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在科幻著作《三体》中,描述了一种非常高端的科技:三体人向地球发射了具备智能的智子来锁死人类科技,并实现了4光年距离的星际实时通讯。这种奇思妙想确实非常具有想象力,在科幻著作中无可厚非。但是,从科学角度来说,星际实时通讯其实是不可能实现的,这是为什么呢?
首先,基于相对论的原理,宇宙间任何信息的传播都有一个极限速度,这就是宇宙的上限速度:光速。相对论提出,任何有效的信息传播都不能高于这个上限,这是爱因斯坦为我们定下的宇宙基本定律。如果超越了这个极限速度,时光就将会倒流,从而出现一系列悖论,违反宇宙的因果定律。
但是,我们知道,书中提到的智子是以量子纠缠方式来实现实时通讯的,那么,这有可能实现吗?量子纠缠是一种无视空间距离的瞬间反应机制,可以让两个相隔任意距离的粒子实现信息传递!这能不能用来进行实时通讯呢?
其实,这也是行不通的。这是因为,两个相互纠缠的粒子,比如说这个智子,其纠缠的基本过程是:在被观测之前,两个相互纠缠的智子都是处于叠加态的。然后,在某一个智子被观测时,两个智子就同时坍缩了。它们以随机的方式,一个坍缩为信息0,一个坍缩为信息1。而这里的关键是:坍缩是随机的!也就是说,我们无法控制一个粒子坍缩为0还是1,也就无法利用量子纠缠发送确定的、有意义的信息。
比如,三体人想要和地球人说一句话,表示同意在某个时间向地球进军。假定它们提前商定好,发送1是确认进军,0是否认进军。那么,它如何发送一个1呢?三体人无法控制这个粒子,使它一定坍缩为1,因而也就无法发送自己想要进军的信息。
地球人接收到的将是一个随机的数字,0或者1,也就无法知道三体人到底是同意还是不同意。它们还需要再通过经典途径来确认一下才行,比如打一个以光速传播的星际电话,这样的话,信息的传播还是无法超越光速。量子通信可以基于其观测即坍缩的原理实现绝对的保密性,但却无法做到无限距离的实时通讯。
当然,这并不妨碍我们的科学幻想,在书中,一个质子曾经被展开额外的维度,蚀刻上电路又恢复,成为了一个“智子”。在一个质子的维度展开又恢复的过程中,到底发生了什么?这个质子算不算是一个宏观物体?恢复正常的质子还能否再实现量子纠缠态?这都不好下论断。只能说依据现有的科学理论,还不允许星际距离的实时通讯。
但是,人的想象力才是最重要的,徜徉在幻想的宇宙海洋中,也非常美妙而有意义,不是吗?
20世纪有哪些科技成就人类
在《星际穿越》中,地球上出现了大规模的?枯萎病?,包括农作物在内的大量植物逐渐走向灭绝。人类不仅面临饥饿,而且还面临窒息,地球已经变得无法适宜人类的生存,离开地球迫在眉睫。
于是,人类去宇宙中寻找第二个宜居的星球,以期能够延续人类文明。那么,《星际穿越》中的人类是去哪里寻找宜居的外星世界?他们去的地方离开银河系了吗?
在太阳系中,除了地球之外,没有一颗星球是适合人类生存的。虽然木卫二、土卫六等卫星上有可能存在生命,但这些星球远离太阳,温度非常低,也没有可供呼吸的氧气,人类无法在这样的世界中生存。因此,人类只能放眼太阳系外。
银河系中估计有上千亿颗恒星,几乎每颗恒星周围都有行星,而像地球这样主要由岩石和金属构成的岩质行星多达上百亿。就在4.2光年之外,离太阳最近的恒星?比邻星,它的宜居带中运行着一颗质量略大于地球的岩质行星?比邻星b。
也就是说,银河系中不缺行星,其中很可能存在不少环境与地球相似的外星世界,人类可以在上面生存。但问题是,人类该如何去找那些宜居的系外行星?
《星际穿越》中的人类宇航科技与现实中相比,差别不大,最多只领先我们几十年。宇宙飞船飞到土星需要22个月的时间,如果按照土星与地球的最近距离为8天文单位(约12亿公里)来计算,飞船的平均速度约为21公里/秒。
如果以这个速度飞到比邻星b,所需时间将会达到6万年。如果比邻星b不是宜居的,去往更远的恒星系统还要更多的时间。显然,这是不现实的,地球上的人类已经撑不了几十年了,而且宇宙飞船上的补给系统也无法维持数以万年的时间。
好在?他们?及时在土星周围放置了一个虫洞,这才让星际穿越成为了可能。根据爱因斯坦的广义相对论,负物质可以打开时空通道,连接两个遥远的宇宙时空。虫洞就像?任意门?一样,可以直接通往遥远的地方。
宇宙飞船穿过土星附近的虫洞后,宇航员到达100亿光年外的外星世界。银河系的直径最多只有20万光年,所以100亿光年的距离早已不在银河系之内,而是在遥远的河外星系之中。
如果没有虫洞,就连飞出半径1光年的太阳系都是难事。而有了虫洞,即便是100亿光年的距离,也能在很短的时间内到达。可以说,利用虫洞是进行星际飞行最为有效的方式。
不过,虫洞在目前仍然停留于科幻阶段。霍金猜测,即便真的能够制造出虫洞,其尺寸会非常小,而且还极其难以维持稳定。想要打开能够用于星际飞行的虫洞,只能借助于目前仍然知之甚少的负物质。
除了虫洞之外,相对论还提供了其他星际穿越的方式。例如,我们可以借助于时间膨胀效应,在速度越接近光速的宇宙飞船上,时间流逝速率越趋于零,这样亚光速飞船上的宇航员可以在有限的时间里飞到遥远的宇宙中。或者还可以借助曲速引擎,以实现不违背相对论的超光速飞行。
1、不锈钢。1903年前,钢不仅易锈,而且易被腐蚀。?1903年到1912年间,不锈钢一出现便成了杰出的工业金属。而今,不锈钢已不仅仅用于工业,还广泛地应用于医疗与人体。
2、汽车。1913年,美国汽车制造商亨利·福特正式启用他的汽车组装流水线,降低了成本,提高了效率,使汽车进入寻常百姓家,成了这个世纪拥有决定性影响的一件大事。?
3、飞机。1901年8月14日,第一架动力飞机开始飞行。?1933年,世界上第一条正规航线开通,大大拓展了人类的活动空间。
4、彩色相片。上个世纪就有了彩色照相的原理,但直到本世纪40年代才有了第一批彩色胶卷,彩色相片走过了漫长的跨世纪之路。?
5、电视。当今世界上人均拥有量极高的电视(平均每10人拥有一部)始于1927年,始于美国人之手。?
6、因特网。本世纪发明的全球最大的由众多网络互相连接而成的计算机网络,与电视机一起,让每天发生的世界性新闻及时传播到地球的每一个角落,拉开了信息时代的大幕。?
7、塑料。在本世纪前不存在的塑料已成了我们这个世纪不可少的东西,它始于1909年美国人L·贝克兰发明的酚醛塑料的制作方法。?
8、雷达。从1935年起,人们开始利用极短的无线电波测定远距离的或看不见的目标。?
9、无线电。1901年意大利人马克尼成功地进行了第一次无线电通讯,1948年半导体收音机被发明。
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