快乐星球艾克七国语言:木木:黑洞启示录

来源:百度文库 编辑:中财网 时间:2024/05/09 19:37:35

黑洞启示录2010年11月最轰动的科学新闻是,NASA宣布发现地球附近最年轻的黑洞。这个黑洞距离地球五千万光年,它只有30岁,或者确切地说,这位黑洞在五千万年前发出的它30岁时的婴儿照,今天终于到达了地球。据说收看NASA发布会后中国很多观众纷纷表示失望,他们还以为NASA要宣布发现了外星人。

外星人会比黑洞有趣吗?根据霍金几个月前的最新言论,外星生命不但说不上有趣,甚至很大可能是心怀敌意的,它们如果不小心降落在中国,友好热情的中国科学爱好者们很可能来不及伸出手向它们say hi,就已经被激光轰掉了半个头。

而黑洞绝无主观恶意,它对地球人的尊贵生命构成的唯一威胁在于——如果有天你有机会掉入一个黑洞,那么你将像一首名为《加州旅馆》的著名歌曲所唱的那样:you can check out anytime you like, but you can never leave.



事实上无论掉入后发生了什么惨绝人寰的事,有机会掉入黑洞,绝对是宇宙史上最激动人心的事情之一。黑洞充满不解之谜,然而要探讨宇宙的形成、现在以及未来,你无法绕开黑洞。

黑洞事实上是星体残骸。构成一个星体需要两种力的相互平衡,引力将星体物质向内拉,而物质间的内部压力使物质向外分离,两股力的平衡保持星体既不崩溃亦不膨胀,就比如此刻的太阳和地球。但一旦某个星体的核燃料消耗殆尽,核聚变产生的能量消失、内部压力消失,引力将导致物质以极快速度向内崩坍,最后当巨大的物质被压缩到可能只有一个城市那么大,黑洞形成了。

所以黑洞是巨大的质量压缩在极小的体积中。比如太阳质量的恒星要成为黑洞,就需要把它由现在的半径70万千米压缩到半径只有3000米,而一茶匙这样压缩过的太阳,就有珠穆朗玛那么重;地球要做成黑洞,更得把它挤压成一个半径不足两厘米的小球。正因黑洞内部引力如此大,它会把周围所有物质吸入黑洞中心,甚至号称宇宙中速度最快的光都无法逃离,因此被称为黑洞。

掉入黑洞后会发生什么?黑洞有一个关键的类似膜的东西,被称为“事件视界”,在“事件视界”之外物质是安全的,一旦越过“事件视界”,巨大的引力会将你无限拉长,成为一条无限长却没有宽度的线。但如果你保持在视界之外游荡,那么有趣的事情发生了。“一战”时德国天文学家史瓦西在数学上证实:假如星体质量聚集在一个足够小的球状区域,质量除以半径超过某个特别的临界值,此时时空将产生剧烈的扭曲。史瓦西的理论让物理学家有一个奇妙的设想,如果你在黑洞上方找到一根绳子,然后你抓着这条绳小心翼翼地爬过黑洞上方,由于强大的引力会导致时间弯曲,此时你的时间经历会慢下来,当你在地球上的朋友们的钟响过一万次,你的钟可能才响一次,如果你这样在黑洞上方飘浮一年,再爬回飞船,结束这次奇妙的旅行后回到地球你的家,你会发现你的朋友们早已经灰飞烟灭,一万年已经过去了。

根据爱因斯坦的狭义相对论,时间是会膨胀的。运动的物体因为行经的距离更长,它的时间会变慢,我们日常生活中感觉不到,因为我们的运动都以低速进行。假设两人在太空飘浮,他们分开3年后,其中一个决定打开携带的喷气袋去追赶另一个人,他花了3年追上她,但由于他是在加速运动,他的表将比她的慢,他的表显示离他们分手时间过去了6年,但对于她而言,时间已经过去了60年。他走进了她的未来。爱因斯坦后来用广义相对论证明:经历加速运动与感觉引力是一回事,当高速运动时加速会导致时间变慢,同样,更强的引力场,将使时间走得更慢,引力场越强,时间弯曲越严重。所以黑洞在某种意义上能成为时间机器。

那么黑洞真的就像黑店一样一旦入住永不能退房吗?霍金为代表的一派认为一切掉入“事件视界”之后的事物都从我们的宇宙“分离出去了”,这些事物携带的信息也跟着丢失了。然而2008年宾大科学家声称有新发现,他们发现黑洞会辐射,由于辐射必然携带能量,所以黑洞辐射时会慢慢减少质量,即渐渐“蒸发”;随着“蒸发”,黑洞中心到“事件视界”的距离越来越收缩,当黑洞收缩,原来从宇宙中分离出去的部分空间重新回到我们的宇宙舞台,于是奇迹出现——被黑洞吞没的事物所携带的信息,因黑洞蒸发而重新出现了。

当然黑洞吞进去的会不会再被吐出来至今尚无定论,但如果能在不幸掉入黑洞的时刻知道自己很有可能在亿万年后再以另一种形式回到我们深爱的宇宙,还真是一件让人安心的事情。

黑洞理论尚无定论的另一个谜题同样有趣。物理学家已经证明挤压在黑洞中心的巨大质量和能量将导致此处的时空被扭曲成一种无限弯曲状态,这就是时空奇点,这里无始无终,时间走到了尽头。有些物理学家用爱因斯坦方程探索黑洞中心的性质后,发现了一个疯狂的结论:黑洞的中心可能连着另一个宇宙的入口,也就是说,我们的宇宙时间在哪里结束,相连的另一个宇宙的时间就从哪里开始。

所以,宇宙间的确充满了许多比外星人有趣得多、对你的生命威胁也少得多的谜题等待着你去探索。

 

作为偏见的性高潮

上周英国著名播音员斯蒂芬弗赖在twitter上声称“男人喜欢性,但女人生理上讨厌性行为,她们和男人上床只是为了换取男人对这段关系的投入”,弗先生随后遭到各方群众尤其是女群众的猛烈攻击,他抵挡了一阵,最后不得不含泪宣布“twitter(微博)真不好玩儿,我再也不来了”。

Twitter确实是个暴露名人们各种缺陷的好地方。弗赖的缺陷在于他似乎学了点儿生物学,但他错误地把一个严肃的生物学课题用以挑动群众神经为宗旨的大众传播学方式给包装了。



和弗赖发表的见解不同,女人是会有性高潮的,但“女人为什么会有性高潮”的确是生物学上一个至今未有定论的谜题。在生物学上,两性关系是混合两个个体之间的基因,以在后代身上制造基因多样性的一种方式,基因多样是物种进化的基础,无性繁殖(克隆)的产物,所有细胞携带的基因是相同的,克隆产物严格来说并非生命体,是无法进化的。男性性高潮,有其生物学上的目的,因为男人只有高潮才能使精子和卵子结合,完成繁殖目的,而女人却不同,无论是否有高潮,她们都能受孕。按照达尔文的自然选择理论,女性性高潮既然没有生物学意义,是人体多余的功能,那么就应该像我们若干年前拥有的那条尾巴一样,渐渐退化,直至消失。

可事实并非如此,人类是自然界少数雌性在生理上能和雄性一样感受到快感的物种,这有趣的事实几十年来引起无数科学家的兴趣。

生物学上有个定论,即精子是廉价的,但卵子是昂贵的,男性的精子量大易得,而卵子对女性却意味着受孕、长达几个月的怀孕,以及漫长的抚育后代的过程。正因为孕育后代对男性来说不过是一瞬间的释放,于女性而言却是一笔巨大的耗费精力的投资,所以经济学无处不在:女性在繁殖后代方面投资巨大,因此她们择偶时会更加挑剔,而男性倾向于尽量广地散播种子,多样化他们的投资种类。

从此经济学角度出发,美国生物学家阿尔科克认为,性高潮是女性潜意识里对交配对象进行估值的工具,以判断对象体能和心理上是不是一位理想的父亲。另外两位英国生物学家毕生研究得出结论,女性性高潮时更易受孕,尤其是跟长期交往对象之外的男性发生关系时,女性更易高潮以及受孕,所以性高潮是女性提高繁殖率的手段。英国科学家的理论显然是有悖于一夫一妻和谐婚姻制度的,但联想到生物学上那著名的“有25%的男人是在替别的男人养孩子”数据,其样本就来自于一个英国小镇的调查,我们不得不承认:英国人民,他们的理论一直是相映成趣的。

虽然理论各异,生物学家们的基本方向显然一致──女性性高潮有它的生物学目的,性高潮增强女性与高质量交配伙伴的情感联系,或者性高潮是女性满足度的一种信号,女性满足后就不大可能再和其他男性交配,性高潮旨在向男性传递“你让我满足,我会非常忠诚,因此你应该在我和我的孩子身上加大投资”。

但在2005年一本反响较大的生物学著作《女性性高潮:进化学中的偏见》里面,女生物学家伊丽莎白·洛伊德分析了74年间各个领域的32项研究,最后从数据可靠性、样本大小等方面着手,逐条反驳了以上科学家所有关于女性性高潮之生物学意义的论点。洛伊德认为,相对而言有一定说服力的理论是人类学家提出的:在人类胚胎孕育的头八到九周,胚胎的男性和女性特征是平行发育的,此后才逐渐决定性别,而女性性高潮,就是前八周性征平行发育时的残留物。就像男人的乳头,毫无实际用途,它们同样是胚胎发展阶段的遗迹,仅供凭吊。

另一位女人类学家赫尔迪对印度叶猴做出大量研究后发现:雄猴会杀死其他雄性的后代,但是那些和它交配过的雌性生下的孩子则会幸免于难,而雌猴有性快感,目的是为了延长交配时间以使得雄性射精,这样雄性无法确定雌性生下来的后代是否自己的,雌性以此保护后代。赫尔迪由此推论,也许人类女性的高潮,也是我们700万年前的前人祖先为保护后代而发展出的一种生物手段,只是现在已逐渐退化,所以女性性高潮才这么不稳定、稍纵即逝、捉摸不定(洛伊德调查的对象中仅有1/4女性经常体验到高潮,5%-10%的女性从来没有过高潮),而我们若干年后的女性后代,将完全不知道性高潮是什么东西。

在1859年的《物种起源》和1871年的《人类的起源》中,达尔文提出了自然选择之外另一种影响人类进化历程的选择──“性选择”,所谓性选择是指“性”代替“自然”决定哪一种生物学特性将在后代身上传递下去。生物学家巴拉什说:因为精子量大易得,所以男人们生物学上就被决定了“先开枪后提问”的政策,他们对开枪目标并不挑剔,而女人基于投资巨大对交配对象十分挑剔,因此“性选择”由雌性主导。“性选择”分两种,一种是雄性与雄性之间为争夺交配对象进行竞争,具有某种特性的雄性获胜,那么这种特征将有更多机会传递下去;另一种是雄性为吸引交配对象而发展出某种雌性会选择的特性,比如孔雀绚烂的羽毛,是雄孔雀为了吸引雌性而进化出来的特性。

 做你自己的造梦师 

在今年夏天最热门电影《盗梦空间》中,诺兰虚构了一个可以进入他人梦境并在别人潜意识中植入想法的盗梦师,层层叠叠的多重梦境令无数观众着迷,于是看完电影我很想写信给斯坦福大学的斯蒂芬.拉伯格教授,问问他对诺兰塑造的这个了不起的梦有何想法。

斯蒂芬·拉伯格显然是诺兰灵感的源泉,这位心理生理学家是研究“清醒梦”领域的权威,而“清醒梦”的概念,正是《盗梦空间》整部电影的基石。

通常我们以为在梦中我们是无意识的,可电影中的盗梦师在梦中却能知道这是一个梦,这种感觉让我们着迷,但事实上,这其实来源于一个已有近百年历史的精神病学概念-──-“清醒梦(lucid dreaming)”。“清醒梦”概念最早由荷兰精神科医生范伊顿于1913年提出,指的是人在做梦的过程中清楚知道自己是在做梦。在清醒程度高的“清醒梦”中,做梦者明白此刻经历的一切都只发生在脑海中,并不存在真实的危险,自己躺在床上而已。而程度较低的“清醒梦”中,做梦者只能在某种程度上意识到自己是在做梦,他知道自己可以做一些现实中不可能做到的事情,但他无法意识到梦中遇到的人只是虚幻,并以为梦中的危险确实存在。



“清醒梦”和普通梦的区别在于:在程度高的“清醒梦”中,你可以控制你的梦,你甚至可以有意识改变你的梦境-──改变梦中景象,改变你自己,改变梦中人物,就像诺兰的梦境建筑师所做的,你可以为自己造一个你想要的梦。
诺兰的艺术有其科学基础:脑神经学家阿兰霍布森认为,关“这是个梦”的认识,发生在大脑的前额叶区域,这个区域在快波睡眠中是不活动的,一旦做梦者意识到“这是个梦”,这个区域将开始活跃,而要在有“这是做梦”的意识后并不醒来,仍然保持梦境中出现的种种奇景,就需要顶枕交界继续处于活跃状态。

但科学和艺术的区别在于:实验发现,在“清醒梦”中,大部分做梦者意识到这只是个梦后,仍然倾向于做一个被动的观察者,而非像诺兰的主人公一样,成为梦境的设计者、建筑者、侵略者、毁灭者。

事实上,斯蒂芬.拉伯格不会喜欢诺兰有关侵入他人梦境的设想,作为梦境和意识研究领域最了不起的权威,拉伯格最早设计出证明“清醒梦”存在的实验,但他从来不认为进入他人梦境在科学上是可行的,原因在于在“清醒梦”中,由于做梦者事实上是清醒的,他会将醒时精神状态带入梦中,也就是说,即便在梦中,他内心仍然会带有判断,他对即将发生的事情有合理期待,认为一切应该是行得通的。拉伯格本人曾经在一次“清醒梦”中,梦到自己在屋子上空飞,他产生了个想法“我应该去看看那个正睡着的自己”,然后,“啪”,他就醒了。你没法在梦中看到一个熟睡的自己,否则你怎么醒来呢?拉伯格说。他认为做梦和变魔术是有区别的。梦有其边界,我们对梦的控制是有限的。

然而在另一位梦境研究领域的专家,德国心理学家保罗·索利看来,魔术和梦有着微妙的联系。拉伯格曾经和索利做过一次联合访问,索利向拉伯格描述了一个实验。索利在天花板上放一面镜子,直视镜中的形象,想像看到的是自己的后脑勺,直到自己仿佛置身镜中,然后闭上眼,想像镜中自己的后脑勺,随着时间流逝,想像和认知的界限越来越模糊,直到最终感觉自己已经置身天花板上。拉伯格兴致勃勃地听着索利的描述,然后索利说,这个实验其实最早来源于魔术。

诺兰是个魔术爱好者,而科学拒绝给予我们那样天马行空放荡不羁的乐趣,但当魔术师只能在屏幕上给我们造出一个120分钟的梦境的时候,科学家却能提供我们亲自去造梦的可能性。

拉伯格以及其他梦境和意识领域的专家认为,“清醒梦”是可以通过训练得到的一种体验。训练的第一步是你要学会回忆梦境,方法包括第一时间将记住的梦用笔或录音记下来,以及在入睡之前重复“我将记住我的梦”,拉伯格认为你要做到每晚至少记住一个梦。你能回忆梦境的技能越强,你在梦中保持清醒意识的可能性越高。之后,你要训练自己的“现实测试(reality check)”能力。所谓“现实测试”,就是测试自己是否在做梦。《盗梦空间》中的盗梦师在不确定自己是否在做梦的时候,用陀螺和色子来做“现实测试”,而科学家们的方法简单多了:看你的手或者看你脚下的地板,在梦中,你会发现手或地板同清醒时见到的完全不一样;看钟表,然后把头转开,再看,在梦中,你会发现钟表面的时间显示已变;看镜子,在梦中,镜中形象是模糊、扭曲的;读路边招牌,在梦中,招牌上的字会变形。一个人如果能在现实生活中时时训练自己做这些测试,在梦中他将保持这个习惯,那么他在梦中意识到自己是在做梦的能力会大大提高。

只是,做“清醒梦”除了能给我们带来一些满足虚荣心的浅薄乐趣之外,还有什么好处呢?据拉伯格说,梦是一个比现实更宽广的世界,艺术家、创意工作者在物理原理不再适用的梦境中,能得到灵感,甚至科学家,爱因斯坦那伟大的公式,都有一部分是在梦中得到的呢。
隔壁的上帝 

几年前在华盛顿国家美术馆看到高更那幅著名的《我们从哪里来,我们是谁,我们往何处去》。毛姆在《月亮和六便士》中描写高更在成为一个不快乐的艺术家之前,是一个不快乐的股票经纪人,然而看到高更这幅画,你不禁觉得他当初实在应该更谨慎地挑选自己的职业,比如成为一个物理学家,去用毕生精力研究一些有趣然而很可能完全没答案的宏大问题,他一定会过得比在大溪地和未成年少女交往快乐得多。
“我们从哪里来,我们往何处去”,这是物理学家的课题。一位物理学家曾经说:这份职业最好的地方在于——你永远不用担心失业,因为你研究的是穷尽一生也回答不了的问题,于是你常常来不及失业就死掉了。
物理学家的终极问题是:宇宙是怎样形成的。这问题如此有趣,耗尽无数天才的毕生心血。只是至今为止,所有关于宇宙形成的理论,没有一个能完全自圆其说。霍金在他著名的《时间简史》中写道:如果我们能发现一个完整无缺的理论,那将是人类理性的终极胜利,因为从此我们将懂得上帝的心意了。



然而22年后,霍金改变了心意,他显然认为探索上帝的心灵已经并非人类能取得的最伟大胜利。他在10年9月出版的新书《宏大的设计》中写道:万有引力定律的存在使宇宙足以自行形成,没上帝什么事。书还没出,《泰晤士报》就率先刊登节选,霍金再次成为全球媒体热门新闻。

量子物理学家说,你永远无法准确测量月亮,因为你看一眼月亮,都将因此影响它的某种属性,可见对于一个物理学家来说,世间并无偶然事件,一切都是有深意的。于是我难免多心地想:霍金将这本一定会在西方世界引起巨大争议的新书放在9月10日前夜发行,似乎也并非偶然选择。

9月10日对于物理学家,是个有意义的日子。2008年的9月10日,耗资54亿美元的大型强子对撞机(Large Hadron Collider)在瑞士启动。每一个收看过近两年最时尚热门美剧《生活大爆炸》的观众,看到谢尔顿为了能去瑞士参观LHC,怎样卑鄙绝望不择手段,就知道LHC对一个物理学家意味着什么。

LHC对物理学家意味着什么?LHC意味着用粒子对撞在实验室复制宇宙大爆炸,也即宇宙的起源。而粒子以近乎光速的高速对撞有可能产生微型黑洞。而微型黑洞,意味着人类“用微波炉自制蛋糕”、“用易拉罐自制炸弹”等伟大成就将成为历史,我们取得的成就将前所未有,我们从此可以自制宇宙了。

按照此刻接受度最广的宇宙形成学说“大爆炸理论”,宇宙是由最初的微型物质,以一种接近爆炸的方式高速扩展,扩展过程中形成今天的宇宙。那么如何自制宇宙?按照哥伦比亚大学物理教授布莱恩·格林的意见,你可以从一个西瓜那么小的迷你黑洞开始,然后让它在与万有引力相反的“排斥力”作用下扩展,最后你将得到一个和你此刻待的宇宙一般完整完美的新宇宙。

你将成为造物主。你将像上帝创造光创造万物一样创造一切。唯一的不足在于:上帝创造宇宙后,在宇宙待了6天观察它的运行,最后满意地恭维自己“干得不错”,但事实上,你创造的宇宙一旦形成,你将再也无法访问它,无法和它的居民取得联系。那个宇宙将与你毫无干系,除了你创造了它这个事实。

多迷人的理论,难怪物理学家自杀的比例比艺术家低多了。

科幻作家本福德也在他的小说 《宇宙》中描写了一个女科学家,在粒子加速器爆炸后,发现自己站在一片废墟中,手里托着一个棒球大小的新宇宙。

一位物理学家曾经被问:既然这是一个你无法访问无法跟它发生关系的宇宙,为什么要大费周章穷尽无法想像之规模的人力物力去创造它呢?物理学家说:难道你不觉得成为上帝这想法简直令人无法抵御吗?

可见推动人类进步科学发展的,除了人类的好奇心,更有人类的虚荣心。霍金最新有关宇宙以及身处其间的我们是在物理原理下自行形成的理论,可比我们是被一不知名更高级生物创造的,更加不伤我们的自尊。而物理学家更进一步,想有一天能亲自创造新宇宙,也许只是为了满足作为造物主的虚荣心。

霍金新书出版前10天,伟大的科普作家约翰格里宾发表文章《我们是身处一个设计好的宇宙中吗》,格里宾认为:物理学早已证明在我们这个宇宙之外,还有其他宇宙的存在,每一个宇宙都遵循不同的物理学原理,只有我们身处的这个宇宙,如此符合身处其中的人类的要求,按照爱因斯坦的说法,就是“我们的宇宙最难以理解之处在于它的每个地方都是我们可以理解的”,似乎这个宇宙是为人类专门设计的。格里宾因此认为,就像我们在未来的某一天也许可以从一个棒球创造完整宇宙一样,我们的宇宙,也许是一个比我们略为高级的生物种群,从一个西瓜开始,为我们创造的。

在格里宾文章的读者评论栏,一位读者写道:“如果这是真的,那么我们的《圣经》和我们物理课本的第一页都将改写为‘在最初,来自隔壁宇宙的汤姆·迪克和亨利创造了我们的宇宙’,我爱死这个了。”