按照卡爾達肖夫指數,宇宙文明共分三級,第一級是行星文明
按照卡爾達肖夫指數,宇宙文明共分三級,第一級是行星文明,能夠完全開採行星和附近衛星的能源。目前人類文明只能算0.73級,畢竟我們的可控核聚變和登月工程都還費勁。
第二級是恆星文明,就是說在恆星系內任何穿梭,所有的行星和衛星不是旅館就是家園,已經實現初步的星際旅行。第三級是星系文明,可開發整個星系的所有能源,包括恆星的核聚變,黑洞的暗能量,甚至湮滅的反物質等。
對人類而言,這種級別的地外生命確實算得上神級文明,如果他們降臨地球,首先的是這些大神未必會和我們溝通,地球這種小行星的能源他們不會看在眼中,人類不過是蟲子般的存在,建築的房屋和螞蟻的巢穴沒啥兩樣。好奇的天外來客可能會用殺蟲劑將我們徹底抹掉,也可能會關在太陽系這樣的培養皿中,用光速當作枷鎖。
其次,即使大神肯和人類溝通,科學家自然會詢問宇宙的奧義,可就像人類向螞蟻講述地球圍繞太陽轉,太陽圍繞黑洞轉圈一樣,即使對方說出宇宙真相,我們也完全不能理解。最後,假如神級文明甘願幫助人類提升科技,助力我們達到星際文明的水準,當我們對大神構成威脅,他們會不會直接丟過來一個光子或二向箔,人類能逃過被降維打擊的命運嗎?逃不出的宇宙
現代宇宙學始於20世紀初,此前人們一直堅信:宇宙的疆域是無限的,時間是無休無止的,空間是無窮無盡的。1929年,美國著名天文學家埃德溫·哈勃對「旋渦星雲」進行觀測後發現,所有星系都在離我們而去,而且「逃離」的速度越來越快。至此,結合科學的研究手段和充分的證據,不少科學家開始相信宇宙正在不斷膨脹。
137億年前的故事
宇宙正在不斷膨脹?是的!宇宙並不是一成不變的,而是在不斷地變大,它的疆域正在向四面八方擴張。宇宙到底是從何而來的呢?人類的生命都是由一個小小的受精卵開始的,那麼宇宙的起點究竟在哪裡?
如果我們追逐著宇宙的腳步溯源而上,我們就會發現,宇宙應當是從某個體積更小、密度更大的狀態變化而來的。換句話說,宇宙也應該和我們一樣,有一個從「受精卵」開始的進化過程。
1946年,美國天文學家伽莫夫提出「宇宙大爆炸」理論。伽莫夫認為,在宇宙誕生之前,既沒有時間,也沒有空間,更沒有物質,但卻充滿了能量。大約在137億年前,在這片虛無混沌中,一個體積無限小、質量無限大的點爆炸了,宇宙隨之誕生。大爆炸開啟了空間,也創造了時間、星體、空氣和水,而生命和物質就由能量轉換而來,在這個不斷膨脹的時空里逐漸形成。
每分每秒,地球都會接收許多來自宇宙中的光線,而目前到達地球最「古老」的光線就是137億年前出現的宇宙背景輻射。在宇宙誕生之初,距大爆炸約40萬年後,宇宙仍是一顆灼熱、高溫的火球,並發射出耀眼的光芒,而這些光芒就是宇宙背景輻射,是大爆炸的餘光。
宇宙如何膨脹
按照宇宙大爆炸的理論,宇宙的持續膨脹是毫無疑問的,各種星系和其他天體彼此高速遠離而去。因此,宇宙物質將變得越來越稀疏,密度也越來越小。如果真是如此,我們的宇宙終將變得「空空蕩蕩」。於是就有一種理論認為:當宇宙膨脹使星系之間的距離變得足夠「遙遠」的時候,就會有許多新的物質從「虛無」中被創造出來,彌補出現的「間隙」,以保持宇宙物質的應有密度,不過這種猜想完全違背了物質守恆定律。那麼,宇宙到底是如何膨脹的呢?
利用數學方式提出宇宙模型的第一人——俄羅斯科學家亞歷山大·弗里德曼,結合愛因斯坦的相對論,提出了自己的想法:一個時間不發生變化的空間,即靜止的宇宙是不存在的。隨著時間的推移,空間要麼變大,要麼縮小。弗里德曼對這兩種情況進行了分析,最終總結出宇宙膨脹的三類情況:
第一,當整個宇宙的密度很大時,萬有引力也很大,因此星系退行的速度會不斷減慢直到逐漸停止,這也意味著宇宙的膨脹停止了。這個停止的過程不會很久,使宇宙慢下來的力會導致宇宙逆轉其進程,就像反著放電影膠片一樣,宇宙開始收縮,直到成為一點。這種宇宙模型叫做封閉式模型。
第二,宇宙最初的體積為零,一旦開始膨脹,便會不停地膨脹下去,因為宇宙的物質密度不足以提供使它停下來的萬有引力。這就如同人類發射火箭的情景,當火箭耗盡燃料後,如果速度小於第一宇宙速度時,火箭升空的速度越來越慢,最終在重力的吸引下落回地面;如果達到了第一宇宙速度,它就會飛向太空,與地球永久地告別。目前我們在宇宙中觀察的現象是,星系是相互飛離的,類似於第二種情況。這種宇宙模型被稱為開放式模型。
第三,宇宙會如同封閉式、開放式一樣膨脹,此後雖然宇宙也不停地膨脹,但總是在收縮的邊緣徘徊。這種模型被稱為平直式模型。
不論是封閉的宇宙模型還是開放的宇宙模型,抑或是平直式模型,隨著時間的推移,星系的退行速度肯定是會減慢的。然而,生存在膨脹宇宙中的人類根本無法斷定宇宙的模型到底是上述的哪一種。到底宇宙是會永遠收縮下去,還是會在收縮過後又膨脹,抑或是始終在收縮的邊緣徘徊呢?
有限無界的宇宙
目前,越來越多的科學家認為,宇宙並不會無限制地擴大,當它膨脹到一定程度時就會停止,並將這種狀態保持一定的時間長度。
在這種狀態下,宇宙的大小有限,但卻沒有邊界(起點和終點),就如同地球一般。我們都知道地球的表面積是有限的,假如有一個人在地球表面走,不管他走得多遠,也不管是朝哪個方向走,即使是不停地走下去,在地球表面繞了一圈又一圈,他也不會遇到一個邊界。
因此,現代天文學和物理學對這個問題的研究結論是:宇宙是有限卻無界的。但假如在這個世界上,有一雙不在宇宙範圍內的絕對客觀的眼睛,就會看到我們的宇宙的大小是有限的,但我們自己卻永遠也達不到宇宙的邊緣,因為連光線都不能從這個宇宙逃逸出去。在宇宙的邊緣,光在盡一切努力逃走,但終究會被引力吸引而留在這個空間內。即使我們有光速的飛船,但當我們駕駛它到達宇宙的邊緣時(假設能夠到達宇宙的邊緣),飛船就會開始變慢,我們只能在宇宙的邊緣徘徊,但我們根本感覺不到。在宇宙邊緣這個扭曲的空間里,即使一直朝一個方向飛行,飛行路線從其他空間看起來也是彎曲的,我們只會一直在宇宙的最遠處環繞飛行。
說到這兒,你是不是感覺我們所在的宇宙就像是一個巨大的黑洞呢?沒錯!的確已經有不少科學家認為,我們的宇宙就是一個黑洞。而且他們還認為,在這個黑洞之外又是一個更大的宇宙,或者說是一個更大的黑洞,就好像俄羅斯套娃一樣,無休無止,無窮無盡。
宇宙的大小
既然宇宙是有限的,那麼宇宙的大小應該是可以測算的。想要了解整個宇宙的大小和模樣,就要先知道宇宙的曲率和形狀。所謂曲率,就是空間的彎曲程度。按一般相對論的理論,空間是有可能彎曲的。但因為空間彎曲的樣子難以想像和理解,我們仍以地球表面那樣的二維面來測算大致的面積和體積吧。
我們知道,實際上我們處於一個三維空間,地球的赤道就是彎曲的,但是,在實際生活中,赤道給我們的感覺仍是一條筆直的直線。因此,我們根本不能真實地感覺地球表面的彎曲程度。同理,對於生活在三維空間的我們而言,儘管知道三維空間是彎曲的,但我們根本感受不到。
不過,我們仍有確認三維空間彎曲程度的方法。在曲率不同的宇宙中,幾何圖形的性質也不一樣。以三角形為例,三角形的內角之和,在不彎曲的空間、即曲率為零的情況下是180°;在彎曲的空間,可能比180°大或比180°小,前者曲率為正,後者曲率為負。
三維宇宙的曲率差異無法用圖象表現出來,但是,如果我們將三維宇宙想像成一個二維的面,則曲率為零的宇宙就是一張長方形的平坦的紙。那麼,曲率為正或負的宇宙空間應該是怎麼樣的呢?曲率為正的宇宙應該類似於球體,曲率為負的宇宙應該是馬鞍形的曲面。不過,由於宇宙有限但卻無界,所以我們根本無法準確預測出宇宙的形狀和曲率,因此我們所有的推測都只是有科學根據的想像而已,更遑論測算宇宙的大小。況且,宇宙膨脹的速度比光速還快,人類根本看不見宇宙的最深處,所以我們只能討論觀測到的宇宙有多大。
根據宇宙大爆炸理論,宇宙是在137億年前出現的,宇宙中的天體是在大爆炸中產生的,也就是說最早的天體誕生於137億年前。根據宇宙在大尺度上是相似的原理,地球理論上能夠接收到來自這些最古老天體的光,因此我們能夠在地球上看到的最年長的天體應當有137億歲了。宇宙一直在膨脹,空間的急速膨脹使距離急劇增大,等到最遠天體的光到達地球之時,它們已經退行至470億光年之外了。因此,人類目前能夠觀測到的最遠天體,應當距離地球約470億光年,能夠觀測到的宇宙的尺度就大約是940億光年了(僅以曲率為零的二維空間測算)。
無窮多的宇宙
當我們知道宇宙是有限的,一定會有人思考下一個問題:宇宙的外面是什麼?
對於這個問題,科學家的回答是沒有「外面」這一說法。當我們在思考「宇宙外面是什麼」的時候,其實是以那裡存在空間為前提的。但是,宇宙的外面不可能有空間,如果在那裡有空間,只能說明那裡仍然處於宇宙的範圍之內。
不過,宇宙是否只有一個呢?
我們所說的宇宙是從「虛無混沌」中誕生的。如果這個說法正確,則意味著從「虛無混沌」中誕生的宇宙極有可能不只有我們所存在的這一個宇宙,誕生無窮多的宇宙也不是沒有可能。
按照物理學家佐藤勝彥的「暴脹論」說法,在引起暴脹的空間中,暴脹結束的區域會像肥皂泡那樣到處出現,這些空間會逐漸變大。但是整個宇宙不可能被這樣的空間佔滿,空間與空間之間的縫隙仍會繼續暴脹。每個空間都會構成一個獨立的宇宙,我們所在的宇宙也許就是這些空間中的一個。
不過,值得我們深思的是,每當一個新的空間出現,就意味著增加一個縫隙,一個新縫隙的出現就意味著又會生成一個新的宇宙。再加上宇宙空間的不斷膨脹,新的宇宙會繼續出現,周而復始,永無停歇。因此,就有科學家認為,在大爆炸之初,只形成了一個母宇宙,但隨著上述過程的重複,從這個母宇宙中又誕生了子宇宙、孫宇宙、重孫宇宙,從而形成了無窮多的宇宙。但是這些宇宙的時空是完全被隔絕的,相互之間沒有物質或光等一切能量的往來。
「多重宇宙論」目前還只是一個假說,人們也還不能證明其他宇宙的存在,更不用說有觀察證據直接予以證明了。不過,已經有一個美國的試驗團隊開始著手探索這一話題的科學性和真實性,或許在未來會給我們一個合理的解釋與答案。編輯:王文軍
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