危及宇航员的太阳活动。
00:40:12这就是为什么去月球和火星很难,
00:40:15因为要保护人们免受那种辐射。
00:40:18保护你免受辐射并不难。
00:40:20我的意思是,
00:40:21大量的水就可以做到。
00:40:22比如,
00:40:23如果你的航天器里有一个水箱,
00:40:25你可以躲在后面。
00:40:26只是你需要携带相当多的水,
00:40:28而这会增加很多质量。
00:40:30或者以月球为例,
00:40:32我认为如果你能在月球表面下挖掘大约10英尺身,
00:40:35上方的岩石量就能为你提供庇护。
00:40:37但接着,
00:40:38我们需要将挖掘隧道的施工设备运到月球上,
00:40:41对吧?
00:40:41所以,
00:40:42我的意思是,
00:40:43我们正在考虑各种方法来处理这种情况。
00:40:45冲击波的产生原理是,
00:40:47假设两颗双星彼此靠近,
00:40:49它们都带有粒子流。
00:40:52在这种情况下,
00:40:53我们不称之为太阳风,
00:40:54而称之为恒星风,
00:40:55因为我们讨论的是恒星。
00:40:57但本质上是一回事。
00:40:59主要区别在于,
00:41:00我研究的恒星质量非常大。
00:41:03这些恒星的质量大约是太阳的20到50倍。
00:41:08它们实际上有非常强的恒星风,
00:41:11甚至比太阳的风还要强得多。
00:41:13所以,
00:41:14当这两颗恒星彼此靠近时,
00:41:16它们的恒星风会相互碰撞。
00:41:18当这种情况发生时,
00:41:20我的意思是,
00:41:21电磁场实际上会相互纠缠在一起。
00:41:24粒子相互碰撞,
00:41:26从而产生一个非常非常热的区域,
00:41:28我们称之为激波。
00:41:30当所有这些物质聚集在一起时,
00:41:33基本上在碰撞过程中会减速,
00:41:36你会沿着激波前沿获得所有这些热量和辐射。
00:41:40这些是由碰撞风产生的美妙激波。
00:41:43是的。
00:41:44所以,
00:41:45目前的一个重大挑战,
00:41:47特别是当我们考虑让宇航员重返月球时,
00:41:50是否有办法预测这些剧烈事件何时发生。
00:41:53答案是,
00:41:54是的,
00:41:54有极重方法。
00:41:56所以,
00:41:57最简单的方式是,
00:41:58正如我提到的,
00:41:59我们实际上有航天器,
00:42:00目前有一艘航天器正在绕太阳运行。
00:42:03实际上有两艘,
00:42:04帕克太阳探测器和欧洲的太阳轨道器。
00:42:07我们在地球和太阳之间还有其他航天器。
00:42:11当这些巨大的物质喷发,
00:42:13带电的高能粒子从太阳中喷出时,
00:42:16它会击中不同的卫星,
00:42:18这些卫星会测量它的速度以及传递的能量。
00:42:23通常以月球为例,
00:42:24地球大约有一到两天的预警时间。
00:42:28所以你可以告诉宇航员,
00:42:30嘿,
00:42:30有东西要来了,
00:42:31大家知道,
00:42:31都去避难所,
00:42:32知道吗?
00:42:33只要那里有好的避难所就行。
00:42:34但问题在于,
00:42:36能否在事件实际发生前进行预测。
00:42:39这当然是全世界日球物理学家们的一个巨大目标。
00:42:45G-L-O代表太阳,
00:42:46然后是物理学家。
00:42:47所以,
00:42:48这些人是专门研究太阳的物理学家。
00:42:50太阳是一个令人难以置信的磁性奇迹。
00:42:54磁场是由运动电荷产生的,
00:42:57对吧?
00:42:58所以你可以想象,
00:42:59就像发动机中运动的金属电荷会产生磁场一样。
00:43:03以太阳为例,
00:43:05太阳几乎完全由氢构成,
00:43:07但其表面温度极高,
00:43:09以至于这些气体已经电离。
00:43:11这意味着能量极大,
00:43:13以至于通常围绕原子核运行的电子获得了足够
00:43:17的能量而脱离,
00:43:18从而留下两个带电粒子,
00:43:21一个电子和一个质子。
00:43:24任何带有电荷的物体,磁场都能使其弯曲。
00:43:28因此,
00:43:29当你看到太阳上这些美妙的环状结构,
00:43:32以及所有这些美丽的形状时,
00:43:34那正是极热的带电气体沿着太阳磁场运动的结
00:43:38果。
00:43:39它的名字,
00:43:40虽然有点令人困惑,
00:43:41叫做等离子体。
00:43:43你知道,
00:43:44你实际上可以看到太阳磁场的形状,
00:43:46但它很混乱。
00:43:48它极其复杂。
00:43:50所以,
00:43:51你有这些美妙的磁能环,
00:43:52你知道,
00:43:53所有物质都沿着它运动。
00:43:55那么,
00:43:55你如何预测,
00:43:56你知道,
00:43:57其中一个环和时会破裂并喷射出物质,
00:44:00从而产生一次大的喷发。
00:44:02我们在这方面正在进步,
00:44:04但它仍然是我们尚未完全理解的事情。
00:44:07我的意思是,
00:44:08像我们自己的恒星这样简单的东西,
00:44:11什么时候会有真正的大风暴,
00:44:13我们无法精确到小时来预测。
00:44:16我们只能说,
00:44:17这里有一个非常活跃的区域,
00:44:19看起来可能会产生什么,
00:44:21但无法保证它一定会发生。
00:44:23这让我想起了2012年,
00:44:26因为那年我过得有点艰难,
00:44:28因为人们有玛雅末日的想法。
00:44:30显然,
00:44:312012年是玛雅立法中某个周期的终结。
00:44:35当时的想法是,
00:44:37将会发生某种灾难性事件。
00:44:39我会接到电话,
00:44:40真的,
00:44:41有人打电话到NASA说,
00:44:42你知道,
00:44:43我不想让我的宠物受苦。
00:44:45你知道,
00:44:46我应该对他们实施安乐死吗?
00:44:46我确实接到过一个电话,
00:44:47有人在考虑是否应该对他们的宠物实施安乐死。
00:44:50还有人会问,
00:44:51世界会在下个月终结吗?
00:44:53然后,
00:44:53我会说,
00:44:54你知道,
00:44:54好吧,
00:44:55如果我知道,
00:44:56世界下个月就要终结,
00:44:57你觉得,
00:44:58我还会坐在办公室里接电话吗?
00:45:00我认为不会。
00:45:01我们一直告诉人们,
00:45:02真的没有理由担心任何事情。
00:45:05天文学上没有任何异常现象发生。
00:45:08那一年,
00:45:09太阳正处于自然活跃期。
00:45:12太阳大约每十一年左右就会变得非常活跃,
00:45:15然后又会逐渐平静下来。
00:45:17我之所以知道这一点,
00:45:18是因为我喜欢看北极光,
00:45:20也就是极光。
00:45:21你知道,
00:45:22这些极光是由带电粒子进入我们大气层时产生的,
00:45:25它们会在两极周围形成美丽的光芒。
00:45:27对我们来说,
00:45:28这基本上是我们最能注意到的现象。
00:45:30实际发生的情况是,
00:45:32发生了一次巨大的日缅物质抛射,
00:45:35这次抛射实际上会对地球上的电网构成危险。
00:45:40它不会对人类,
00:45:42动物或植物造成任何损害,
00:45:44但它会向我们的磁场注入电流,
00:45:47很可能会导致许多电网瘫痪。
00:45:51这会造成很大的破坏。
00:45:53但问题是,
00:45:54这次抛射发生在太阳背对地球的一侧,
00:45:58而我们在那个方向的太阳系中部署了卫星,
00:46:02这些卫星被太阳释放的大量带电粒子充机的晕
00:46:06头转向。
00:46:07因此,
00:46:08我们观察到了这一现象,
00:46:09能够追踪并了解发生了什么。
00:46:11我们都知道,
00:46:13太阳在自转。
00:46:16实际上,
00:46:17太阳并非所有部分都以相同速率的旋转速度比两极
00:46:19更快。
00:46:20它不是一个固体,
00:46:21它有点自己扭曲起来。
00:46:22太阳,
00:46:23你知道,
00:46:23平均大约每29天自转一次。
00:46:25所以,
00:46:26我们并不真正了解。
00:46:27可能有一个活跃区域即将爆发,
00:46:30但它可能转出我们的视野,
00:46:31这样,
00:46:32我们就安全了。
00:46:33或者可能有什么东西,
00:46:34从太阳的另一侧过来,
00:46:35而我们没有看到。
00:46:36在观测我们称之为空间天气的这种现象时,
00:46:40存在各种奇妙的复杂性。
00:46:42风暴和风暴,
00:46:43但在这种情况下,
00:46:45是粒子的风和磁暴,
00:46:46太阳上的磁混乱风暴。
00:46:49想想我们头顶上那颗可爱温和的恒星,
00:46:52实际上非常戏剧性和非常不稳定,
00:46:54这真是件奇妙的事。
00:46:56坐在地球大气层的底部,
00:46:58我们并没有真正意识到,
00:47:00我们处于太空中一个更大的环境里。
00:47:03而主导一切的是太阳。
00:47:05众所周知,
00:47:06太阳显然是我们太阳系中最大、
00:47:07最重要的天体。
00:47:08太阳不仅释放出大量的光和热,
00:47:11还释放出一股高能粒子风,
00:47:14即高能质子和电子等带电粒子。
00:47:18我们实际上一直沐浴在这股粒子风中,
00:47:21它与我们的大气层相互作用。
00:47:23它创造了北极光和南极光。
00:47:25在某些情况下,
00:47:26它甚至可能构成风险,
00:47:28尤其是对我们的技术设备。
00:47:30我们受到大气层和地球磁场的很好保护,
00:47:34免受这些高能粒子的伤害。
00:47:36地球拥有一个非常强大的磁场,
00:47:38环绕着我们的行星,
00:47:39保护我们免受这些粒子最严重的冲击。
00:47:42即使是在空间站上的宇航员,
00:47:44他们离地球足够近,
00:47:45也很大程度上受到这个磁场的保护。
00:47:48当你前往月球或更远的地方时,
00:47:51你就不再受地球磁场的保护,
00:47:54基本上会暴露在这股高能粒子风中。
00:47:58很多人没有意识到这有多重要,
00:48:01以及不仅美国国家航空航天局,
00:48:03还有诺亚以及全球其他组织都在监测这一现象。
00:48:08目前有一群卫星载轨运行,
00:48:10具体数量我不清楚,
00:48:11因为通常会有变化,
00:48:12但我们确实有一些卫星在围绕太阳本身运行。
00:48:15我们还有一些卫星实际上放置在地球和太阳之间。
00:48:19存在一个位置,
00:48:21那里的太阳引力和地球引力正好平衡。
00:48:24如果你处于地球和太阳之间,
00:48:26实际上在引力上会受到两者同等的吸引,
00:48:29将一颗卫星固定在那里,
00:48:31不需要太多能量就能让它保持在那个位置。
00:48:34因此,
00:48:35我们建立了这种早期预警系统,
00:48:37以观察是否有来自太阳的危险情况。
00:48:40然后,
00:48:40我们有各种各样的观测站,
00:48:42即包括地球表面的地面观测站,
00:48:44也包括环绕地球运行的太空观测站,
00:48:47它们持续观测太阳。
00:48:48我们甚至还有环绕太阳系运行的卫星,
00:48:50从不同角度观测太阳。
00:48:52所以,
00:48:52我们已经全面覆盖了太阳观测。
00:48:53那么,
00:48:54为什么这如此重要?
00:48:55嗯,
00:48:56太阳风通常对我们或太空环境没有太大危险。
00:49:02但当你处理空间天气时,
00:49:04有时会出现非常大的雷暴线。
00:49:07对吗?
00:49:07以太阳为例,
00:49:09太阳有时会发生非常非常剧烈的风暴。
00:49:12这些风暴是由太阳混乱扭曲的磁场引起的。
00:49:17太阳表面的一些炽热气体被这些磁场加速得如此之
00:49:22快,
00:49:22以至于它们直接断裂并飞向太空。
00:49:25在某一瞬间,
00:49:27可能有数万亿吨高速运动的带电物致向地球袭来。
00:49:33这实际上对我们生物体并不十分危险。
00:49:36但它能携带巨大的电能和磁能。
00:49:42突然间,
00:49:43所有这些带电粒子撞击地球磁场,
00:49:46实际上会将电流注入我们的磁场。
00:49:5019世纪中叶有一个著名的事件,
00:49:53称为卡林顿事件。
00:49:54在卡林顿事件期间,
00:49:56我们刚开始拥有电报线路等设施。
00:49:59要让电报工作,
00:50:01电线上必须有电流。
00:50:04通常,
00:50:04你会将电报机连接到发电机,
00:50:06从而产生电流,
00:50:08你就可以发送信号了。
00:50:09所以,
00:50:10当这次卡林顿事件发生时,
00:50:12有如此多的电流涌入地球磁场,
00:50:14以至于你实际上可以在不连接电源的情况下开始发送
00:50:18信号。
00:50:19然后,
00:50:20随着风暴持续,
00:50:21一些电报线实际上因磁能和电能的风暴而起火。
00:50:27这些例子来自太阳。
00:50:30所以如今,
00:50:30当然,
00:50:31我们知道这种事可能再次发生。
00:50:33像这样的事件很罕见,
00:50:35但它们肯定会时不时发生。
00:50:38因此,
00:50:39有各种各样的组织,
00:50:40比如,
00:50:41FEMA,
00:50:41所有这些救灾组织与NASA和NOAA合作,
00:50:45实际上是为了弄清楚,
00:50:47如果我们认为危险的太阳风暴即将发生,
00:50:49会发生什么?
00:50:51嗯,
00:50:51对于我们大气层上方的所有卫星来说,
00:50:54它们风险很高。
00:50:55所以,
00:50:55我们基本上可以关闭它们,
00:50:57让它们休眠一段时间。
00:50:58当然,
00:50:59那种能量爆发会击中它们,
00:51:01可能会损坏它们的探测器,
00:51:03但至少大部分电子设备在那时是关闭的,
00:51:05我们希望能恢复它们。
00:51:07然后甚至可能有,
00:51:09你知道,
00:51:09必要的计划来关闭部分电网。
00:51:12因为我认为,
00:51:13这些事件对我们最大的危险是,
00:51:15当它们实际击中地球磁场时,
00:51:17地球磁场中可能会有如此多的能量,
00:51:20以至于它可能会烧毁我们的电网。
00:51:23我的意思是,
00:51:24想想看,
00:51:25如果地球上所有的电力都因为一次太阳风暴而中断,
00:51:27那会有多糟糕?
00:51:28我的意思是,
00:51:30这可能会造成数十亿甚至数万亿美元的损失。
00:51:33所以,
00:51:34有人正在演练这些场景。
00:51:36有人正在尝试弄清楚我们该如何关闭设备,
00:51:39如何保护自己。
00:51:41同时,
00:51:41我们还有一支卫星舰队持续观测太阳,
00:51:44我们大概能提前一天左右的时间,
00:51:46当一次大风暴从太阳出发时获得预警。
00:51:50我们通常认为太阳会发出大量光线,
00:51:53而光与光速传播,
00:51:54从太阳到地球大约需要八分钟。
00:51:57但这不是光,
00:51:58这些是带电粒子,
00:52:00质子和电子。
00:52:01尽管它们可能以每小时数百万英里的速度移动,
00:52:04但到达地球仍然需要大约一天或更长时间。
00:52:07所以,
00:52:08我们会有一定的预警时间。
00:52:09但是,
00:52:10是的,
00:52:10我的意思是,
00:52:11你周围都有人在监测太空天气,
00:52:13并为大风暴做准备。
00:52:15你知道,
00:52:16小行星真正让我着迷的地方在于,
00:52:18它们某种程度上是数十亿年前太阳系状态的保存。
00:52:22这确实是真的。
00:52:24太阳系曾经是这样一团气体和尘埃云,
00:52:27然后在引力的作用下,
00:52:29物质开始聚集成较小的快体,
00:52:31然后是较大的快体,
00:52:33最终形成了行星。
00:52:35像地球这样的行星变化很大,
00:52:37对吧?
00:52:38我的意思是,
00:52:39我们星球的内部是融融的。
00:52:41那里有东西正在融化。
00:52:42在地表,
00:52:43有侵蚀,
00:52:44降雨和风。
00:52:46所以,
00:52:46没有什么东西和数十亿年前完全一样。
00:52:49但有一些微小的构建模块被遗留下来,
00:52:53它们实际上从未被组合成更大的东西,
00:52:56并且在数十亿年里几乎保持不变。
00:52:59因此,
00:53:00从科学上讲,
00:53:01它们之所以如此珍贵,
00:53:03是因为,
00:53:04它们就像是太阳系形成石,
00:53:06化学,
00:53:06物理条件等一切情况的时间胶囊。
00:53:10关于开采它们的问题。
00:53:12地球上发生的情况是,
00:53:14地球有一个炽热的融融核心,
00:53:16大多数重物都会沉到底部。
00:53:21对吧?
00:53:22所以,
00:53:22当有液体时,
00:53:23较重的物质会沉到底部。
00:53:24因此,
00:53:25我们星球的核心是由铁组成的。
00:53:28你知道,
00:53:28还有镍,
00:53:29但也包括金、
00:53:30银、
00:53:31钵等金属。
00:53:32任何在地球融融状态下较重的物质都会主要沉
00:53:35入核心。
00:53:36这意味着,
00:53:37如果这种情况没有发生在小行星上,
00:53:39那么小行星内部仍然处于混合状态。
00:53:41较重的物质实际上并没有从中沉降出来。
00:53:44给定一个体积,
00:53:45实际上含有更多的稀有元素,
00:53:47更多的金,
00:53:48更多的薄,
00:53:49更多的钛,
00:53:50等等。
00:53:50但小行星也相当小,
00:53:52而且它们在太空中,
00:53:54所以很难到达。
00:53:56对我来说,
00:53:57这变成了一个成本问题。
00:53:59是的,
00:53:59小行星物质总体上比地球地壳的部分含有更多稀
00:54:03有且有价值的元素。
00:54:05它也含有更多的铁。
00:54:07你可以获得非常昂贵的铁。
00:54:09我不知道究竟要到什么时候去小行星采矿,
00:54:13把东西带回来,
00:54:14或者用任何你想要的方式从中获取那一点点黄金,
00:54:18才会真正变得经济可行。
00:54:20我猜不会很快。
00:54:21我认为我们不会在短期内以任何真正商业化的方式
00:54:25开采小行星。
00:54:27在太空中能否使用指南针,
00:54:29这是一个引人入胜的问题。
00:54:30那么,
00:54:31我们先谈谈指南针,
00:54:33然后再聊聊我们如何在太空中定位自己这个话题。
00:54:38指南针是一种对磁场有反应的装置。
00:54:41所以,
00:54:42指南针总是指向北方,
00:54:44是因为它对地球的磁场有反应。
00:54:47我们的星球有一个由融融金属构成的奇妙核心。
00:54:50这些金属在地球内部移动,
00:54:52产生了一个具有两个磁级的磁场,
00:54:54即北极和南极。
00:54:56当你制作指南针时,
00:54:58你会用一种能对磁场产生反应的金属制成,
00:55:01它指向地球的磁极,
00:55:03这个磁极非常接近我们的地理北极。
00:55:06磁场指引着指南针的方向。
00:55:09显然,
00:55:10如果你远离地球,
00:55:11远离我们的行星,
00:55:12它将不再能感受到我们的磁场。
00:55:15因此,
00:55:16如果你在土星附近,
00:55:17指南针将不会指向地球的北极。
00:55:20土星和木星是不同的行星,
00:55:22它们有自己的磁场。
00:55:24所以,
00:55:25如果你确实靠近木星,
00:55:27木星的磁场比地球的磁场强得多。
00:55:30如果你真的在木星附近,
00:55:31你的指南针肯定会指向木星的北极。
00:55:34现在,
00:55:35但如果你走得更远呢?
00:55:37如果你真的从那里走得更远呢?
00:55:39太空中本身有任何磁场吗?
00:55:42嗯,
00:55:43实际上,
00:55:44结果证明,
00:55:45我们的星系作为一个整体也有磁场。
00:55:47这个磁场可能很难检测到。
00:55:49你可能需要一个非常非常灵敏的指南针,
00:55:51但假设你有了它,
00:55:52你实际上会看到,
00:55:54我们的银河系确实存在磁北极和磁南极,
00:55:57而这个磁场贯穿了整个银河系。
00:56:00使用指南针,
00:56:02你至少可以找出另一个行星的南北极,
00:56:05以及恒星的南北极。
00:56:08恒星也有磁场。
00:56:10甚至银河系的南北极也对局部磁场有响应。
00:56:15但这引出了一个问题,
00:56:17在星系之间,
00:56:18那里根本没有可探测的磁场,
00:56:20你如何在太空中确定方向。
00:56:24一切都在运动。
00:56:26没有什么是静止的,
00:56:27也没有一个固定的参考点,
00:56:30所有事物都相对于那个点运动。
00:56:33我们正以大约每小时66000英里的速度绕太阳运行。
00:56:38现在,
00:56:38太阳正以大约每小时50万英里的速度绕银河系
00:56:42中心运行。
00:56:44实际上,
00:56:45我们正以大约每小时150万英里的速度引力下落,
00:56:48朝向一个星系团的中心。
00:56:50这只是当我们说相对于什么的时候。
00:56:53相对于太阳。
00:56:54相对于这个星系群。
00:56:57宇宙中没有绝对的参考标准。
00:57:01有一件事或许是穿越宇宙的最佳导航方式,
00:57:05那就是所谓的微波背景辐射。
00:57:09这是我们所能观测到的最遥远的辐射。
00:57:13这种辐射来自宇宙各处,
00:57:15时间大约在大爆炸后40万年。
00:57:19它用这种温和的微波辐射充满了整个空间。
00:57:24而且,
00:57:25它在各个方向上几乎都是一样的。
00:57:27事实上,
00:57:28如果你有一台几十年前的老式电视机,
00:57:30使用天线,
00:57:31你在屏幕上看到的很多雪花,
00:57:33实际上就是来自这种背景辐射的微波。
00:57:36我们可以测量的一件事,
00:57:38是我们相对于这个辐射域,
00:57:40微波背景的运动。
00:57:44所以,
00:57:44如果你试图在太空中用指南针导航,
00:57:47请记住,
00:57:48指南针会对最强和最近的磁场做出反应。
00:57:51它会指向北方,
00:57:53指向行星的北极,
00:57:54指向恒星的北极,
00:57:56甚至指向我们星系的南北磁极。
00:57:59但你读到的是磁场,
00:58:01这就是指南针的作用。
00:58:02这几乎就是它能告诉你的一切。
00:58:05嗯,
00:58:05关于天文学的力量,
00:58:07真正让我感到震撼的是我们实际知道多少。
00:58:11有很多我们不知道的事情,
00:58:12而天文学家,
00:58:13总的来说科学家们,
00:58:14往往真正专注于我们不知道的事情,
00:58:16因为那是我们正在努力解决的问题。
00:58:18那就是我们的工作,
00:58:19那就是我们如何获得你知道维持生计的资助,
00:58:23试图回答那些我们尚未知道的问题。
00:58:25但我们在某些方面知道的事情,
00:58:28以及我们认识它们的时间之近,
00:58:30真的让我感到震撼。
00:58:32你想过,
00:58:33星星是有什么构成的吗?
00:58:36我的意思是,
00:58:37你可能听说过星星主要由氢和氦组成。
00:58:40你知道,
00:58:40它们是那种巨大的气体球,
00:58:42你知道,
00:58:42非常非常热,
00:58:43致密,
00:58:44燃烧的气体球。
00:58:45但我们是什么时候知道这一点的呢?
00:58:46实际上,
00:58:47直到大约二十年代或三十年代,
00:58:50一位名叫塞西利亚,
00:58:52佩恩的年轻女性,
00:58:54在哈佛工作,
00:58:55她写了一篇博士论文,
00:58:57几乎证明了它们必须由氢构成。
00:59:00她当时是一名研究生,
00:59:02一位女性研究生。
00:59:04当时,
00:59:05人们认为太阳可能非常像地球,
00:59:06它就像一块大岩石。
00:59:15如果你有一块那么大的岩石,
00:59:16这是真的,
00:59:17会有如此多的重力将它挤压在一起,
00:59:18以至于岩石的温度会非常高。
00:59:20所以,
00:59:20你知道,
00:59:21太阳表面的温度大约是一万度。
00:59:25如果你有一块那么大的岩石,
00:59:27有那么多重力挤压它,
00:59:28它就会那么热。
00:59:30但它可能只会热几百万年。
00:59:35有趣的是,
00:59:36你知道,
00:59:36大约在19世纪末,
00:59:38查尔斯·达尔文一直在研究进化论,
00:59:40像大峡谷这样的岩石地层,
00:59:42它有一种感觉,
00:59:43认为几百万年当然是一段很长的时间,
00:59:46但它认为,
00:59:47这不足以解释它在地球本身看到的变化。
00:59:50流行的观点,
00:59:51这也是一个问题,
00:59:52认为太阳基本上是一个巨大的地球。
00:59:55重力,
00:59:55仅仅是重力的收缩使它变热。
00:59:58它需要数百万年才能冷却下来。
01:00:01事实证明,
01:00:01完全不是这样。
01:00:02它实际上是由氢构成的,
01:00:05宇宙中最氢的物质。
01:00:07但现在,
01:00:08你有如此大的重力将氢挤压在一起,
01:00:11使内部变得非常热,
01:00:13达到数百万度,
01:00:14热到足以开始和聚变反应,
01:00:16而这可以持续数十亿年。
01:00:20当然,
01:00:21最大的误解之一是人们认为,
01:00:23科学家认为,
01:00:24大爆炸是从无中生有的,
01:00:26对吧?
01:00:27我的意思是,
01:00:28所有构成宇宙的能量和物质,
01:00:30你是说,
01:00:31它们只是从无中产生的。
01:00:32不,
01:00:33我,
01:00:33我,
01:00:33我认为没有任何科学家真正相信这一点。
01:00:36问题在于,
01:00:37当你思考宇宙在那一刻的状态时,
01:00:40我的意思是,
01:00:41以我们的可观测宇宙为例,
01:00:43对吧?
01:00:44我的意思是,
01:00:45你可以从宇宙的一端看到另一端,
01:00:47你知道,
01:00:48一百三十五亿光年甚至更远。
01:00:50我们所看到的所有物质实际上都被压缩到比原子还小
01:00:54的空间里,
01:00:55一个比原子还小的体积。
01:00:57我们还没有物理学来描述这如何运作。
01:01:00那是如此多的质量,
01:01:01如此多的能量,
01:01:02却在如此小的体积里。
01:01:04我的意思是,
01:01:05在这一点上甚至还没有质量,
01:01:07基本上是纯能量,
01:01:08而目前我们的物理学还没有触及那里。
01:01:10随着我们对引力在极端情况下如何运作于,
01:01:13有更好的理解,
01:01:15比如在极高能量密度下,
01:01:17我们可能会对视什么引发了大爆炸,
01:01:20以及大爆炸之前可能是什么有所了解。
01:01:23即使这个词在谈论大爆炸时也有点困难,
01:01:27因为我们相信大爆炸不仅是空间的创造,
01:01:31也是时间的创造。
01:01:33大爆炸之前宇宙处于什么状态,
01:01:36可能也没有我们所感知的时间。
01:01:39空间和时间似乎是后来膨胀的某种结果。
01:01:44那么,
01:01:45你如何描述一个没有空间和时间,
01:01:47却拥有巨大能量和微小体积的东西?
01:01:49我们还没有物理学,
01:01:51这并非意味着我们永远无法知晓,
01:01:53而是目前我们没有任何方法来描述它。
01:01:56关于大爆炸,
01:01:57另一个主要误解是认为,
01:01:59大爆炸之前的宇宙是微小的。
01:02:01好的,
01:02:02我刚才不是说,
01:02:03我们所见的宇宙万物可能都包含在,
01:02:05你知道,
01:02:05比一个原子还小的体积里吗?
01:02:07我刚才不是说了吗?
01:02:08嗯,
01:02:09问题是,
01:02:10我知道每位科学家都明白,
01:02:12我们现在无法看到整个宇宙。
01:02:16这是因为存在一个我们量化为可观测宇宙的东西。
01:02:20我们认为宇宙自大爆炸以来已存在,
01:02:23大约138亿年。
01:02:26因此,
01:02:27当你向太空深处望去时,
01:02:29你必然也在回望过去。
01:02:32如果某物距离你100万光年,
01:02:35比如仙女座星系,
01:02:36大约200万光年远。
01:02:38你今晚用望远镜观察仙女座星系时看到的光,
01:02:41是200万年前发出的。
01:02:43你看到的是仙女座星系过去的模样。
01:02:46如今,
01:02:46我们拥有的望远镜如此强大,
01:02:49竟能回溯到大爆炸后,
01:02:51约40万年的时光。
01:02:53这太神奇了,
01:02:53我们能观测到如此遥远的太空,
01:02:55以至于光线需要那么久,
01:02:56才能抵达我们。
01:02:58你知道,
01:02:58接近138亿年。
01:03:00当我们回望那个时代,
01:03:02宇宙看起来截然不同。
01:03:05首先,
01:03:06它极其炽热。
01:03:07实际上,
01:03:08温度接近太阳表面。
01:03:10它如此致密炽热,
01:03:11以至于我们确实无法看得更远。
01:03:14严格来说,
01:03:15无论你朝天空哪个方向望去,
01:03:18无论你看向何处,
01:03:19只要望向那个距离,
01:03:21你看到的都是大爆炸后40万年的宇宙,
01:03:25一切都化作炽热的氢气。
01:03:27所以,
01:03:28我知道这种表述有点奇怪,
01:03:30因为我们谈论的是大爆炸之前,
01:03:32那时可能不存在我们今天所理解的空间和时间。
01:03:35但无论大爆炸之前是什么,
01:03:37无论那里有什么,
01:03:39其中都有一小部分,
01:03:40一个微小的体积,
01:03:41膨胀成了我们今天看到的宇宙。
01:03:44但那一小部分,
01:03:45并不是整个宇宙。
01:03:47我们还不知道原始宇宙有多大,
01:03:50大爆炸发生之前,
01:03:52整个宇宙的大小,
01:03:53直到某个变化发生,
01:03:55让它膨胀并完全改变了形态。
01:03:58所以,
01:03:59大爆炸之前的宇宙不一定很小。
01:04:02它实际上可能是无限大的。
01:04:04因此,
01:04:05我们不知道宇宙有多大,
01:04:07也不知道它的形状。
01:04:08我们只能看到它的一小部分。
01:04:11想象我的手臂是大爆炸之前的宇宙。
01:04:14你知道,
01:04:15处于某种我们甚至无法用现代物理学描述的状态。
01:04:18我们现在能看到的整个可观测宇宙,
01:04:21曾经是它的一个微小体积,
01:04:24也许是我手臂上的一个原子。
01:04:26一个原子膨胀并变成了我们看到的整个可观测宇宙。
01:04:32但这并非整个宇宙。
01:04:34我的手臂中有数万亿个原子。
01:04:38其中每一个原子都可能膨胀成一个完全可观测的宇宙。
01:04:43因此,
01:04:44我们尚无法判断大爆炸前宇宙有多大,
01:04:47甚至无法确定宇宙的形状。
01:04:50因为我们所见的只是它膨胀后成为我们所见一切的微小
01:04:54部分。
01:04:55但这并非整个宇宙。
01:04:57这只是我们的可观测宇宙。
01:04:59在我们视野之外,
01:05:01还有远比我们所见更多的东西。
01:05:03近来公众最常问我的问题之一是,
01:05:06我们的宇宙是模拟出来的吗?
01:05:09我认为人们思考这个问题时,
01:05:12是因为他们听说过全西宇宙这个术语,
01:05:15这确实是现代物理学中一个强大且日益流行的概
01:05:20念,
01:05:20但它的命名有点不幸,
01:05:22让我来解释一下。
01:05:25这一切都始于几十年前,
01:05:27当时向斯蒂芬、霍金等人试图弄清楚黑洞究竟如何运
01:05:32作。
01:05:32我们知道黑洞存在,
01:05:34我们实际上经常从远处观察它们,
01:05:37但它们的工作原理在物理上始终不太说得通。
01:05:40它们似乎违反了一些相当重要的物理定律。
01:05:43宇宙不喜欢丢失信息。
01:05:46粒子带有电荷。
01:05:48它具有自旋。
01:05:49关于基本粒子,
01:05:51你可以描述各种各样的属性。
01:05:53但当它落入黑洞时,
01:05:55似乎唯一剩下的东西就是质量,
01:05:57及该粒子所具有的引力。
01:06:00关于其电荷的信息发生了什么?
01:06:02你还能找回这些信息吗?
01:06:04当人们开始进行一些数学计算时,
01:06:07他们注意到一个非常有趣的现象。
01:06:09如果假设黑洞是二维的,
01:06:11一切似乎都会运作得更好。
01:06:15现在,黑洞实际上是三维物体。
01:06:17你知道,
01:06:18很多时候它们被描绘成像东西掉进排水管一样,
01:06:21但基本上你有一个球体,
01:06:22那就是无法返回的点。
01:06:24黑洞周围的引力如此强烈,
01:06:26如果你离它这么近,
01:06:27就永远无法再出来。
01:06:29这就是黑洞的事件事件。
01:06:31所以,
01:06:32与其假设它是黑洞周围的一个球体,
01:06:35不如说它开始表现得像一个二维表面。
01:06:39如果它是二维的,
01:06:40那么原本三维的东西就变得更容易理解了。
01:06:44像科学家们常做的那样,
01:06:46他们想,
01:06:46好吧,
01:06:47如果这对黑洞有效,
01:06:48那它是否在告诉我们关于宇宙其他部分的一些信息?
01:06:50这可能是现代物理学中最重要的新革命之一,
01:06:54物理定律可能会运作得更好,
01:06:57甚至可能协同运作,
01:06:59如果你假设我们的现实实际上是二维的,
01:07:04你环顾四周,
01:07:05空间中似乎不止两个维度,
01:07:07还有时间。
01:07:08那会如何运作?
01:07:10全西图的例子被提了出来。
01:07:13你知道,
01:07:13我仍然记得在1980年代参观全西图博物馆的情
01:07:16景。
01:07:17啊,
01:07:17全西影像确实非常新颖且令人兴奋。
01:07:20全西影像仅由二维胶片或玻璃块构成,
01:07:24但当你凝视它时,
01:07:26却呈现出三维立体感。
01:07:30更神奇的是,
01:07:31我记得有一个全西影像被放置在基座上,
01:07:34当你绕着它走动时,
01:07:36里面似乎有人在移动并向你挥手。
01:07:39如果你注视着全西影像,
01:07:41会看到运动甚至时间都嵌入在这二维表面上。
01:07:46这就是他们所说的全西原理的含义。
01:07:49它并不意味着有人制造了全西影像,
01:07:52也不意味着我们是某个邪恶天才投射现实的一部分。
01:07:57全西原理的真正含义是,
01:08:00宇宙可能以类似于全西影像的方式存储能量和信
01:08:04息。
01:08:05如果这是真的,
01:08:06并且我们确实嵌入在这个二维宇宙中,
01:08:09那将产生相当惊人的影响。
01:08:12这可能意味着时间的每一个点都同时存在。
01:08:17你知道,
01:08:18我们关于事物在变化,
01:08:20我此刻正在移动,
01:08:21时间单向流动的想法。
01:08:24可能就像有人走过全西影像时,
01:08:26感知到图像在移动一样。
01:08:29这可能不是真实的。
01:08:31一个惊人的观点是,
01:08:33空间本身的延伸和时间的实际流动
01:08:36可能并非宇宙固有的真实部分。
01:08:42它们可能是我们人类大脑感知世界的方式,
01:08:45但实际上存在一个更深层的现实,
01:08:48在那里这些并非如此。
01:08:50我们称这些为涌现属性。
01:08:52这不是真实的故事。
01:08:53全西图并不会真正移动。
01:08:56全西图并非真正的三维,
01:08:58但通过我们的感知,
01:08:59它看起来是三维的。
01:09:01这是一个惊人的观点,
01:09:03整个宇宙以某种信息表面的形式同时存在。
01:09:08这就是全西图并非。
01:09:09它目前运作得相当好。
01:09:11我无法告诉你它是否真实,
01:09:13是否真的存在某种我们认为是宇宙的二维实体。
01:09:18所以,敬请期待。
01:09:20在Darren做这件事的时候,
01:09:21我想当时存在一种争论,
01:09:23一方是圣经派人士,
01:09:24他们认为地球只有几千年的历史,
01:09:26而科学家们则说,
01:09:27哦,不,不,
01:09:28它肯定有数百万年的历史。
01:09:30作为天文学家的一个特点就是,
01:09:32你总是要处理非常非常大的数字。
01:09:34我的意思是,
01:09:35有些数字简直大的离谱。
01:09:36但即使是像一百万是多少这样的问题,
01:09:39对吧?
01:09:40十亿又是多少?
01:09:41人类的大脑,
01:09:42我并不比其他人更能真正理解这些。
01:09:45人类的大脑就是无法处理这些概念。
01:09:48相反,
01:09:48你会发现自己逐渐习惯于在一个环境中思考,
01:09:52而这个环境中的概念你的思维无法完全把握。
01:09:56就是做不到,
01:09:57我无法告诉你一光年有多远。
01:10:00我的意思是,
01:10:01一光年,
01:10:02你知道,
01:10:02就是光在一年内以每秒十八万六千英里的速度行
01:10:05进的距离。
01:10:06这个距离接近大约六万亿英里。
01:10:09我实际上无法真正想象或感受这个距离。
01:10:14然而对我来说,
01:10:15光年这个概念似乎非常熟悉,
01:10:17而且实际上相当接近。
01:10:18所以,
01:10:19这也许是天文学家几乎天生就能放下常识的原因
01:10:23之一。
01:10:24当人们说,
01:10:25中子星内部非常致密,
01:10:27你知道,
01:10:27一茶匙的那种物质质量相当于珠穆朗玛峰时。
01:10:37这就像,
01:10:38好吧,
01:10:39物理定律基本上要求这样。
01:10:41或者当人们说宇宙大爆炸后三秒的温度时,
01:10:45我们的物理学确实能够预测那个。
01:10:51所以我认为,
01:10:52当你开始在这些巨大的数字中遨游,
01:10:55并开始放下人类心智是万能的想法时。
01:10:59你知道,
01:10:59我们拥有这些工具来开始处理更大的问题,
01:11:03开始提出更大的问题。
01:11:04突然之间,
01:11:05说这样的话变得非常自然。
01:11:07哦,
01:11:07是的,
01:11:08你知道引力实际上是时空的弯曲?
01:11:10令人惊讶的是,
01:11:12这最初完全是理论性的。
01:11:15你知道,
01:11:15人们认为爱因斯坦的理论非常有用。
01:11:18我的意思是,
01:11:19他们对行星如何运动,
01:11:21宇宙如何运作,
01:11:22做出了极其精确的预测。
01:11:24但时空可以弯曲这一事实,
01:11:26是否真的具有现实意义?
01:11:28我是说,
01:11:29字面意义上,
01:11:30我面前的空间,
01:11:31我周围的空间和时间,
01:11:33可以改变和弯曲,
01:11:34甚至具有方向性。
01:11:36事实证明,
01:11:37你知道,
01:11:37我们的理论在很大程度上,
01:11:39确实引导我们走向了某些真正物理上真实的东西。
01:11:43而你知道,
01:11:44现在人们问我这样的问题,
01:11:46是否存在多重宇宙?
01:11:47宇宙的形状是什么?
01:11:49你知道,
01:11:49更大的宇宙,
01:11:50所有这些都是奇妙的问题,
01:11:52而我们目前还不知道答案。
01:11:54但我有种感觉,
01:11:56这并非只是在浪费时间。
01:11:58我认为,
01:11:59随着时间的推移,
01:12:00其中一些更奇特的理论会自我证实。
01:12:02我们只需要等待。
01:12:03现在,
01:12:04我觉得立刻全盘接受这些观点还为时过早。
01:12:07假设存在许多,
01:12:08许多多重现实,
01:12:10那么,
01:12:10物理学将如何运作?
01:12:11这仍然有太多推测,
01:12:13让我难以投入大量精力。
01:12:16你知道,
01:12:16我仍然记得,
01:12:17你知道,
01:12:18仅仅在两千年前,
01:12:19除非有像亚里士多德这样才华横溢的人,
01:12:22他们提出了所有行星都必须围绕地球中心在完美的
01:12:25球形轨道上运行的想法。
01:12:26他们位于这些水晶球体上,
01:12:28这些球体以某种方式移动,
01:12:30你知道,
01:12:30一直到文艺复兴时期,
01:12:32人们都在试图弄清楚这些水晶球体是如何运作的,
01:12:36以及它们是如何被支撑的。
01:12:38嗯,
01:12:38结果证明根本没有任何水晶球体。
01:12:40作为一个观测科学家,
01:12:41我内心总有一部分在说,
01:12:43你知道,
01:12:43目前对一切都要持保留态度。
01:12:45哦,
01:12:46我是说,
01:12:46空气软弹有一个优雅美妙的系统。
01:12:48我是说,
01:12:48人们直到文艺复兴时期都喜爱它,
01:12:50对吧?
01:12:51只是我们的观测结果,
01:12:52未能证实它。
01:12:55它如此美丽,
01:12:56人们不舍得放手,
01:12:57但不幸的是,
01:12:58太阳系并非如此运作。
01:13:01我们当然要追寻这些问题,
01:13:03但我还不确定是否准备好深入探索其中任何一个
01:13:06兔子洞。
01:13:07我喜欢思考它们,
01:13:09但我觉得现在就追踪它们可能的最终去向,
01:13:12或许为时过早。
01:13:14因此,
01:13:14今天的人们拥有现代物理学引领我们提出的所有这些奇
01:13:17妙问题。
01:13:18比如,
01:13:18我们感知空间和时间的方式是真实的吗?
01:13:21这甚至是一百年前的问题。
01:13:22阿尔国特、爱因斯坦曾说空间和时间可以弯曲。
01:13:25时间本身可以停止。
01:13:27还有像全息原理这样的概念。
01:13:30我们的整个宇宙是否可能是一种嵌入在二维表面上
01:13:34的信息结构?
01:13:36这些都是惊人的想法,
01:13:37它们可能最终被证明具有某种物理真实性。
01:13:40我们目前还不太确定。
01:13:42但有时人们会说,
01:13:43你们科学家是不是都疯了?
01:13:46你们怎么能如此轻易地摒弃时间有方向或空间是真实的
01:13:51这种观念?
01:13:52要成为一名科学家,
01:13:54你必须深刻接受的一点是,
01:13:56你的感官,
01:13:57人类的大脑,
01:13:58并不是感知整个宇宙的最佳工具。
01:14:05我的意思是,
01:14:06让我们举一个简单的例子。
01:14:07存在许多许多种颜色的光,
01:14:10我们的眼睛对这些光的能量并不敏感。
01:14:14比如伽玛射线,
01:14:15X射线,
01:14:16紫外线,
01:14:17无线电波。
01:14:18这些都只是我们眼睛看不见的不同颜色。
01:14:21宇宙中存在的颜色,
01:14:22并非为人类身体感知而设计。
01:14:25而当涉及到心智,
01:14:27大脑时,
01:14:29想想我们周围那些令人难以置信的生物。
01:14:32我的意思是,
01:14:33你知道,
01:14:34想想一只蚱,
01:14:35一个进化的奇迹。
01:14:36它拥有大脑,
01:14:37它拥有中枢神经系统。
01:14:39但你能教会一只蚱样子力学,
01:14:42或广义相对论吗?
01:14:43你知道,
01:14:44它能创作交响乐或写小说吗?
01:14:46它根本做不到。
01:14:47我是说,
01:14:48炸猛的大脑根本没有那种复杂度来完成这些事。
01:14:51炸猛无法感知那些事物。
01:14:54那细菌呢?
01:14:55细菌甚至没有大脑,
01:14:57但当然,
01:14:57地球上绝大多数生命按质量计算仍然是细菌。
01:15:01你必须保持谦逊,
01:15:03并提醒自己,
01:15:04人类大脑感知宇宙真实方式的能力,
01:15:08可能就像炸猛感知量子力学的能力一样遥远。
01:15:13我们并非感知的终极存在。
01:15:17宇宙并非为人类心智可理解而设计或建造。
01:15:22我们仅通过心智可吸收及其运作方式的过滤器,
01:15:26窥见其微小部分。
01:15:29因此,
01:15:29我们认为确实存在空间与时间这样的事物。
01:15:31我们实际上认为存在过去、
01:15:34现在和未来,
01:15:35而事实上可能并非如此。
01:15:38这可以追溯到伽利略时代。
01:15:40伽利略所处的时代,
01:15:42人们认为地球必须是中心。
01:15:45上帝创造了它,
01:15:46所以上帝必定将地球置于中心。
01:15:49但后来被证明地球围绕一个更大的物体,
01:15:52太阳运行。
01:15:53我认为更美妙的是,
01:15:55伽利略最让我喜爱的观察之一是,
01:15:58当他发明小望远镜时,
01:16:00他仰望天空,
01:16:01意识到天空中存在肉眼无法看见的星星。
01:16:05天空中有星星,
01:16:07除非通过望远镜,
01:16:08一种技术工具,
01:16:09否则我们无法看见。
01:16:11问题是,
01:16:12如果宇宙是为人类观察和感知而设计的,
01:16:16那它为何要这样做?
01:16:18为何会有距离太远,
01:16:19光线太暗逸,
01:16:20至于我们无法看见的事物?
01:16:22为何宇宙的部分如此怪异,
01:16:24如此难以理解,
01:16:26且如此不合常理?
01:16:29老实说,
01:16:30为何它不能是别的样子?
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