机器人现在对我们造成的最现实的威胁(包括自动化设备)是就业危机。在专业性不强、重复性高的那些劳动中,人类已经被机器人替代。有人认为科技是创造就业机会的原动力,这是历史上所有科技革命的经验。人类需要的是不断学习新科技,并去适应新的科技。然而,这种观点可能还是过于乐观了。历史经验并不等于未来,尤其是在人口飞速增长的环境中,机器人对于人类的就业会带来怎样的影响仍然未知。还有另一种说法,认为机器人的发明可以让人类进入一个后工作时代,也就是所有的工作都交给机器人去完成。目前,所有的观点都只是臆测和推断,只有时间才能告诉我们未来究竟会怎样。
总而言之,人类发展科技的目的之一本来也在于解放劳动力,让人类更少地工作、更多地消遣。对于资本主义而言,现实利益是做出选择的最重要因素:机器人会大大降低企业的成本,虽然这会使很多工人失业。考虑到这个情况,很多工会已经提出让机器人交税的建议(当我们说到机器人时,更确切地说,我们指的是那些使用机器人的企业家),而且还有理论家指出机器人也会占用社会资源。但我们现在还不知道,未来,这些机器人是否也会去商场逛街,毕竟,正如我们熟悉的T-800[ T-800:电影《终结者》中,由阿诺德·施瓦辛格饰演的终结者。]说的:“这种欲望毫无意义。我不过是一个机器罢了。”
.15.关于地球的真相和谎言
我最遗憾的事
是永远没有办法和
森林的树木
播下的种子
刮灭深夜烛灯的那缕微风
铁锈
甚至是地球最中心的镍矿
这些东西感同身受。
—星球乐队《铁和镍》
假设我们现在乘坐于一艘比光速更快的宇宙飞船前行,在广袤的太空中,我们从飞船上眺望我们的家园—地球。从远处看,这颗被我们毫不手软地尽情糟践的星球,只是太阳系里的一个“暗淡蓝点”(美国天文学家及天文学作家卡尔·萨根的著作名)。在宇宙的海洋里,这颗小小的蓝点就是我们赖以生存的家园,并且到现在为止,也是人类唯一的栖身之处。卡尔还说过,在这颗小小的、不甚起眼的星球上,发生着对人类至关重要的一切—爱情、战争、历史、灾难。然而,地球确实只是宇宙中最渺小的一个存在。
地球是一个由多种物质组成的球体,围绕着太阳公转。古代的人凭直觉断言太阳绕着地球转(毕竟,站在地球上看,地球是一个永恒、坚固的存在),还认为天圆地方(确实,如果我们站在一个足够大的平面上,看起来地面确实像个方形)。之后,怀抱着探索真理的勇气,近现代科学家提出了对这种说法的质疑,并试图探索关于地球的真相。这些科学家,或者说革命家包括伽利略、哥白尼、开普勒和牛顿。随着人类开始探索太空,从阿波罗11号等飞船上拍摄的地球照片确凿地证明了地球是一个球体,并且是地球绕着太阳转。这终于让一些始终坚持地球中心论的拥趸者幻想破灭。
当然,古时候也并非所有人都相信天圆地方这一说法。古希腊著名的智者、数学家、地理学家兼亚历山大港图书馆馆长埃拉托斯特尼(前276—前194),在两千多年前就测出了比较精确的地球半径。他是怎么完成这个壮举的呢?在埃及阿斯旺,6月21日,也就是夏至日这天的中午,从北回归线上看,太阳正好在天顶的位置,阿斯旺在回归线稍北。此时,太阳光垂直照射,按理说物体的周围不会出现阴影。然而,在亚历山大港,也就是在地球另一个纬度上的同一时刻,太阳光并非垂直照射,仍然会有影子出现。通过测量并比较阿斯旺和亚历山大港两处同一根棍子的阴影差别,埃拉托斯特尼测算出了这两个地方之间的地表曲度。在一次奴隶运输中,他又算出了两地之间的大致距离,然后便运用三角学“轻松”得出了地球的半径—约6000千米。最让人震惊的是,他在当时计算出的数据和真实数据之间的误差不到10%(地球半径为6370千米)。并且,埃拉托斯特尼之所以要这么做,纯粹是因为他不认同当时人们普遍相信的说法,他坚持认为地球是圆的。
科学逸事:棍子—很少有像棍子一样玩法那么多的东西了。相信大家都知道“眼见为实,耳听为虚”。现在我们可以来点小惊喜,让自己通过真实的经历去感受数学,比方说模仿埃拉托斯特尼的做法。选择一天中午,进行一次室外实践,我们可以带上各自的“日晷指针”—自拍杆、簸箕等常见的棍状物体,只要棍子的垂直高度在50厘米到1米之间即可。首先,我们可以在谷歌地图上看到自己所处位置的经纬度坐标(或者其他类似的手机应用软件)以及距离回归线的距离(回归线纬度为23°26′)。这个时候,记录下所带棍子投影的数据,然后再次用手机或者计算器把这些数据代入公式里。这样就可以算出地球的半径了。仔细看看得出的结果和真实数据的误差有多大呢?你是不是比埃拉托斯特尼算出来的更精确呢?
太阳直射到北回归线的情景一年只有一次,因为地球公转周期为一年。除地球的公转之外,地球还会自转,自转使得白昼黑夜交替出现。地球的一个自转周期为24小时,正好是一天的时间。
大部分人会以为四季交替的现象和地球绕日公转以及地球距离太阳的远近有关。在地球公转轨道上距离太阳最近的位置叫近日点,距离太阳最远的位置叫远日点。但是,四季的出现是因为地球的自转轴和公转轨道平面呈23.5°。当地球处于远日点时,阳光会垂直照射到北半球上,所以在这个时候北半球就会迎来夏至,而此时是一周公转中南半球接收到太阳光照最少的时刻,也就是南半球的冬至。反之同理—当阿根廷是夏天的时候,西班牙是冬天。也就是说,在赤道以南的地方,圣诞节都是夏天过的。
其实,地球的运动并不像我们在课上学到的那么简单,只有自转和公转。地球还会受到岁差、章动和钱德勒摆动的影响,这三者对其的影响类似于让地球变成一个陀螺,不停晃动。岁差指的是地球自转轴的方向会逐渐漂移,最终它摇摆的顶部会以大约25676年为周期扫掠出一个圆锥(在占星学称为“大年或柏拉图年”);章动,是月球围绕地球公转时,月球的引力会导致地球在公转轨道上左右摇摆,一个周期为18.6年;钱德勒摆动,是地球自转轴相对于地球表面的小幅度运动,由美国天文学家赛斯·卡罗·钱德勒发现,摆动幅度最大可使自转轴偏离理论位置9米。
我一直觉得“钱德勒摆动”这个名字很有趣。想象一下,物理学家们去问钱德勒:“钱德勒先生,我们要怎么命名这个现象呢?这个现象没有固定的规律可循。摆动?好的,我们记下了。”由于这个现象,在1000年后,现在我们指的北极星(勾陈一,也叫塞纳久,位于小熊座小熊的尾巴尖处)将不再指向地球的北方。那时,北极星会变成仙王座γ星。到公元14000年前后,天琴座α星织女一将获得北极星的美名,成为离我们地球最近的星座之一,距地球“只有”25光年。
如果地球的自转轴是垂直于公转轨道、没有任何倾斜角度的话,地球上就不会有四季出现,太阳光将会始终直射于赤道上。这就会使赤道地区永远炎热、干燥,变成荒漠地带。而在地球的北部和南部将会成为永恒的寒冷冬季,就像《权力的游戏》中的临冬城以北,永远是冰封的情景。
科学逸事:根据澳大利亚天文学家乔治·多德威尔的理论,公元前2345年,一颗小行星对地球产生了巨大的影响,造成现在地球自转轴的倾斜现象,并带来了一次毁灭性的全球洪水灾难。这一天,正好是基督教《圣经》中记录的大洪水灾难发生的那天,也是挪亚方舟建成的那天。他认为在小行星的影响过后,地球开始慢慢地从剧烈的倾斜自转轴中恢复,在1850年时才达到现在的自转轴角度。自转轴的倾斜率变化或许能够解释为什么古代建造的许多用于记录行星位置和日出日落位置的寺庙和建筑与现在的测量结果不一致。
很多人都会问我同一个问题:地球为什么会绕太阳转?这个问题的答案或许要从太阳系的形成开始讲起。46亿年前,一片巨大的分子云中发生了一小块引力坍缩。大多坍缩的质量集中在中心,形成了太阳,其余部分摊平并形成了一个原行星盘,继而形成了行星、卫星、陨星和其他小型的太阳系天体系统。这或许就是为什么会有众多物体在同一个平面内、按一定的轨道(椭圆轨道)绕着太阳旋转。
科学逸事:在10岁之前,我和我的所有同龄人一样,都梦想着成为像超人一样的人物。很多年后,我发现这部电影完全违背了科学原理(不仅因为超人在以超音速飞行时的发型纹丝不动)。电影里有个场景是超人为了把别人从地震中解救出来,绕着地球进行高速旋转,直到改变地球的自转轴:首先,超人让地球停止了自转(骗人!);其次,他改变了地球的自转轴(骗人!×2);再次,这个行为在电影中使得时间倒退(骗人!×3);最后,超人成功地救出人了。真是一派胡言!如果地球真的可以瞬间停止自转,那么地球上的一切物体,包括人类,都会在惯性的作用下以超过1600千米/小时的速度做离心运动。另外,地球自转轴的变化并不会引起时间倒退,这是显而易见的事情。
就算没有所谓的超级英雄,我们的地球也正在以极其缓慢的速度减慢自转速度(在潮汐引力的作用下,地球每年的自转周期会比上一年增加17微秒)。也就是说,4亿年前,地球上的一天只有22小时(一年有400天)。那么,地球最终会有停下自转的那天吗?如果地球真的停止自转,又会发生什么呢?若是如此,首先,白昼黑夜不再变换。并且,由于离心力消失,地球上的物体会完全改变—水会聚集在两极,而陆地会以一个圈的样子集中于赤道。根据ESRI(美国环境系统研究所公司)的计算模拟,届时南北极会形成两个大洋,现在的西伯利亚、北极和加拿大会被完全淹没。但是,完全不用担心这个现象发生,因为在这个时间到来之前,约60亿年后,太阳早变成红巨星吞噬掉地球了。
还有一种非常疯狂、但毫无道理的言论,即“地心空洞说”。支持地心空洞说的人认为地球是一个中空的星球,且地球中空的内部有一个适宜人类居住的内表面,存在着非常发达的文明。他们认为UFO和“外太空”飞碟其实就是从两极中飞出来的,源于地心内部。而且,在地心里,还有另一个太阳。这些阴谋论者认为我们的政府知晓这一切,但是极力隐瞒,并试图说服人类地心空洞说是荒谬的。在一些科幻小说,如法国作家凡尔纳的《地心游记》中,作者运用了丰富的想象力,描绘了一个发达的地心社会。埃德加·爱伦·坡和霍华德·菲利普·洛夫克拉夫特等作家也有类似题材的作品。
但是,地心空洞说及相关的阴谋论并没有被任何科学证据证实,反倒是地震波能够证明我们的地球是实心的,并且众多的物质共同组成了现在的地球表层系统。而且,地球内部存在着天然磁性现象,被称作“地磁场”,对太阳风所挟带的带电粒子有屏障作用。地球的磁力来源于地下的大量磁性物质,如铁、镍、铬等元素。更别说,人造卫星也从未在地球两极勘测到任何可以进入地心的空洞。
地球的温度在越靠近地心的地方越高,这个现象被称作“地温梯度”,最中心的部分可达6700摄氏度,甚至超过了太阳表层的温度。地球形成的过程中产生了极高的温度,组成地球的各种物质,在碰撞、融合、固化的过程中释放出了巨大的能量,并最终形成了地核。但现在,地心产生的热能主要是因为放射性同位素铀、钍、钾元素的原子分裂。一旦这种放射性效果减弱时,向外释放的热量就会超过自身产出的热量,因此地心的温度也会逐渐下降。
关于组成地心的物质种类存在着许多推测。最近有推测认为:地核富含重原子,也就是元素周期表中序数大于55的那些元素的原子,其中就有金和汞。这些重原子可能属于40亿年前一次陨石撞击地球时的残留。另外,地核里还有许多氢氧化合物,这些氢氧化合物一旦发生爆炸,其烟雾足以覆盖整个地球表面且厚达4米。
根据多种不同的测量方法算得,地球的质量为6×1024千克。如果地球是一个中空的、只有12千米厚的空壳的话,那么要达到这样的总质量,地球表面物体的密度应该是我们人体密度的1000倍,比元素周期表中密度最大的物质还要大得多。一勺海滩上的沙子可能就重几百万吨。这样一来,地球上就不会存在重力现象了—正如高斯定理中对中空物体的验证一般,重力不会存在,只会存在因地球自转而产生的离心力(想象一下滚筒洗衣机里的衣服)。赤道上的离心力最强,但就算是在赤道,地球产生的离心力也不足重力的三百分之一。也就是说,人类不可能在离心力的作用下稳稳地待在地面上。
到现在为止,地球的内部构造还有很多未解之谜。人类目前涉足的区域也只限于很浅的地表部分。人类挖掘的最深的钻孔是苏联的科拉超深井,深达12千米。位于北太平洋的马里亚纳海沟是所知地球上最深的海沟—《泰坦尼克号》导演詹姆斯·卡梅隆独自乘坐潜艇“深海挑战者”号深入海沟最底部,成为单枪匹马潜至“地球最深处”的第一人。但是,就算是目前发现的最深的地方,也只有地球半径的0.1%而已。这颗我们赖以生存的蓝色星球的内部对我们而言,还是个巨大的谜,等待着我们去探索发现。
我把“为什么会有春夏秋冬存在?”这个问题发表在了各大社交网站上。
这里有一些充满智慧的评论:
@josegarcor:因为只有存在春夏秋冬,我才可以抢到从塞维利亚去马德里的高铁票。
@Mgm_5:因为以前我们的披萨上只有四种芝士。
@Mararia Mararia:可能这是自然选择出最适合人类生存的一种环境吧……这纯属我个人胡说的,因为毕竟我住在加纳利斯(热带区域)。
.16.为什么天空是蓝色的?
每当我们全家去海滩度假,我的女儿总会问我一个问题:“爸爸,为什么天空是蓝色的呀?”虽然在她小时候,我的物理学知识还非常薄弱,但是我已经完全能够凭借已有的知识给她一个客观、科学的答复了。但是,我的女儿毕竟只有6岁多,她无法理解科学性的解释,所以,为了让她明白,我用我妈妈小时候回答我的方式回答了她的问题:“天空是蓝色的,是因为它反射了海洋的颜色呀,亲爱的。”在我看来,这个回答足以说服她。但是,我女儿听到这句话后,立刻抬起头来又问了另一个问题:“那为什么不是海洋反射了天空的颜色呢,爸爸?”
除了云彩、污染和黑夜的特殊情况,天空始终是蓝色的。如果是绿色或者紫色的天空,抑或像爱德华·蒙克的著名画作《呐喊》的天空颜色都不是正常的颜色。
那么,天空为什么是蓝色的?我们都知道太阳的光线是无色的,或者说是白色的。然而,天空的蓝色恰好与白色的太阳光线有联系。之前的章节中,我们已经提到过,白光就是所有可见光的集合(从能量最低、波长最长、频率最低的红光算起)。肉眼可以看见这个范围的光线是适应和进化的结果。
在红光之外,在电磁光谱上,还有红外线(就是有体温的生物身体中发出的光,很多夜视仪能够探测到人体的红外线)和无线电波(收音机发出的电波)。这些波的频率比可见光波的频率更低,产生的能量也更低。
在蓝光之外,有紫外线(太阳光中含有大量紫外线,会使皮肤产生灼热感)、伽马射线(主要产生于核反应中,对人类有很大的危害作用,是超级英雄电影中不可或缺的元素)。这些光波的频率比可见光波的频率更高,因此能量更大。所有的光波中,人类只能看见可见光,也就是从红光到蓝光这一段,其他的光波都是肉眼看不到的。还有很多时候,我们会听到电磁辐射这个说法,电磁辐射是将电场和磁场中产生的震动效应延伸到了空间中。
科学逸事:我们看到的这个世界和这个世界原本的面貌并不完全一致,我们接收到的画面是基于感官可以接收到的信号形成的。我想说的是,这个世界存在着人类看不到的光线和听不到的声音(众所周知,狗可以感知某些人类听不见的声波,也就是超声波)。天文物理学家通常会利用不同频率的光波来观测天空,并且发现,通过不同的观察工具,如在可见光望远镜、X光望远镜、无线电波望远镜和紫外线望远镜下,天空展现出的情景都是完全不同的。所以,宇宙在每一个频率的光线之下都有一个独一无二的面貌。
现在,在简单了解了关于不同光波的基本种类后,我们再次回到一开始的问题:为什么天空是蓝色的?这是因为地球上存在大气层。当太阳发出的白光经历了8分30秒的传播抵达地球大气层时,会出现瑞利散射现象(瑞利散射规律是由英国物理学家瑞利勋爵于1900年发现的并因此得名)。瑞利散射发生的条件是粒子尺度远小于入射光波长(小于波长的十分之一),表现为其各方向上的散射光强度是不一样的。
瑞利散射是指散射光线传播路径同入射光线的传播方向之间存在偏离,散射光线的强度与入射光线波长的四次方成反比,也就是说,波长愈短,散射愈强。另外,由于光波的波长很大程度上决定了散射强度,因此短波光和长波光之间的散射效应差距很大(毕竟是四次方)。
由于瑞利散射的强度与波长四次方成反比,所以太阳光谱中波长较短的蓝紫光比波长较长的红光的散射更明显,而短波中又以蓝光的能量最大。在大气分子的强烈散射作用下,红光经过大气层后依然沿原直线传播,形成了黄昏时分人们肉眼看到的太阳外圈的红色光晕,而蓝色光被散射至弥漫天空,天空即呈现蔚蓝色。当我们望向天空时,蓝光会进入我们的双眼。另外,同样由于蓝光的散射,我们看到的太阳是有一些发黄的。但是,在大气层之外看到的太阳是白色的,和宇宙的一片黑暗形成了强烈反差。所以,如果没有大气层,地球上就不会有所谓的“天空”,而是一片黑暗罢了。
流行小知识:“我的沉默是蓝色的,你的天真是蓝色的,我们的拥抱是蓝色的。”这是《蓝色》—我最爱的歌曲之一里面的歌词。为什么这些东西是蓝色的呢?可能是因为蓝色总会让人联想到和平与安静,在某种程度上,它代表了一种比较平和的精神状态,或者是消极、抑郁、悲伤的心情。这可能是因为,在盎格鲁 — 撒克逊文化中,蓝色是悲伤的同义词(feel blue即感到忧伤之意),带着淡淡哀伤的音乐风格被称为“蓝调”。另外,还有蓝色周一这个说法—一月的第三个周一被认为是一年中最让人抑郁的一天,甚至还有一个伪科学公式来说明悲伤的来源:公式的参数包括了圣诞节购物后账户上的余额、离圣诞假期结束的时间、冬天的寒冷以及每个周一固有的工作压力。在西班牙,类似的说法是“一月水逆”。
为什么会出现散射呢?这是因为光线不只是一种波,从量子物理的角度来看,光还具有波粒二象性。构成光波的微粒叫光子,是爱因斯坦在研究光电效应时发现的。因为光电效应,所以当我们在商场门口时,只有有人出现门才会自动打开。光伏电板发电也是光电效应的应用。我们可以把光线想象成一束包括了各种不同能量的光子的集合,这些光子进入大气后,会和大气中的尘埃、水滴相互作用,产生散射,照射路径也会随之发生变化。由于蓝光的光子能量最高,这些光子也就被散射得最广,分散在天空里,让天空显示出蓝色,而不是绿色或紫色等。
我把“为什么天空是蓝色的?”这个问题发表在了各大社交网站上。
这里有一些充满智慧的评论:
@Heichou_bicho: 因为世界上大部分人都不是色盲。
@MisTuiters: 因为有滤镜。
@Samuel Baena Hayas: 对于独眼巨人(希腊神话中西西里岛的巨人)来说,天空是红色的。因为他只能看到红色。
.17.时间存在吗?
“如果你不问我,我就知道;如果你问我 ,我反而不知道。”这是哲学家圣·奥古斯丁对时间的看法。这句话的含义是:所有人都知道时间是什么,因为我们无时无刻不被时间包裹,经历着时间的流逝。甚至,从某种程度上来说,我们都被时间主宰,从出生、衰老到死亡(这个过程中,如果幸运的话,或许我们能够做出一点什么成就)。另外,“当下”其实是一个很难以捉摸的概念:当我们说出“此时此刻”时,就已经不是你说的那个时刻了,因为当你说完时,那个时刻已经成为过去。说起来很复杂,但其实每一秒钟都是独一无二、转瞬即逝的,这也是为什么我们常说“活在当下,抓住时间”。我们都生活在这浩大无穷的时间长河中,我们构成了时间的一部分。可是,如果有谁让我们解释到底什么是时间,我们很可能会语塞。这是一个非常难以解释的、复杂的问题。正如爱因斯坦某次说过的一样:对于科学家而言,时间不过是一种假想出的概念罢了。
时间在不同的历史阶段、不同的文化中有各种各样的解读。比如说,在很多东方文明中,时间是重复、轮回的。宇宙周而复始,人类在这个再生的轮回中生存、死亡。这是永恒轮回的传说,和尼采提出的历史重复的观点类似。相反,西方世界里主流观点认为时间是沿直线进行的。上帝创造了世界,时间便从此开始永恒地走向未来,直到最后的“审判日”来临。《启示录》中描绘了在直线前进的时间中,一个世界走向繁荣的景象。对于马克思主义者来说,是工人阶级的斗争推动了历史的前进,并引领人类走向革命、实现共产主义。这些都是直线型时间的例子,也就是从过去到未来,时间并不会出现重复轮回。
那么,科学界怎么定义时间呢?科学家们将时间同变化联系在一起。可以这么理解:如果世间万物都是静止不动的,没有任何一个物体在改变,那么我们会觉得时间也是静止的。所以,我们一般通过有规律的运动来测量时间的流逝:秒针、钟摆、太阳的变换和地球的自转。时间是一个物理概念,和空间的三维概念一样,时间可以用于确定一个具体的事件。举个例子,如果你想要和别人约会,那么你需要确定约会的地点(空间坐标)和一个具体的时间点(时间坐标)。然而,时间有一个重要特性,和空间特征完全不同:在空间中,我们可以随意运动,上下左右前后;在时间中,我们只能永远向前。未来的时间和现在的时间是完全不同的,是永远未知的。另外,还有一个热力学量“熵”,被用于测量一个系统中的混乱程度,同时也能描述出时间的长河到底会流向哪儿:一个体系总是自发地向着混乱度增大的方向变化,整个系统的熵值会逐渐增大。也就是说,世间万物总是会朝着混乱的方向变化,时间就在熵增过程中不断前进。虽然人类一直梦想着能够建造出时间机器,但目前还没有人成功过。
牛顿物理定律,也就是经典物理定律中认为时间是一个绝对概念,时间的前进方式是永恒不变的,所有人感受到的时间也是完全一致的。世界上不会有任何事物能够改变时间的运转模式,这是一种直观的看法。在日常生活中,我们确实这么认为,钟表好像始终如一地“嘀嗒”走着。但是,在我们的脑海中,还存在着另一种心理认知上的时间观念,这个时间在我们觉得无聊的时候过得很慢,而在我们欢乐的时候过得飞快。(那些派对时光总是很短暂!)当我们回忆童年时,我们会觉得小时候的一小时特别久,仿佛有一年那么长,而一年就好像一辈子。小时候觉得时间好像不会流逝,而随着年龄增长,我们会觉得时间好像越过越快,“时光飞逝”。对此,心理学家们的看法是:当我们还是小孩子的时候,周围的一切对我们而言都是新鲜的,在这种环境中时间过得很慢。所以,如果你想要减缓时间的流逝,可以去尝试更多的新鲜事物。这样,你感受到的时间会变得慢一些。这也是同日复一日的无聊生活的抗争。
爱因斯坦的相对论将时间视作时空网络的一部分。也就是说,时间不是独立于一切运转的,时间也会被各种事件影响而改变。正如我们在第一章中讨论的:运动速度越快,时间过得越慢,直到达到极限光速。在广义相对论中,重力作用也会影响时间—重力场作用越强,时间过得越慢,所以在地下室里面时间过得会比在顶楼更慢。请记住:如果你不想那么快地衰老,请一定要住在低楼层,虽然,这个效应微弱到可以忽略不计。总而言之,爱因斯坦理论中的时间是可变、流动的,和牛顿物理定律中的时间完全不同。
对我们而言,时间好像一条永不停歇的河流。但对于一些物理学家,如英国物理学家朱利安·巴尔布来说,宇宙其实是静止的,时间只是一种解读宇宙、观察宇宙的方式。或许,这些历史长河的每一个不同的时间点仅仅存在于我们的头脑之中,是我们的意识创造出来的,而现实中时间并没有变化。也就是说,或许时间是不存在的。
我把“为什么我们不能回到过去?”这个问题发表在了各大社交网站上。
这里有一些充满智慧的评论:
@tonyrivas_01: 星系间法则不允许这么做……并且,这对胖子而言并不是什么好事吧!
@RamonBet: 两瓶啤酒配上80年代的音乐,谁说不能回到过去了?
@Jony Romero: 《龙珠》里提到过,时间旅行是一种对神灵的不敬,因此被禁止了。
@Pilar Arias: 因为哆啦A梦告诉我们,如果我们改变了时间,很多事情都会改变,世界会变得混乱,所以最好还是永远留在现在。
.18.为什么宇宙和你的房间一样,总是很容易变得一片混乱?
不知道你有没有发现,不管再怎么整理,房间总会很容易变得很乱:床上被子乱堆,衣服丢得到处都是,书架上的书被乱七八糟地摆在桌面上,坐垫又掉在地上了……起床时明明已经把所有的物品都整理得齐齐整整,可是不知道为什么,一到晚上房间又会变得很乱。所以,我们总是需要耗费一定的精力和时间来整理房间让所有物品归位。当然了,有的时候你可能也会偷懒,对这些置之不理,但是不论你整不整理,房间总是容易变得很乱。
其实,房间变乱的现象和自然规律如出一辙。宇宙中,每一个独立的系统倾向于往总能量最低、混乱程度最大的状态变化。物理学家们用一个热力学量,也就是我们前文中提到的“熵”来描述这种混乱程度。这个热力学量不仅仅给很多科学家带来了灵感,更激发了很多艺术家、商人等的想象力,大家都对“熵”具有浓厚的讨论兴趣。说不定,你甚至会在酒吧、艺术讲座等各种场所听到这个名词。
宇宙中的“熵”值具有增长的特性。这个特点是热力学第二定律的内容,也称为“熵增定律”,是我们的现实生活最能直观反映出来的定律之一。根据热力学第一定律,即假设宇宙中的总能量守恒,那么熵的增量总是大于零。这就解释了很多现象产生的原因。
熵增变化也解释了时间是怎么运转的,在日常生活中,我们能通过各种不同的表现形式见证过去到未来的变化。和空间不同的是,时间的运转是不对称的—我们不能回到过去,我们经历的一切都只能面向未来。在时间向未来进行的同时,熵值也一直在增加—整理过后,你的房间还是会越来越乱;当你摔坏一个红酒杯,杯子会碎成若干块,散落在地毯上,并且再也无法被拼凑回原来的酒杯了。生活不能够像播放视频一样倒带,因为时间无法倒退。
熵的概念是在18世纪下半叶,即在工业革命时期德国科学家鲁道夫·克劳修斯提出来的。之后,物理学家路德维希·玻尔兹曼阐明了热力学第二定律的统计性质。那时,人类刚开始研究热机,如蒸汽机、火车头等。人们发现热量总是从温度更高的物体传递给温度较低的物体。也就是说,一个只有25摄氏度的物体不会传递自身的热量给一个100摄氏度的物体。考虑到物体的温度是组成物体的分子震动产生的外在表现,这就好理解了:震动频率更高的物体会使得震动频率较低的物体加快震动,但这个过程反过来并不能成立。所以,在较高温度下,冰块会融化成水,它的分子结构变得松散,并且会吸收热量。相反,冰箱可以让食物在炎热的环境中保持低温,但是这个过程需要持续的电流输入,来提供充足的外来能量补给。
但人体是一个例外,人体是一个没有遵守热力学平衡规则的系统。在天气寒冷时,我们的体温并不会下降到和环境温度一样;当夏天到来时,我们的体温也不会高达40摄氏度。体温之所以一直保持在36摄氏度左右,是因为这是能够让身体各个器官正常运作的最佳温度(除了我们生病、发烧等特殊情况)。另外,人体是一个非常有秩序的系统,其中各个器官、组织、细胞都在有序运转……我们到底是怎么做到在违背热力学定律的情况下仍能安稳地生存在世界上的呢?这是因为,我们一直靠进食来补充自身消耗掉的能量。人类摄入各种各样的食物,并且消化掉这些食物,使其变成二氧化碳、氨化合物和其他被分解的有机物。也就是说,我们解构了环境中的各种成分,使其变得无序,以维持人体的秩序。可以说,人类一直在同熵增定律进行抗争。当一个人和环境保持了热力学平衡时,则意味着一个很可怕的事实:这个人已经死了—因为尸体会和环境温度一样,而不会保持在36度。
科学逸事:确实,热量会从温度较高的物体传到温度较低的物体上。如果想要逆转这个过程,则需要外来能量的支持。那么,可以降低水温的陶罐是怎么实现降温的呢?要知道,在30摄氏度的环境中,这个简单的容器(古罗马时期就有了)可以让热水降温到10摄氏度,并且耗时很短,整个过程不到一小时。这是因为陶罐的表面有很多细密的孔,能够让装在罐子里的水渗到外面(所以我们会说,罐子好像出汗了,从本质上来讲,这和人体出汗降温的原理是一样的)。
在陶罐内部,这些温度很高的水分子处于极其活跃的运动状态,相互撞击,在空气的作用下,会在陶罐内壁形成一团水蒸气,这些水蒸气紧贴陶罐,并进入陶罐壁上细密的空隙中,离开陶罐内部。这样慢慢地,内部水分子变少了,运动状态也不再活跃,水温便降下来了。
值得一提的是,来自马德里理工大学的两位西班牙研究学者加布列尔·品多和何塞·伊格纳西奥列出一个简单的热力学公式,来描述球形陶罐降水温的这个过程。虽然公式很简单,但是很具有现实意义。
当宇宙的熵值达到无限大以至于无法再增长的时候,在热力学上,宇宙就已经处于死亡状态了,因为此时宇宙中的一切物体都处于热力学的平衡状态,宇宙的温度也会到达绝对零度。在这种情况下,不会再有任何能量可以用来做功,就好像天塌下来然后世间万物都崩塌了一般。但幸好,宇宙要达到这个状态至少还要10100年的时间。
除了宇宙的崩塌之外,热力学第二定律在我们的生活中还有一个更为常见的表现—我们在做功的过程中始终会消耗掉部分能量,即我们不能够实现百分百的能量转换,做功的过程中总会将部分能量以热能的形式浪费掉—机器在运转时会发烫变热—而且这种变热并不是我们想要的结果。这种变热是一种对我们投入的能量的浪费。从这个意义上来说,一台机器永远无法百分百地实现能量的转化。这个热力学定律解释了为何永动机是不可能存在的—永动机就是能够永远不需要外来能量的补给(不需要电池、燃料供能)、不会浪费任何能量,并能够永远运转的机器。历史上有许许多多的发明家曾想方设法地要创造出一台永动机。显然,他们无一成功。
此外,熵增定律还可以解释事物的不可逆转性。比如说,如果你把一包白糖倒进水中,然后用搅拌棒把糖搅拌开来,糖会融化到水中。这个时候,如果你换相反方向来搅拌,糖还是会融化在水里,而不会恢复成原来的固态。为什么会这样呢?这是因为在搅拌的过程中,糖的熵值增加了,糖分子摆脱了固态时的有序状态,和水分子混合在一起,排列得更加混乱无序了。这符合熵增定律,所以是一个不可逆转的过程。那些不会和外界环境进行热量交换的过程(绝热过程)只有在其熵值不变的情况下能够实现逆转。然而,如果我们发现某个事物的运行过程会降低其熵值,那意味着其周围环境的熵增加了,而且总熵值肯定也是增加的。所以,当我们工作时,我们或许确实可以降低某物的熵,如整理我们的房间。但是,这个过程是一定会消耗许多能量的,毕竟大家心知肚明,收拾房间有多累。
《辛普森一家》有一集,荷马对他老婆发出呐喊:“丽萨,这个家里遵守的可是热力学定律啊!”
我把“为什么宇宙和你的房间一样,总是很容易变得一片混乱?”这个问题发表在了各大社交网站上。
这里有一些充满智慧的评论:
@andejuji17: 因为熵增定律。如果你有一个强迫症的妈妈,那再好不过了。
@sun_rt: 这不叫乱,这是行为艺术。
@Carmen Peñalver Leon: 宇宙的混乱是我儿子搞的?胡安,你给我等着,我这就来收拾你!
@Silvia Cp: 一定是因为你妈妈没让你穿鞋!嘿嘿。
.19.未来,我们会变成半机器人吗?
达尔文的进化论告诉我们,世界上的一切生命体都是从一个原始单细胞进化而来的,这个单细胞是世界万物的曾曾曾曾曾……祖母,从它发源出地球上成千上万的生物种类。小到昆虫,大到鲸鱼、大象,从细菌、单细胞原生动物到人类,都起源于一个单独的细胞,并且形成了像人类大脑这么复杂神奇的器官。到目前为止,仍存在着许多我们还没有发现的物种。
但是,这个进化过程是相当危险的。根据自然选择理论,只有那些被环境筛选出来的生物—那些最能够适应环境变化的生物,才能得以存活。经过重重挑战,战胜环境的生物个体最终能够存活,并将自己的基因传递到下一代,保存下来。这个过程就是自然选择,带有极大的随机色彩。然而,人类是非常特别的一个物种—人类在进化过程中,不仅会随环境改变,还会根据自己的需求,反过来改变环境。不知道你有没有注意到:在我们住的房子中,打开水龙头,就会有水;打开电闸,就会有电。屋顶和天花板让我们免于危险和寒冬酷暑,热水器让我们能够一直享用热水。人类的生存法则和丛林迥然不同。看上去,人类好像并不太需要去适应这个残酷的环境,也不需要经历什么挑战就能使自己的基因得到延续。不仅如此,我们还发明了沙发、Wi-Fi和PSP游戏机。
不过,像这样的传统生物进化方式可能已经被人类的科技发明改变了。之前,生物进化依靠DNA的突变,这种突变往往需要成千上万年的时间,进化历程缓慢。而现在,随着科学技术的发展,在短短几十年内世界就会发生翻天覆地的变化(能想象吗,互联网不过也是近几十年的发明,更别说智能手机了)。这简直是超人的进步。
科学逸事:1959年,理查德·费曼[ 理查德·费曼:美籍犹太裔物理学家,1965年诺贝尔物理奖得主。]已经开始谈及纳米级工作了(1纳米等于1米的百万分之一)。在费曼之后,“纳米科学之父”埃里克·德雷克斯勒在80年代已经能够自主建造出由原子微粒构成的纳米机器了—更别说像电影《惊异大奇航》里的那种可以在人体内自由穿梭的微型飞行器了。现在,纳米技术已经被很多领域广泛应用:生物学、化学、物理学、材料学、工程学以及目前最为流行的信息学、传播学、微电子学、生物科技和医药学等。尤其是在免疫监控、人体组织修复、疾病控制、提升人体免疫防御系统、病情诊断、治疗和预防疾病、疼痛缓解、细胞药物管理等方面,纳米技术均得到深度的应用。现在,纳米级工作已经完全成为现实,我们还会在诊断医疗的最新技术上用到纳米微粒,如针对特定损坏器官的药物运输器—以便修复器官组织。这些药物,被封存在纳米装置中,其稳定性、溶解性和传播性得到了提升,能产生更好的疗效,并且剂量要求更小,因此药物带来的副作用也会更小,对人类的健康更有利。这些纳米技术在医学领域的应用加速了人类治愈癌症、神经退行性病变、自体免疫、心血管疾病等众多疾病的进程。现在,在纳米维度的研究中,还有更多奇妙的事情等待我们去探索、发现。
超人类主义者认为:科技进步让人类更长寿、更幸福,提高了人类的生活品质,发展出了更多的个人特长。超人类文化在“后人类主义”上发展得最为迅速,后人类主义认为这一切发展已经和人类自身没有太大的关系了。就比如,我们可以将记忆储存在一个u盘中,此时就好比我们将自己的一部分摆脱实体,如人工智能Siri、电影《她》中的男主人公爱上的那个无形女人。你能够想象出自己在某一天,不依靠自己的肉体存在,而是永远依靠社交媒体上的账号存在吗?有一个叫作“人类+”的组织(前身为世界超人类协会),由著名的超人类主义哲学家尼克·波斯特姆和大卫·皮尔斯创立,专门研究并证实超人类主义思想。
但是,超人类学并不是一个完美的科学。我们已经看到有人通过科技改善了身体缺陷的实例。一个叫聂尔·哈彬森的英国人曾患有色盲症(只能看到灰度色彩),一台设备让他的视觉脱离了大脑后半部的控制,变成像一根天线一样的设备通过振动控制其视觉感知,这样,他不仅能够看到正常的颜色,还能区分出人类的不可见光,如红外线、紫外线。哈彬森是机器人协会的创始者,这个协会致力于让人类变成机器人。
谈到半机器人,我们会想到电影《终结者》中的T-100或《银翼杀手》中的复制人,但其实半机器人是一种由有机元素和机械设备构成的生物体,这些机械设备可以用于提高体内各个器官的能力,通过技术修复某些器官的缺陷、扩展其使用极限。
知名生物黑客提姆·卡农已经在自己的皮肤下安装了集成电路和其他的电子设备。有人说,其实智能手机已经属于人类器官的一部分了,从某种程度上说,我们已经变成了半机器人,毕竟我们离开手机就无法存活。还有人认为:在几十年前,当人类带上眼镜时,我们就已经将外来设备接纳成为身体的一部分了,但是眼镜这类东西对我们来说太为常见,所以我们也没觉得有什么奇怪的地方。提姆认为在体内安装心脏起搏器也属于成为半机器人的一种情况:毕竟,离开这个设备身体就没办法正常运转。总而言之,在他看来,我们都是半机器人。
凡人亦英雄:谈到人类和机器人之间的关系发展历程,我们不得不说到一个人—来自英国的凯文·沃维克。1998年,他完成了著名的机器人1.0实验,在皮下安装了一个带有识别射频功能的集成电路板,通过这个设备发送信号,他得以控制门的开关、灯的开关以及家庭电子设备系统。2004年完成的第二个实验机器人2.0更有意义:他把集成电路板装进了自己的神经系统中—这样,他可以将自己的大脑和哥伦比亚大学的网络连接在一起,并且成功地远程移动了英国雷丁大学中的一个机器人手臂。最让人惊叹的是,沃维克坚信通过这种方式能够实现人和人之间的“心灵感应”,于是他在老婆的大脑中也装了一个微型电路板,构造出了世界上第一个纯粹依靠电流信息交流的人体互动系统。或许,在不久以后,我们也可以把手机和信用卡装在皮肤下,这样我们出门购物时就不会再丢三落四了。