地球毀滅後,人類去哪裡?(人類宇宙文明3等級) | 科普暢銷書《人類的未來》(火星移民,人類永生,宇宙探秘,星際旅行,宇宙文明,地球毀滅)

除了人類,地球上出現過其他文明嗎? 最近,一些新發現顛覆了人們的認知, 諸如巴西發現的數億年前的核反應堆, 恐龍時代的人類化石足跡等。 這些發現推斷出一個驚人結論, 史前存在著非人類的文明, 人類並不是唯一在地球存在過的文明。 地球形成已經40億年了, 所以之前能發展出其他智慧生命一點也不奇怪。 那麼,這些文明去了哪裡呢? 或許,這些智慧生命以人類無法感知的形式存在著, 或者,這些智慧生命預測到了地球會出現毀滅性的災難, 早早地遷移到了其他星球。 面對如此種種,人們不得不思考, 就像恐龍時代的小行星撞擊地球, 未來地球總有一天還是會出現毀滅性的災難的。 那麼,到時候,人類該如何才能延續我們的文明呢? 你好,歡迎來到天天讀書會, 今天為您解讀的書是人類的未來。 本書作者加萊道雄是美籍理論、物理學家。 本書中依據當前的物理發現, 詳細分析了移民到其他星球的考驗與可能性, 比如怎樣尋找合適的外星移民地點, 怎樣在茫茫宇宙中旅行, 以及怎樣在宇宙中生存。 書中,加萊道雄將以科學理論為基礎, 為我們提供一些應對之策。 在他的設想下,人類的宇宙文明將會經歷三個階段。 首先是在太陽系中移民火星,成為跨星球文明。 第二階段將飛向宇宙中的其他星系,成為跨星系文明。 而在第三階段,人類將會對宇宙的終局發起挑戰, 通過前往平行宇宙的方式成為永恆的文明。 接下來就讓我們跟隨這位頂級物理學家的視角來審視人類的未來。 第一階段,火星移民。 俄國的火箭之父齊奧爾科夫斯基曾經說過, 地球是人類的搖籃,但人不能永遠生活在搖籃裡。 從地球這個搖籃走出後,人類最先面對的宇宙空間就是太陽系。 在太陽系內最適合移民的星球就是火星。 為什麼是火星呢? 因為它離我們足夠近,而且火星環境溫和得多, 火星上有大量的冰,只需要向地下挖幾米,就能找到。 足夠近,且環境相對適宜, 人類可以把火星作為在茫茫宇宙中的第一個落腳點。 那麼,我們怎麼去火星呢? 以目前的載人飛船技術來看, 乘坐阿波羅號去月球只需要三天, 但是去火星的旅程單程就要九個多月,一次完整的往返, 要花費兩年時間。 在漫長的飛行旅程中, 太空的強輻射與閉塞的生存空間會對人的身體與精神產生嚴重影響。 長時間的失重也容易造成骨質疏鬆、肌肉萎縮等太空病。 俄羅斯宇航員波利亞科夫曾創造了在太空中生活437天的世界紀錄, 但是當他返回地球時,身體特別虛弱,甚至只能爬出太空艙。 所以為了火星移民們的安全與健康, 要盡可能縮短飛往火星的航行時間。 也就是說,我們需要更先進的火箭。 衡量火箭性能的重要指標叫做比充量。 比充量是火箭的推力與火箭燃燒時間的成績。 比充量越高,火箭獲得的總動力越大,最終的速度也就越快。 目前,大部分火箭使用的是化學發動機, 這類發動機以葉青、葉陽等化學物質作為燃料。 通過燃燒爆炸噴射出高溫高壓氣體,推動火箭升空, 推力最大的化學發動機可以達到450的比充量。 但這一數值已經接近了化學燃料的能量極限。 想更快地飛向火星,就要開發比充量更高的火箭發動機。 離子發動機是個不錯的選擇, 所謂的離子可以理解為一種帶電的原子碎片, 通過電場可以讓離子加速,並從發動機噴射而出產生推力。 這種發動機的比充量可以達到5000,是現在化學火箭的10倍以上。 與只能燃燒幾天或者幾個月的化學發動機相比, 離子發動機最大的優勢就是一次運行可以持續數月甚至數年, 所能獲得的最終速度也更快。 理論上,離子發動機推動的火箭可以將火星之旅從9個月縮短到40天。 美國國家航空航天局已經研究離子發動機幾十年了。 他們預計在21世紀30年代,也就是十多年之後, 就會使用離子發動機技術把宇航員送往火星。 在快速抵達火星後,就要考慮怎樣在這裡生活了。 既然我們的目標是移民,就不能只想著建幾個小型空間站, 而是要切實的計劃如何在這裡長治久安。 以現在火星的環境,人類想長期生存基本不可能。 這裡的大氣幾乎完全是二氧化碳,而氣壓只有地球的1%, 氣壓越低,液體沸點也就越低。 只要人類暴露在火星大氣中,血液就會開始沸騰。 再有,火星表面十分寒冷,地表平均溫度是零下63攝氏度, 水只能以冰的形式存在。 要想讓人類在火星安居樂業,就必須解決這些問題。 書中指出,最徹底的火星移民策略是在火星大氣層中 引入大量的溫室氣體,從而改造火星氣候。 這個方案聽起來科幻,但可行性卻很高。 在火星引入溫室氣體可以達到一箭雙雕的目的, 一方面可以提高火星大氣密度,使人們不用穿厚重的太空服, 只需要配戴簡單的呼吸裝置和防輻射服,就可以在火星上活動。 第二,溫室氣體帶來的溫室效應,可以提升火星溫度, 從而讓冰轉變為液態水。 那麼去哪裡找這麼多溫室氣體呢? 科學家們打上了太坦星的主意。 這顆星球是土星的一顆衛星,上面含有豐富的甲烷, 甲烷保存熱量的能力比二氧化碳強20倍。 如果我們能用飛船把太坦星的甲烷運到火星, 這些溫室氣體將會捕捉太陽光,穩步提升火星的溫度。 當然,火星與土星的距離也挺遠的,也可以就近捕獲一些小行星。 很多小行星上含有氨,這也是一種高效的溫室氣體。 我們要做的是等待小行星靠近火星,再通過一定的方式, 比如核彈轟擊,讓小行星改變軌跡,從而被火星的引力捕獲。 然後,這些小行星就能將自身攜帶的溫室氣體釋放到火星大氣之中。 科學家計算過,只要將火星大氣的溫度提高6攝氏度, 就可以讓一部分冰開始融化。 而這些冰的融化又會釋放出被凍在冰層中的二氧化碳, 從而進一步提升溫室效應。 也就是說,這將形成一個正反饋過程,火星的加熱會自發持續下去。 咱們前面也提到了,火星上有大量的冰,特別是在兩極地區有大片的冰蓋, 如果溫度升高,將這些冰蓋完全融化, 那麼所得到的液態水,足以在火星表面形成深度10米以上的海洋。 火星變得溫暖,液態水形成海洋, 而火星的土壤中也含有鎂、鈉、鉀等養分,溫度、水、養料都有了。 移民們就可以開始種地了,種什麼也很講究。 有生物學家就想利用基因改造的方法培育一種新型海藻。 這些海藻能在寒冷、稀薄、富含二氧化碳的大氣中茁壯成長,並釋放大量氧氣。 在這些特種植物的幫助下,我們就可以逐步改善火星的大氣成分。 這就是人類的火星移民之路, 那就是駕馭離子發動機火箭奔向火星之後,通過引入溫室氣體,改造火星氣候,再種植植物,釋放氧氣,最終將火星改造成第二個地球。 當然,這會是一個漫長的過程,也許要用幾百年的時間才能讓火星的氣候變得適宜,不過這值得等待。 一旦火星改造方案取得成功,我們就可以把這套經驗複製到更多星球上, 在宇宙中改造出一個又一個新地球。 第二階段,成為跨星系文明。 移民火星只是人類宇宙之旅的一小步,太陽系裡的宜居地點已十分有限。 除了火星之外,其他的幾個太陽系行星都有著或多或少的問題與缺陷。 想要找到更多類似火星這樣適合生存和改造的行星,人類的目光要望向太陽系之外。 這也預示著人類將進入宇宙移民的第二階段,也就是飛向宇宙。 在這一階段,人類所要面對的主要問題是,怎麼在茫茫銀河中找到合適的行星,以及怎麼穿過光年級別的距離到達那裡。 行星本身並不發光,所以很難直接觀察到它們。 那我們要如何發現行星呢? 天文學家會使用各種間接的方法來發現宇宙中的行星。 其中,最常見的是衍星法,這裡的衍是掩蓋的衍。 我們知道,行星都要繞著特定的母恆星運動,比如地球的母恆星就是太陽。 雖然行星不發光,但是它的母恆星卻持續地發光發熱。 每當行星從母恆星前面穿過,就會遮擋部分光線。 如果從地球上觀察一顆恆星的亮度,它可能會呈現出週期性的變暗。 而這種變暗就表明它是一顆行星的母恆星。 通過分析這種光線的變暗,我們就能判斷哪些恆星的周圍存在著行星。 這也就是所謂的衍星法。 一顆地球大小的行星會使像太陽這樣的恆星發出的光減弱萬分之0.8。 這個變化就像一個蚊子從車燈前飛過時的光線變化一樣。 但好在我們儀器足夠靈敏,可以捕捉到這些行星的蛛絲馬跡。 NASA曾經發射過一個名為開普勒的太空望遠鏡。 這臺一噸多重的大設備就是通過衍星法發現了幾千顆太陽系之外的行星。 在人類已經發現的眾多行星中,最著名的也許要屬比林星幣了。 比林星是除太陽外離地球最近的恆星,距離我們4.2光年。 2016年,天文學家發現有一顆行星圍繞著比林星運動。 這就是比林星幣。 它比地球大30%,是已知的離太陽系最近的行星。 更重要的是,比林星幣的運轉軌道是在母恆星的宜居帶內。 也就是說它與母恆星的距離不遠不近,既沒有高溫炙烤的危險,也不至於溫度太低。 所以,比林星幣又成為另一個地球的可能性,它顯然是一個潛在的跨星系移民目標。 知道了可以去哪兒,那我們該如何到達這些光年之外的行星呢? 即使是在前面提到的離子發動機,火箭要去往比林星幣可能也需要幾千年。 所以咱們得有一艘更強大的星際飛船。 為了實現光年級別的星際航行,加萊道雄在書中提供了一個方案,那就是建造反物質火箭。 反物質可以簡單地理解成是普通物質的對立面。 比如普通電子帶負電,而反電子帶正電,普通質子帶正電,而反質子帶負電。 反物質最大的特性就是當它們與普通物質碰撞時,就會發生湮滅,放出巨大的能量。 在這一碰撞中,釋放能量的效率可以達到驚人的百分之百。 相比之下,核武器的能量效率只有百分之一。 反物質火箭的設計原理也很簡單,就是將反物質儲存在特質容器中,通過將反物質與普通物質混合發出大量能量,從而推動飛船。 反物質火箭比衝量能夠達到一百萬到一千萬的級別。 有人估算過,九千克反物質發生湮滅所產生的能量能將一噸的飛船加速到光速的百分之十。 以現階段的人類技術來說,我們已經有能力造出反物質了。 早在1995年,歐洲核子研究室就造出了反氫原子,在這個原子中,一個反電子圍繞著一個反質子運動。 不過想要利用反物質推動火箭,還需要克服很多問題。 首先就是反物質的產量太小了,目前反物質只能用一種名為粒子加速器的超大型設備來製造,每次能造出的反物質數量,也都是原子級別的。 科學家就曾說,如果我們把製造的所有反物質聚集起來,湮滅,也只夠點亮一個燈泡幾分鐘。 真正想像實現用反物質推動火箭需要千克級別的產量,而且粒子加速器的製造和運行成本極高。 反物質的價格也是令人擇舌。 以目前的生產手段,一顆反物質的造價要70萬億美元。 想要為星際飛船積累足夠的燃料,即使是世界最富裕的國家,也要破產了。 不過也有比較樂觀的估計,隨著技術進步,我們有望把反物質的價格降下來,降到一克50億美元。 除了產量和成本,反物質的儲存也是一道坎。 考慮到反物質一旦與普通物質碰到,就會發生爆炸。 如果使用普通的瓶子存儲反物質,相當於是造了個大炸彈,於是人們設計了一種名為彭寧陷阱的設備。 它的內部可以產生磁場,讓反物質懸浮在真空中,從而防止反物質與容器接觸。 雖然困難重重,但是反物質火箭是人類開啟星際旅行的希望,一旦有能力實現光年尺度的航行, 我們就可以抵達一些極為遙遠的星球,甚至飛出銀河系,飛向更廣闊的宇宙,從跨星球文明,發展為跨星系文明。 科學家們相信,當文明進入這一階段,人類將不再有能源危機和資源短缺的困擾。 小行星撞擊,火山噴發,甚至恆星熄滅,也頂多是對局部的人類分支產生有限的影響。 我們目前能夠想像到的所有災難都無法摧毀人類的文明瞭。 此時我們要面對的唯一敵人將是死亡。 這裡不只是人類個體的死亡,也包括整個宇宙的死亡。 人類如何實現永生?如何超越人類以及宇宙的壽命極限,讓人類文明實現真正意義上的永恆呢? 想像一下,你要去一個遙遠的星系出差,而你的目的地離地球數千光年,即使用反物質推進的星際飛船也要幾萬年才能抵達。 對於跨星系文明來說,這將會是家常便飯,因此足夠長壽,對於星際生活來說十分必要。 為了克服星際旅行的漫長時間,學者們提出了很多方案,比如通過極速冷凍的方式把人凍起來,讓細胞休眠,到了目的地再解凍。 現如今已經有公司可以提供人體冷凍的服務了,只不過尷尬的是,還沒有公司能夠提供喚醒服務,這些冷凍者最終能否被喚醒仍是個未知數。 另一種熱門的方案,就是把人改造成半機器人,只要按時更換零件,就能保持身體機能。 當然,最直接的方法還是讓人避免死亡,獲得永生。死亡的本質是身體細胞逐漸衰老並喪失機能。 目前學界有一種流派,打算從細胞層面入手,來實現人類永生的夢想。 細胞中存在著記載遺傳信息的染色體,在染色體的頂端,有一小段DNA和蛋白質的複合體,就是所謂的端粒細胞。 每分裂一次,染色體也跟著分裂一次,這個過程中端粒會不斷縮短,當端粒變得非常短甚至消失時,染色體就會發生崩壞,細胞也隨之開始衰老甚至死亡。 為了讓細胞保持健康,有科學家將希望寄託在一種叫做端粒酶的物質上。 端粒酶可以對端粒進行修復和延長,從而避免細胞分裂所帶來的端粒損耗。 有研究發現,將特定的細胞沐浴在端粒酶中,它們的分裂次數大幅增加,細胞的壽命也大大延長。 雖然很多研究還處於早期探索階段,但這似乎讓我們看到了永生的一線可能。 除了肉體的永生,還有另一種永生方式叫做數字化永生。 通俗來說就是把我們的意識上傳到電腦,從而擺脫肉體的衰老。 而為了提取人類的意識,美國正在開展一項名為腦計劃的研究。 人類的大腦包含一千億個神經元,每個神經元又與大約一萬個神經元相連。 腦計劃的目標就是,一個細胞一個細胞地繪製出這些神經元的連接結構,從而將整個大腦數字化。 也許在22世紀,我們可以擁有一幅完整的大腦地圖,它將包含我們所有的記憶、情感甚至個性。 有了這幅地圖,我們就能把自己的意識在電腦中繪製出來,並把它變成一股信息流。 而信息能夠通過激光束的方式進行傳輸,到時候你的意識將會騎著一道光,一秒鐘就能到月球,幾分鐘可以到火星,四年左右你可以參觀4.2光年外的比林星。 更重要的是,根據相對論的推導,在以光速飛行時,你自己的時間是靜止的。 從你的角度看,這次旅行將會是瞬間完成的。 一旦你的光束到達遙遠的目的地,其中的信息就會被下載到一個機器人中。 藉由這個軀體,你能暢遊任何一顆星球。 這種激光、傳送意識的方式可能是到達遙遠星球最方便快捷的途徑。 在未來,也許我們會建起一條巨大的激光傳送高速公路。 每當在我們仰望星空,會看到數萬億個靈魂正在星辰間穿梭。 無論是延長細胞壽命還是意識數字化,這些科技的發展,讓很多人樂觀地相信,人類終將擺脫死亡的陰霾。 然而,不只有人類會死亡,我們身處的這個宇宙其實也有著壽命極限。 數百億年後,宇宙會以怎樣的方式謝幕? 第三階段,成為跨宇宙文明。 學者們有很多猜測,有人認為宇宙會逐漸冷卻,所有的恆星不再發光。 隨著全宇宙的溫度降到絕對零點,所有的分子都停止運動。 在另一種可能的結局中,宇宙會漸漸收縮,恆星相互靠近,溫度急劇上升。 當所有的物質擠壓在一起時,將會再次上演開天闢地的大爆炸。 在面對宇宙終結之時,渺小的我們難道只能坐以待斃嗎? 其實不然,我們或許還有一線生機,那就是前往平行宇宙。 物理學家推測,在我們所生活的這個宇宙之外,很可能還存在著其他宇宙,也就是平行宇宙。 只不過這些宇宙的物理定律可能跟我們的相同也可能不同。 平行宇宙的概念充滿了想像力和可能性,因此也成為了科幻作品中常出現的元素。 在很多電影或小說中,進入平行宇宙的目的是拯救世界或者營救心愛之人。 但實際上,平行宇宙的價值更加宏大,因為它能幫人類逃離當前這個宇宙的終極命運。 加萊道雄相信,平行宇宙是存在的,真正的問題是我們如何抵達那裡。 這就要藉助蟲洞作為我們的逃生通道了。 蟲洞這個概念最早由物理學家路德維希·弗萊姆提出。 在20世紀30年代,愛因斯坦與納森·羅森又對蟲洞理論進行了完善。 因此,蟲洞也有另外一個名稱叫愛因斯坦·羅森橋。 那麼蟲洞到底是什麼呢? 起初它被認為是宇宙中連接兩個不同時空的狹窄隧道,通過蟲洞,我們能夠瞬間進行時空轉移。 不過也有學者認為,蟲洞還是連接平行宇宙的電梯。 想像一下,把兩張紙彼此平行地放在一起,然後用鉛筆在紙上鑽一個洞,把它們連在一起。 這兩張紙就是兩個平行宇宙,而蟲洞就如同這個鉛筆鑽出的洞。 沿著蟲洞,我們就可以進入到另一宇宙之中。 不過,想要開啟蟲洞,實際操作起來可沒那麼簡單,我們至少要掌握普朗克能量。 普朗克能量被認為是單個粒子所能達到的能量上限。 在數值上,普朗克能量等於10的27次方電子伏特。 但是要注意了,要想打開蟲洞,我們必須把這些能量集中到宇宙中最小的粒子上。 根據學者們的推測,只有宇宙大爆炸或者黑洞的中心能達到這個能量規模。 那麼,人類該如何讓粒子達到普朗克能量呢? 還記得在講反物質時,我們提到的粒子加速器嗎?我們可以用這個設備來試試看。 現在,世界最大的粒子加速器坐落在瑞士日內瓦附近,地下100米深處。 它的組成包括一條周長27公里的圓環形管道,以及周圍環繞著的巨大磁場。 人們把粒子注入到抽成真空的管道裡,然後耗費相當於整個日內瓦的電量驅動磁場,讓其對粒子進行加速使用。 這個又是一來最宏大的科學裝置,人類能讓粒子達到的最大能量卻只有普朗克能量的100萬億分之一。 顯然,我們還差得太遠,如果人類的文明足夠先進,也許能在太空中建造一個太陽系大小的粒子加速器。 因為外太空的真空條件比地球上的任何真空都更好,所以這個超級大的加速器根本不需要管道,它所需要的只是沿著設計好的路線,精心佈置一系列巨大的磁場站,讓粒子樹沿著環形路徑持續運動。 你可以想像成粒子在參加一場接力賽跑,當它們經過磁場站時,這些粒子就會被磁場加速,並進入下一個磁場站,於是會有越來越多的能量注入粒子樹中,直到它到達普朗克能量。 我們將這些能量集中在一個點,就能打開一個影響平行宇宙的蟲洞。 能夠開啟蟲洞,也就意味著我們有了開啟平行宇宙的鑰匙,當然,只有鑰匙還遠遠不夠。 仍然有很多關鍵問題需要學者們去解決,比如怎麼維持蟲洞的穩定,如何讓蟲洞通向適合我們的宇宙等等。 不過此時的我們還是可以大膽地暢想一下,通過蟲洞,我們可以選擇進入一個年輕的新宇宙作為家園。 在這個新宇宙中,原子可以穩定地存在,恆星可以形成新的行星系統。 如果真能如此,那麼當下這個宇宙的死亡並不是結局,反而是另一個全新故事的開始。 人類在成為宇宙文明的發展中,暗藏著一條主線,就是我們可以利用的能量越來越多,從化學火箭到離子發動機,從反物質到普朗克能量。 有了能量,我們的腳步就能達到更遠,從太陽繫到銀河系再到宇宙的盡頭,甚至抵達平行宇宙。 人類的文明跨越星球,跨越星系最終成為永恆,這將是一幅難以想像的宏大圖景。 到這裡,《人類的未來》這本書就解讀完了。聽了這本書後,你有什麼收穫或感想呢? 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