[中配]揭示物理學的發現：重力不是力量

如果我們真的想成為一個先進的文明 圍繞太陽建造戴森球只會是第一步 稍後我們將通過在整個銀河系周圍 建立運輸網絡來進行殖民 然後我們將履行到其他信息 把整個宇宙變成我們的後院 這些是人類需要採取的措施 以便在著名的卡爾達肖夫尺度上向上移動 將需要更多的能量和顯著的技術突破 然而所有這些都無關緊要 除非我們滿足一個至關重要的條件 否則我們的擴展將永遠無法成為現實 要想至少有一絲機會突破地球 我們必須馴服這股神祕力量 它此刻正在影響著你和整個宇宙 儘管科學有影響力 科學家們仍然不知道它到底是什麼 這種現象的名稱是重力 聽起來難以置信 但當我們開始揭開它的祕密時 我們將毫不費力地開始攀登卡爾達肖夫等級 但是重力究竟將如何幫助我們征服宇宙並超越它呢? 想像一下 你一天的開始是在環繞太陽的巨大戴森球上參觀 幾個小時後 你在一個俯瞰火星的空間站享用午餐 晚上 你和朋友們去木星的衛星歐羅巴冰釣 對我們來說 這是一個夢想中的場景 而對於代表卡爾達肖夫等級二型文明的公民來說 這只是一個典型的週末 好吧 至少我們已經開始朝著這樣的未來邁進 而研究重力是我們在這裡的主要動力 第一個揭示這一自然力量的人 是艾薩克·牛頓爵士 蘋果掉不掉在他頭上無所謂 真正重要的是他在1687年發表的著名研究 並給世界帶來了萬有引力定律 那是個精彩的洞見 但它帶來了一個無法解決的悖論 地球不僅吸引表面的物體 還對月球、太陽和遙遠的行星產生引力 儘管它的影響並不強 但它是如何在太空的空曠中傳播的呢? 牛頓本人公開稱這種引力特性是如此荒謬 以至於最好是不去考慮它 然而他的公式運作得非常完美 在他的幫助下 1847年分析了天王星軌道中的異常 並計算出尚未被發現的第八顆行星海王星的軌道 他的計算出奇地準確 然而在19世紀末 人們發現這個眾所周知的天體水星 根本不遵循牛頓的引力定律 其軌道表現出與之相悖的情況 在太陽附近 重力本身似乎運作得非常不同 阿爾伯特·愛因斯坦是第一個敢於說 是的,他確實如此的科學家 根據他的相對論理論 重力不是一種力量 而是物體周圍時空結構彎曲的結果 與其他行星不同 水星位於太陽引力井的深處 這就是它的軌道如此奇特的原因 這一發現使愛因斯坦的廣義相對論成為關於重力的主導理論 他幫助NASA將人類送上月球 並解決了重力輔助的細節 使得旅行者探測器能夠抵達我們太陽系最遙遠的行星 但有時,這種經典數學也會帶來驚喜 1990年,NASA的工程師注意到 在旅行者號探測器之前 發射的先鋒10號和先鋒11號探測器 在接近太陽系邊緣時都開始減速 氣體洩漏與不可見暗物質的影響有關 但沒有一個能夠完全解決先鋒異常 看起來遠離太陽的地方 其引力井比我們想像的更深 此外,即使是NASA手中的超級強大計算機 也仍然無法最終破解無法解決的三體問題 即如何預測三個互相吸引的物體將如何運動 到目前為止,只有天文學家關心這些謎團 但如果我們真的想在卡爾達肖夫尺度上 成為一個二星文明 我們就必須大幅修改我們對引力的數學方法 戴森球或戴森群由各種相互連接的衛星組成 配備太陽能電池板的衛星應當在陽光下遮蔽太陽 並在遭受恆星猛烈風暴時 靈活調整以保持平衡 而這一切都發生在引力井的最深處 如果我們在計算中稍有差錯 我們的太空發電機在生產完成之前就會散架 但是超精確的引力效應預測 對於我們未來的類型二文明 在整個太陽系的發展至關重要 早在2002年,馬丁·洛威 一位來自NASA噴氣推進實驗室的數學家和航天器軌跡專家 提出了一個名為星際超級高速公路的舊概念 本質上這是一個由引力決定的 連接行星和太陽系衛星的不穩定網絡 這不僅能幫助我們節省spacecraft使用的燃料 還能大幅縮短他們的旅行時間 實際上,旅行者號利用了這一效應 但與星際超級公路的真正潛力相比 他們的飛行就像是沿著路邊騎自行車的旅行 我們必須學會如何實時利用整個太陽系的引力效應 那時我們才能在午餐時去火星 晚上在歐羅巴吃晚餐 然而即使是最完美的數學公式 也不足以讓我們邁出通往其他星星 及更遠處的一步 作為一個在地球上的三級文明成員 您可以去銀河系註冊任何天堂星球度假 並通過星際互聯網立即發佈您的冒險照片 這一切都要歸功於我們剛開始理解的微妙引力效應 儘管廣義相對論關於重力本質的預測 在宇宙尺度上得以驗證 但它們在宇宙的另一個層面卻引發了新的悖論 任何原子中的普通電子都有微小的質量 然而根據愛因斯坦的說法 甚至這個質量也應該微弱地扭曲時空 此外電子極高的運動能量 會在時空的結構中產生更明顯的漣漪 進而使粒子更加帶電 這意味著更進一步的扭曲 結果是在瞬間宇宙中每個分子都會發生一次迷你和爆炸 艾爾文、薛定諤、保羅、迪拉克 甚至原子彈之父羅伯特、奧本海默等聰明才智 花費了幾十年時間 試圖將愛因斯坦對重力的理解與量子力學結合 卻一次又一次地遇到無法解決的無窮大 理論有缺陷 但愛因斯坦並沒有隱藏起來 反而準備反擊 1935年他和他的兩位合著者指出 量子力學也會產生一種難以解釋的現象 量子糾纏意味著你可以創建相互連接的粒子 並將它們放在非常遙遠的地方 那麼在你評估狀態後 這種溝通可以克服任何距離並在瞬間發生 實際上快得無法想像 愛因斯坦認為光速是可能達到的最高速度 所以對他來說 這一發現意味著量子力學是誤導性的 儘管量子糾纏在事實證明中是絕對真實的 然而相對論的反對者們 很快又在其本土的空間中 發現了另一個無窮大 黑洞周圍強大的引力場 源自於位於其中心的神祕物體 氣墊 根據公式它的質量極其巨大 同時又是無限小和無限密集的 為了擺脫這個悖論 愛因斯坦在1935年發表了另一篇科學論文 描述了時空的一種相當奇特的曲率 那是一個蟲洞 一種像漏斗一樣的時空隧道 連接著彼此之間任意距離的兩個黑洞 這個想法消除了無限性 儘管在實踐中證明這些隧道的存在是不可能的 此外隨後的數學計算顯示 蟲洞在即使是微小的引力擾動下也會崩潰 更不用說試圖通過它們發送任何物體了 因此隨著希望能解決助力悖論 我們向瞬時空間旅行的夢想揮手告別 還是我錯了 2013年物理學家倫納德·薩斯金德和胡安·馬爾達塞納 重新審視了量子力學與相對論之間長期存在的爭論 並得出了意外的結論 他們問如果蟲洞的本質與量子糾纏的本質 沒有什麼不同 那麼簡單來說 在這兩種情況下 未知的引力效應充當了連接提供者 無論距離有多遠都在持續作用 在2022年由瑪利亞·慈皮·羅伯烏魯領導的研究團隊 使用最強大的塞克默爾量子處理器 進行了一項大膽的實驗 測試了蘇斯金德和馬爾達塞納提出的理論 採用了糾纏量子比特 科學家們試圖創建一個數學複製品 這個物體將結合黑洞之間被困的蟲洞 和量子糾纏粒子的特性 團隊將其命名為全息蟲洞 儘管實際上這是一種高級數字模擬 不久之後物理學家們不僅完成了這個神祕事物的開發 還成功地讓一個粒子穿越了虛擬時空隧道 而沒有將其毀壞 換句話說 如果蟲洞和量子糾纏確實是同樣的東西 那麼這就證明 愛因斯坦關於光速旅行不可能的理論是錯誤的 蟲洞對於卡爾達肖夫等級的三星文明來說 將是一種基本需要 以便在合理的時間內保持聯繫並在銀河系內移動 但即便如此 這也只是將與中立的深刻奧祕 一起為我們開啟的驚人機遇的序幕 如果你是卡爾達肖夫等級上四級文明的成員 你就不需要任何蟲洞來穿越佔據數百萬光年的巨大深淵 當你厭倦了無憂無慮的旅行時 你可以去觀看大爆炸 甚至是宇宙的盡頭 因為時間和空間完全掌握在你手中 這可以通過更深入地探究重力的本質來實現 沒錯 它首先帶來的好處將是一張非常詳細的宇宙地圖 在2022年 約翰霍普金斯大學的科學家們展示了一幅 涵蓋超過20萬個星系的夜空廣闊區域的三維地圖 開頭不錯 但請慢慢規劃致命路線 宇宙的地圖與表面上看起來的不同 地圖上的距離不僅在空間上測量 也在時間上進行測量 換句話說 當我們觀測到一個位於十億光年遠的星系時 我們看到的實際上是它十億年前的樣子 即使一個三級文明成功發現通往那個空間區域的超遠距離蟲洞 它最終仍會落在荒蕪人煙的地方 由於我們的宇宙在指數級擴張 目標銀河系可能會在完全不同的方向上 遠在數百萬光年之外 不幸的是 在宇宙的尺度上光速太慢 無法在真正的長途旅行中 嚴重依賴望遠鏡觀測 此外 在我們的宇宙中 光除了速度外 還有另一個基本限制 在約翰·霍普金斯大學發佈的3D地圖上 這個限制由上邊界表示 這是宇宙微波背景輻射 或稱為穿越宇宙的第一縷光 這是由原始氫原子發出的 大爆炸後的大約37萬9千年 但如果我們想要創建最準確最新的宇宙地圖 就需要進一步探討過去 盡可能靠近大爆炸的時刻 在重力的幫助下 我們可以做到 在21世紀初 LIGO的科學家們 給自己設定了一個雄心勃勃的任務 尋找從未被人們看到過的東西 引力波 愛因斯坦預測 任何具有質量的相互作用物體 都會在時空結構中產生微弱的漣漪 擴散到宇宙的各個角落 LIGO花了13年才探測到引力波 這一事件終於在2015年9月14日發生 源自兩顆巨大黑洞的碰撞 從那時起 LIGO在其他類似的碰撞中 多次探測到這種微弱的光輝 大部分都對普通望遠鏡不可見 因為引力漣漪 可以穿透宇宙中任何障礙物 包括那不可穿透的宇宙微波背景牆 現在整個宇宙充滿了引力波背景 它保存著自大爆炸後最初的幾毫秒起 所有物質相互作用的記憶 包括大爆炸本身 歐洲航天區NASA正在開發LISA太空任務 並希望該設備的激光探測器 能夠至少部分觀察到難以捉摸的引力波背景 如果我們獲得這些信息 我們將能夠創建最完整的宇宙時間軸地圖 並確保我們的四星文明後代 在試圖到達遙遠的星系時 永遠不會迷路 但是等等 他們究竟是怎麼得到這個紅色斑塊的呢 它是詹姆斯尾部太空望遠鏡拍攝的最遙遠的星系之一 Astronomer認為到那個地方的真實距離超過330億光年 這意味著我們沒有機會去那裡 不要忘記宇宙以指數級速度膨脹 所以銀河系遠離我們的速度是光速的幾倍 當我們掌握創造蟲洞的技術時就太晚了 因為數十億個銀河系將永遠消失在宇宙世界之外 除非我們發明基於重力的時間機器 愛因斯坦聲稱黑洞不僅嚴重扭曲周圍的空間 時間也會受到影響 他們的影響如此重大 以至於時間變成了連接黑洞未來與自身過去的循環 因此沿著靠近時間世界的某個軌跡 你可以跳躍到任何你想要的時間點 甚至可以穿越到數十億年前 想像一下一支由三星文明操控的宇宙飛船艦隊 利用重力地圖在鄰近銀河系的中心周圍分散開來 這並不難 這些飛船找到超大質量黑洞 通過它們 它們可以旅行到宇宙膨脹之前的早期宇宙 如果這成真 我們將有機會與遙遠的未來和過去一起殖民 甚至是最偏遠的宇宙角落 誰知道呢 也許當我們看到那個紅色斑點時 實際上是看到了一顆已經被我們遙遠後代所居住的星系 但誰說它們只滿足於一個宇宙呢 閉上眼睛 想像一下你的思維能力足以帶你進入隱藏的維度 讓你在無盡的多元宇宙中暢遊 我再告訴你 你甚至可以在一瞬間創造新的世界 有些人可能會稱你為神 但不 你是卡爾達肖夫等級中的類型物文明的一員 那麼作為你無上的存在 這微不足道的重力是如何運作的呢 如果我們宇宙的四種基本相互作用是超級英雄 它們的力量水平將遠比復仇者聯盟更加不均衡 電磁力的強大相當於一後面跟著三十六個零 這比雷神託爾能做到的要令人印象深刻的多 然而能夠控制強相互作用的角色將會強大百倍 無可阻擋 儘管掌控弱相互作用的女超級英雄影響力可能低到萬一倍 而與她相比 重力小姐甚至都不算是隊伍裡的黑寡婦 這就是因為在總體背景下 她的力量指標等於一 我是說只有一個 後面完全沒有零 這不僅僅是單個原子的直徑與整個可觀測宇宙之間的差異 重力如此微弱 今天早上你僅僅站起身 就已經戰勝了整個星球的引力 科學家們多年來一直為物理力量的層次問題絞盡腦汁 某些解決方案可能讓我們接觸到宇宙的另一面 大多數物理學家認為我們的世界是一個三維空間 加上時間這個額外的第四維度 但天才數學家愛德華威騰並不如此 他將自己的職業生涯奉獻給了所謂的M理論的研究 它不是用極和粒子來解釋所有物理相互作用 而是隻帶微小弦的振動 為了以這種方式描述宇宙的多樣性 威騰需要七個新的空間維度 當被問到我們到底可以在哪裡找到它們時 他和他的追隨者給出了不同的答案 這些維度要麼被壓縮成亞原子層面的微小衝動 要麼就像我們的三維空間一樣存在於宇宙的內部 這讓我想起了怪奇物語中的倒敘世界 儘管這一切聽起來如此不現實 M理論的數學在十一維度下運作得非常完美 但最重要的是重力在這個多層次的宇宙中 是自然而然出現的 此外由於它必須突破七個維度 所以非常好的外部維度來到達我們的三維空間 所以根據威騰的說法 重力就像在大魚中從天花板漏下來的水滴 不幸的是現在沒有辦法測試M理論 也無法探測出重力來源的那些新維度 但屬於類型三和類型四文明的物理學家們 一定會在這方面取得成功 也許他們還會發現重力的真實本質更加複雜 現在宇宙學家們正試圖破解一個無法解決的謎團 宇宙總質量的85%在哪裡 這種物質被稱為暗物質 雖然科學家們對它的本質一無所知 但所有尋找先前未被識別粒子的嘗試都慘遭失敗 但如果我們在錯誤的地方尋找呢 這個問題促使絕望的物理學家們創造了隱藏山谷的概念 意味著一個與我們自身平行且相鄰的完整獨立宇宙 並產生所有可見的引力效應 一些研究者更進一步描述了多重宇宙 在這個宇宙中相鄰世界的氣泡具有截然不同的物理法則 並通過普遍存在的引力相互吸引 無論如何現在我們只是徒勞地尋找線索 希望能解釋這一自然力的悖論 但到目前為止所有這些理論都不一致 然而無論這種最弱解最重要的基本力的真實本質是什麼 毫無疑問它將是我們未來霸主地位和無處不在的關鍵 我還有最後一個問題 奇怪的是這個問題是最容易回答的 2021年加拿大宇宙學家羅伯特·布蘭登伯格提出了一個令人驚訝的簡單想法 用來解釋黑洞內部的無限密度氣墊 這個想法讓大家感到困擾 他說在這個時空的極端點沒有蟲洞的開口 相反那裡正在發生 另一次大爆炸一個新的宇宙正在形成 如果這是真的 未來的文明學會像黑洞附近那樣製造引力井 那將相當於神聖的創造力量 不過還有另一個選擇 未來學家約翰·斯馬特認為 我們的後代將使用極其強大的量子超級計算機 來揭開外層空間的謎團 一旦他們優化了設計和性能 這些機器將與黑洞一模一樣 有了這樣的超級計算機 我們將能夠在家裡模擬整個宇宙 只需坐在戴森球旁的沙發上 但是如果一切已經發生 而我們現在生活在遠未來人類創造的宇宙模擬之中呢 也許他們對往昔那些好的日子充滿了懷念 那時重力的悖論和其他世界的奧祕似乎無解 也許在我們的幫助下 他們希望再次感受發現令人興奮的樂趣 所以如果有一天你成功入侵了巨震 獲取了那些掌控模擬世界的人的知識 別忘了告訴大家並留下評論 我腦中有很多問題在盤旋