《人类的未来》:物理学家设计的星际旅行方案
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试听180《人类的未来》:物理学家设计的星际旅行方案

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物理学家设计的星际旅行方案,探寻人类文明的终极命运


精华笔记 


致命病毒、自然灾害、小行星撞击,各种各样的灾难在威胁着地球。这本《人类的未来》认为,我们要把眼光放得长远,通过移民到其他星球,来躲避这些灭顶之灾,并获得更大的发展空间。


 本书作者加来道雄,是日裔美籍理论物理学家,同时也是一位科普畅销书作者。在他的设想下,人类的宇宙移民将会经历三个阶段:首先是在太阳系中移民火星,成为“跨星球文明”;第二阶段将飞向宇宙中的其他星系,成为“跨星系文明”;而在第三阶段,人类将会对宇宙的终局发起挑战,通过前往平行宇宙的方式,成为“永恒的文明”。


 

飞向火星——如何实现火星移民?


火星,距离地球足够近,而且环境相对适宜,这里将成为人类在宇宙中的第一个落脚点。


以目前的技术,火星之旅单程就要9个多月。漫长的太空飞行,会对人的身体与精神产生严重影响。所以,需要打造更先进的火箭,以缩短飞往火星的时间。


 衡量火箭性能的重要指标,叫做“比冲量”,代表着火箭的推力与火箭燃烧时间的乘积。比冲量越高,火箭获得的总动力越大,最终的速度也就越快。当前,大部分火箭使用的是化学发动机,可以达到450的比冲量。


 “离子发动机”能将比冲量提高到化学火箭的10倍以上。所谓的离子,是一种带电的原子碎片。通过电场让离子加速,并从发动机喷射而出,就能产生推力。使用离子发动机推动的火箭,有希望将到火星之旅缩短到40天。


 在抵达火星后,为了让这里更适宜人类生存,可以在火星大气层中引入“温室气体”,从而改造“火星气候”。这一方案即会提高火星大气密度,也能提升温度,从而让火星上的冰转变为液态水。


 为了找到足够多的温室气体,可以从土星的卫星上开采甲烷,甲烷保存热量的能力比二氧化碳强20倍。同时,也可以就近捕获一些小行星,将其中的温室气体引入火星大气之中。


 当温室效应将大气温度提升得足够高,就能让火星的冰融化形成海洋,从而让移民们有条件来种植植物。经过基因改造的特种植物,能更好地适应火星环境,并释放大量氧气,逐步改善火星的大气成分,最终将这里改造成“第二地球”。


 

飞向宇宙——怎样航行到光年之外?


太阳系里的宜居地点十分有限,人类的目光要望向太阳系之外。此时,我们要面对的主要问题是,怎么在茫茫银河中找到合适的行星?以及怎么穿过光年级别的距离到达那里?


 虽然行星本身并不发光,但天文学家可以使用“掩星法”找到它们。绝大多数行星都在围绕母恒星运动。如果从地球上观察一颗恒星的亮度,它可能会呈现出周期性地变暗。而这种变暗就表明,有一颗行星飞过了它的表面。掩星法就是捕捉、分析恒星的变暗现象,来推断其附近行星的轨迹。使用掩星法发现的众多行星中,就包括“比邻星b”,它距离太阳系4.2光年,是一个潜在的移民目标。


 为了抵达这些遥远的行星,加来道雄认为可以建造“反物质火箭”,以实现光年级别的航行。


 “反物质”,可以理解成是普通物质的对立面。当反物质与普通物质碰撞时,就会发生湮灭,放出巨大能量,从而推动飞船。反物质火箭的比冲量能够达到100万到1000万的级别。现阶段的技术已经造出了反物质,但要想利用其推动火箭,还需要解决反物质产量、成本、储存等问题。


 一旦有能力实现光年尺度的航行,我们就可以飞出银河系,从跨星球文明,发展为跨星系文明。


 

飞向永恒——能否突破宇宙的极限?


成为跨星系文明之后,我们要面对的挑战将是如何超越人类以及宇宙的寿命极限,让人类文明实现真正意义上的永恒。


 为了获得永生,学者们提出了很多方案,其中一种是修复“端粒”。“端粒”是一小段DNA和蛋白质的复合体,位于细胞内的染色体顶端。随着细胞分裂,端粒会不断缩短。当端粒变得非常短,甚至消失时,细胞也随之开始衰老、甚至死亡。科学家发现一种叫“端粒酶”的物质,可以对端粒进行修复和延长,从而大大提高细胞的分裂次数,并延长了细胞寿命。


 除了肉体的永生,还有另一种“数字化永生”,就是把我们的意识上传到电脑,从而摆脱肉体的衰老。使用这种方法,人类能把自己的意识变成一股信息流,通过激光束的方式,方便快捷地传输到遥远星球。


 然而,不止生物个体会死亡,我们身处的这个宇宙也有着寿命极限。数百亿年后,宇宙可能会逐渐冷却,温度降到绝对零点;也可能会温度急剧上升,再次上演大爆炸。在面对宇宙终结之时,人类或许还有一线生机,那就是借助“虫洞”前往“平行宇宙”。


 想要开启虫洞,我们就要掌握普朗克能量。普朗克能量被认为是单个粒子所能达到的能量上限。如果人类的文明足够先进,就可以在太空中建造一个太阳系大小的粒子加速器,将粒子不断加速,注入能量,直到它到达普朗克能量。我们再将这些能量集中在一个点,就能打开一个通向平行宇宙的虫洞。


 如果人类能够选择进入一个年轻的宇宙,作为新的家园。那么,当下这个宇宙的死亡并不是结局,而将是另一个全新故事的开始。


 总结


 人类在成为宇宙文明的发展中,暗藏着一条主线,就是我们可以利用的能量越来越多。从化学火箭,到离子发动机,从反物质,到普朗克能量。有了能量,我们的脚步就能达到更远。从太阳系,到银河系,再到宇宙的尽头,甚至抵达平行宇宙。


我们的文明将跨越星球、跨越星系,最终成为永恒,这就是人类的未来。



书           名:人类的未来

作           者:加来道雄

主    讲   人:圆的方块

主讲人简介:理工科博士,科普作者,科学松鼠会会员

主           播:刘波林

策 划  编 辑:陈艳



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