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作者:大卫·加耶 当前章节:15618 字 更新时间:2026-6-22 21:16

另一个关键概念是“技术独特性”。这个概念由谷歌的战略工程师克兹韦尔提出,用来描述当下以指数级速度发展的科技。随着技术发展,在将来的某一时刻,人工智能一定会超过人类。对此,最为乐观的看法认为在本世纪中叶这一推断就会成为现实。正如之前章节中我们讨论过的,人类千辛万苦创造出来的机器很有可能会超越其发明者,甚至摧毁人类。因此,有很多声名显赫的科学家和战略家们,如史蒂芬·霍金和特斯拉的创始人埃隆·马斯克,都已经明确表示希望控制人工智能的发展速度。

有一些反对超人类主义及后人类主义的评论家认为:机器人的发展会减弱人本身的意义和重要性(人类自身的意义就还没有得到充分的展示),此外,那些所谓的可以用来改善身体器官的机器资源被有钱人掌控,这将导致贫富差距进一步拉大。这种看法在电影《极乐世界》中有所体现,电影里,有钱人纷纷逃亡到一个科技先进、资源齐全的卫星上,众多贫困人民被留在地球上,深陷于战争、贫困和资源匮乏的泥沼中。持有这种看法的人被称为“生物保护主义者”,并且大都带有理想主义的色彩。

科学逸事:确实存在一定实例违背了“技术独特性”这一说法。技术的指数级发展起源于1967年英特尔的创始人戈登·摩尔提出的摩尔定律。根据此定律(经验推导而成),当价格不变时,集成电路上可容纳的元器件的数目,约每隔18 ~ 24个月便会增加一倍,性能也将提升一倍。换言之,每一美元所能买到的电脑性能,将每隔18 ~ 24个月翻一倍以上。这一定律揭示了信息技术进步的速度。因此,我们会发现:短短几年内,同一台电脑的性能在提高的同时,价格也变得更低。技术的指数级发展让世界在短短几年内改变,你可以观察到,互联网的信息传播速度越来越快,智能手机、社交网络带来了信息爆炸,带来了大数据时代,也让现实和虚拟世界的界限越发模糊。

然而,戈登·摩尔本人也说过:这种指数级增长现象并不会永远持续下去。其中的一个原因就是处理器上的晶体管数量是有限的:晶体管的数量越多,单一晶体管的体积就越小,现在一个硅板上有上百万个晶体管,但是这些晶体管的体积几乎已经达到了极限—接近一个原子的体积。对微型体积的高度依赖会引发很多问题。首先,原子是世界上最小的物体(除组成原子的更小微粒之外),因为世界上的所有物质都由原子组成。另外,这些集成电路板会极易升温变热,并引发量子效应,影响电路板的效果。或许,未来会是量子计算机的时代,量子计算机可以利用亚原子的特殊属性来操作各种各样的应用,这是我们无法想象出来的场景。微软的创始人保罗·艾伦提出“技术发展应当刹车”,因为科学和技术的发展愈发交错复杂,人类的发展也将面临种种困难。例如:如何利用电子技术来仿造人脑就是目前为止科学界面临的最大的一个难题。

不论怎样,我们都知道:没有什么事情是简单的。

我把“未来,我们会变成半机器人吗?”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:

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@Diana Campos: 额,不会……光是想到站在门口保安室吹哨子的那些机器人,我就绝不会想要变成他们!

.20.一个沙子堆成的城堡能多高?

在我很小的时候,电视机只有两个频道,没有网络、网飞[ 网飞:美国在线影片租赁提供商。]、游戏机、电脑、手机,什么都没有。只有十几个一起在大街上玩耍的小伙伴,一堆小人书和一些原始的玩具,不是带电池的那种。所以,在很多无事可做的下午,尤其是寒冷的冬天,我们没法去户外玩耍时,我都默默地在家一个人堆纸牌屋玩:14、11、8、5、2……一层一层堆起来,这就是我跟算术学最初的联系,而我那时完全不知道何为“算术”。堆纸牌屋时,我一直想要突破极限,想要堆得很高很高,但是最终总是以纸牌屋坍塌或者没有纸牌继续堆下去而作罢。同样地,我在海滩上堆沙子城堡时,也面临同一个难题:每当堆砌到一定高度时,沙子城堡就慢慢地自行坍塌。

大象的体温下降过程会比其他的小型啮齿目动物慢得多,一个沙子堆成的城堡在到达一定高度后会逐渐坍塌,香槟酒的气泡以一定的加速度上升……好像这个世界上所有的事物都会有一定的极限。

看上去毫无共同点的行为之间却有着这么一个相同的属性,即都遵从“立方定律”。这个定律解释了体积的重要性,阐释了数字的二次方和三次方的变化规律和其体积的关联。

我们来看一组自然数:1、2、3、4、5……

我们再看这些数字的二次方:1、4、9、16、25……

再来,三次方:1、8、27、64、125……

通过这三组数字,我们可以看到,等差数字的增长速度没有它们的平方数增长得快,立方亦然。比如说,这三组数字中的第五个数:第一组是5,第二组是25,第三组已经是125了。也就是说,假设有一个球它的半径为1单位,那么如果我们把它的半径扩大5倍,其表面积就是原来的25倍,而它的体积会增长到原来的125倍。表面积和体积之间的这种关系是理解很多自然现象的基础。

为什么会出现这种现象呢?是因为几何原理。按照几何原理,一个物体的体积呈三次方增长,表面积呈平方级增长,即如果一个物体体积增长,那么它的体积增长的量会比表面积增长的量大得多。充气球就是个很典型的例子:气球里面空气的体积比气球的表面积增加得快得多。这个现象其实就是我们上文说的“立方定律”的体现,这个定律由物理学家伽利略在1638年提出。在日常生活中,这种现象普遍存在,物理学、工程学和生物学中也都广泛运用立方定律。

流行小知识:当我在《权力的游戏》里第一次看到保护七国不受异鬼侵犯的冰墙时,我为冰墙的宏伟所震撼:213米高的冰墙啊!要知道,长城也不过就约7米高而已。那么,建造出这么高的一面冰墙可能吗?在南极洲、格陵兰岛和加拿大,有很多从附近的冰川上脱落形成的浮冰架,一般厚度为30多米(第一批北极探险家们把这些冰架称作“冰障”)。某些体积特别庞大的冰架,如著名的“拉森冰架”,厚达200到700米。但即便如此,这座冰架离剧中那么高的冰墙的厚度也差得远了。所以,如果要建造和剧中一样高的一座冰墙,需要多厚的冰块,才能够支撑起这堵墙的重量呢?阿拉斯加·费尔班克斯大学的物理学家马丁·特拉夫提出了这个问题,他知道,冰有自行融化的自然特性,因此一块冰需要一块宽度为其高度40倍的一个基底作为支撑,在我们讨论的问题中,也就是需要一个8.5千米宽的基底。就算我们假设这样大的基底真的存在,这样的一座冰墙的坡度也会很小,很容易就能爬上去,要形成剧里的那种陡直的冰墙很困难。如果这个冰墙真的有这么大的基底,那些异鬼早就抵达临冬城了。

再举个例子,我们人类可不可以大幅度增加我们的体积,变成巨人呢?这个假设不太可能,因为我们的肌肉交叉力量不可能受得了这样的变化,不管肌肉有多少,都只能以平方级增长。我们的身体大小,一部分取决于身体的密度(由个体基因决定),另一部分取决于体积(呈立方级增长)。当我们体积增加时,我们的体重也会变大,那么我们就需要更多的力量来支撑自己的体重。结果就是:巨人最后会自行瓦解,他的骨头会因为无法承受他的自重而断裂。同理,如果我们把一个蚂蚁的体积变大,我们会发现这只蚂蚁的脚的表面积增长幅度不足以撑起其体重。电影里的哥斯拉最后也会因为自重过大,身体无法承受而自行瓦解。这和我们在沙滩上堆砌的沙子城堡最终自行坍塌是一个道理。但是,海洋哺乳动物,如鲸鱼,体积之所以能这么大是因为水压会抵消一部分自重。相反,由于立方定律,微型昆虫,如蚂蚁,可以承受比它自身重很多倍的物体,还有跳蚤,可以跳得很高,就是因为它们的力量相对于它们那小得可怜的体积和自重而言,实在是太大了。

科学逸事:漫威电影里的生化科学家、量子物理学家、机器人、人工智能专家以及昆虫学家汉克·皮姆(漫威里的超级英雄都是科学家),做到了在变小和变大之间随意切换。事实是,虽然他从来都不是我最喜欢的超级英雄(可我喜欢蚂蚁),但我猜测:如果能像蚁人一样缩小自己的身体,你就可以和蚂蚁交流,拥有超级力量(轻而易举撑起比你自己重50倍的物体),还有你的女朋友会是珍妮特·凡·戴因(美国漫威漫画旗下超级英雄黄蜂女),这样也挺不错的。而当你变成巨人的时候,虽然前文里我们已经分析过,这是不可能的,因为你的肌肉和骨骼在体积呈立方级增长的时候会崩坏。但是,我们可以发挥想象力,毕竟漫威世界里的物理规律和现实世界的物理规律是不同的。对我们来说,这是一件好事。

立方定律的生物学内涵体现在动物的体积和其能量需求上。例如:一头大象通过体表和外界交换热量,但是它的表面积和体积之比并不算大,大象的热交换速度比较慢,其体温下降得不如小型啮齿目动物快。所以,大象不需要频繁进食来补充自身能量,因为其体表面积和体积的比例远远小于一只老鼠,虽然听上去不太符合现实。老鼠通过自己的皮肤向外界快速地散发热量,所以需要更多的食物来不断补充能量,维持身体的正常运转。因此,海洋哺乳动物(如鲸鱼)的体积都很庞大。如果他们体积很小,他们通过皮肤散发的能量太多,就难以在充满水的环境之中存活下来。

另外,我们可以观察香槟气泡里的立方定律:你会发现香槟气泡在玻璃瓶里不断加速上升。气泡上升时的浮力大小由气泡的体积决定,也就是由气泡截面的半径决定,而气泡在上升时体积会变大。在浮到表面之前,二氧化碳含量越来越多,导致气泡体积增加。这样气泡的上升速度会不断加快,因为随着气泡体积的增加,其受到的浮力也增加。同时,气泡上升受到的阻力也会增加,因为阻力大小和气泡的表面积有关。但是,表面积是呈平方级增加,而体积是呈立方级增加。所以,气泡受到的阻力增加幅度远远不及其受到的浮力增加幅度。最后,就会出现大家熟悉的场景:气泡上升得越来越快、气泡越来越大,最后嘣的一声,冲破瓶口,消散在空气里。

最后,我的朋友哈维尔·桑他纳亚,物理学家、工程师兼YouTube科普视频制作人想要给各位一个真诚的建议:去超市买土豆的时候,一定要买最大的。为什么呢?考虑到土豆的体积和表面积的比例关系,如果我们选了那些最大的,我们削皮的单位时间会变少,而最后做出来的土豆饼却会是最大的。

我把“一个沙子堆成的城堡能多高?”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:

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@Ramon2202Del:这高度取决于你要建哪种城堡—是圆台那样的呢,还是圣家族大教堂那样的?

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@Heichou_bicho: 沙子城堡的高度取决于两点:一是你多认真地在堆,二是旁边的熊孩子多认真地在搞破坏。

.21.怎么划分银河里的各种文明?

在前面的章节中,我们已经介绍过了德雷克公式,它能够帮助我们预估银河系中可能存在的发达文明的数量。接下来,我们要进一步探究如何对这些文明进行划分。

事实上,早在1964年,苏联天体物理学家尼古拉·卡尔达肖夫就已经指出:文明的层次可以通过它所能利用的能量来衡量,这种指标也被称为“卡尔达肖夫指数”。卡尔达肖夫将所有文明划分为以下三个量级:

I型:这种文明能够利用其所在行星上所有可用的能量。

II型:这种文明能够利用其所在行星系中所有可用的能量。

III型:这种文明能够利用其所在星系中的所有可用的能量。

想象力对于科学家来说尤为重要,而卡尔达肖夫先生恰好是这样一位想象力丰富的人。由于我们尚未能够利用地球所提供的全部资源,浅薄的人类文明至今远没能达到I型(2017年时地球文明才达到0.72级,也就是说我们现在依旧处于0型文明)。此外,II 型和III型文明需要离开它们所在的星球,并且完成对周围空间的殖民,而我们显然尚未做到这一点。不过,为什么卡尔达肖夫在进行层次划分时,只关注文明所消耗的能量,而不关注其他因素呢?这是因为对能源的支配能够展现一个文明的科技水平。

据推测,人类文明会在一到两个世纪内达到I型,几千年后达到II 型状态,并在10万到100万年间达到III型状态。然而,正如我们在德雷克公式的例子中所看到的,发达文明也可能还没来得及经历如此漫长的时间跨度,便已经自我毁灭。

每类文明的能量来源各是什么呢?我们应该很熟悉I型文明的能量来源—我们目前已知的有可再生能源、化石燃料(当然,它们总有一天会消耗殆尽),以及尚未被成功开发的能源,如核聚变能源,因为核聚变反应应当将原子干净地融合起来,而目前核电站所能做的只是裂变原子。

流行小知识:尽管对于沃卓斯基姐妹而言,《黑客帝国》才是她们创作生涯中的最佳影片,但《木星上行》的剧本设定确实新颖而令人不安:在宇宙中,一个强大的外星家族需要一种血清,使他们达到“完美的达尔文主义状态”,从而长生不老,人类和其他行星上的生命恰恰是生产血清所需要的原料。

如果你们感兴趣的话,顺便说一下,这部电影的许多场景都取自西班牙毕尔巴鄂市的古根海姆博物馆附近。

II型文明可以采用地球上已经使用的方法(不过是应用于太阳系的其他行星上),也能够发展新的方法,获取我们已经想象到的以及无法想象到的各种能量。最引人注目的方法便是戴森球—因纪念于1960年提出该概念的科学家弗里曼·戴森而得名。

戴森球实际上是一个包裹着恒星并捕获其释放的所有能量的大型球体。例如:使用戴森球,我们可以捕获太阳向各个方向发射的所有能量,而不仅仅是我们在地球上接收到的一小部分—尽管,正如你所能想象的,建造像戴森球这样庞大的结构并不容易。它确实出现在一些科幻小说、电子游戏和漫威的漫画中。

可以确定的是,戴森球并不是一个实心球体,它承受不了巨大的压力。比如说,戴森球可能是一群尽可能收集辐射的卫星,而它最简单的形式便是戴森环,类似土星环,不过是由能量收集卫星形成。

当戴森提出他的球体概念后,他鼓励天文学家寻找戴森球向宇宙发出的辐射,以寻找可能存在的外星先进文明。当然,带有戴森球的恒星并不会被直接检测到,但由于其温度,球体会发出红外线。

科学逸事:自2015年以来,科学家们一直在试图解释Tabby行星(或称KIC 8462852行星)所经历的奇特变化。这颗行星位于银河系天鹅座和天琴座之间。尽管科学家目前正在寻找其他解释,但存在这样一种可能—尽管这种可能性很低—这颗行星周围或许存在着戴森球。因此,人们也称它为“宇宙中最神秘的恒星”。多迷人啊!

最后,从整个星系中获取能量的III型文明,类似于科幻小说中出现的银河帝国,如《星球大战》中的银河帝国,或《星际迷航》中的博格文明。这种文明能够使用什么能源呢?这种文明已经先进到能够利用宇宙中能量最大的物体,如超大质量黑洞、白洞(类星体)或伽马射线暴。

物理学家、科普家加来道雄认为:III型文明甚至能够打开虫洞或通往其他宇宙的大门,从我们的星球中,也可能观测到另一星系的III型文明的存在。因此,一些研究小组对它们进行了跟踪,但没有成功—显然,它们并不存在于我们星系的“附近”。类星体是一种现象,当位于星系中心的一个“巨大黑洞”开始吸收其附近的所有物质时,就会产生类星体,但我们至今仍不知道原因是什么。当这一切发生的时候,由于吸积盘的高速旋转,类星体会产生巨大的能量,并以无线电波、光、红外线、紫外线和X射线等形式释放出来,使得类星体成为目前已知的宇宙中最耀眼的天体。

科学逸事:虫洞也被称为“爱因斯坦-罗森桥”。我从未见过虫洞,它的存在也未曾被证明过,但爱因斯坦和罗森都相信宇宙中存在连接两个遥远时空的点甚至两个平行宇宙的隧道,能够使人从一处瞬移至另一处。这就比方说一条蠕虫没有选择从苹果表面爬到另一端,而是直接穿过内核到达了另一端。因此,“虫洞”这个名字用来描述多维空间中可能存在的隧道—由时间和重力的扭曲产生的维度。不管虫洞是否存在,这种假设都给科幻小说带来了很多乐趣,我敢说,《星际迷航》的粉丝们肯定会为它的存在振奋不已。

加来道雄称最微妙的时刻便是当下—人类正在从0型文明走向I型文明的当下,因为我们装备了极其危险的生化武器和核武器,同时有着某种野蛮又狂热、激情而又偏执的心态。加来道雄还将恐怖主义定义为对I型文明的反抗。幸运的是,他也承认行星文明往往是包容、合作、先进的。也许这样的说法乐观了点,但我们或许正朝着这样的设想迈进,互联网、欧盟、全球流行音乐或英语作为一种全球性语言都是例证。根据加来道雄的说法,一旦我们的文明达到I型时,我们就会是坚不可摧的了。我很欣慰地看到人类现在已经开始关心我们的地球,学习倾听、宽容与和平相处。

.22.无铅汽油和地球的年龄有何关系?

长期以来,汽车燃料所使用的无铅汽油与其他燃料相比,对我们的健康和环境更友善,而这要感谢克莱尔·C.帕特森,是他促进了这一改进的实现。这位科学家最早测定了地球的确切年龄—这一数字远超出《圣经》或其他预言。此外,他还卷入到了一场同石油公司之间的斗争。

1922年,帕特森出生于美国爱荷华州,致力于地球化学领域的科学研究。他试图测量火成岩中的铅同位素,从而确定地球的年龄。根据核物理的知识,地球上的放射性元素正在缓慢地转化为其他元素,产生自然放射现象,直到它们变成非放射性元素(如铅),以后便不会再分解,而是以某种方式重新出现在放射性衰变链的顶端。

铀是元素周期表中最重的放射性元素,并能转化为铅。知道铀衰变率,以及每块岩石中铀和铅的数量,就有可能计算出这些岩石被创造的时间,或者说地球的年龄。这就是帕特森的测量方法。最终,他发现地球约有45亿年的历史。

科学逸事:17世纪,爱尔兰大主教詹姆斯·乌雪曾经根据《圣经》中的人物,推算出地球诞生于公元前4004年10月23日。尽管这一计算甚至将日期精确到了星期日,但它事实上错得很离谱,因为地球并非只有4000多年历史,而是足足有45亿年之久。

让我们继续讲回帕特森的故事。在这位地球化学家的研究过程中,他还发现了另一个令人担忧的事实,即如今的自然环境中铅含量极其之高,尤其是同过去相比。通过测量海底岩石或来自格陵兰和南极的冰核(这些样品能够显示其他遥远年代的铅含量的水平),帕特森发现,到目前为止,铅的含量已经增加了上百倍。事实上,这也是他们研究中的一个难题,因为他们的实验需要隔绝外界环境中铅元素的污染,以避免受到干扰,从而得出没有误差的结果。

为什么环境中铅的含量会如此之高呢?导致铅含量超标的部分原因是汽油中加入了能够减少爆震的四乙基铅,并在燃烧后通过排气管排放到环境中。从这时候起,帕特森开始同强大的石油公司进行斗争。帕特森将自己的发现刊登在1965年发表的《受人类污染的自然环境》一文中,指出了铅对自然环境和食物链的负面影响。

作为一种有毒金属,铅能够储存在人类的大脑、肝脏、肾脏、骨骼和牙齿中。这对于儿童来说更加危险,因为它能损害大脑的发育,并且导致贫血、高血压、肾功能障碍、免疫缺陷和生殖缺陷。

铅的有些影响是不可逆的,甚至是致命的。一些负责处理铅的工人发疯也并不是少见的情况。甚至包括杰罗姆·里古[ 杰罗姆·里古:加拿大国家水研究所研究员、教授。]在内的一些人认为:正是铅导致了罗马帝国的衰落。罗马帝国大量使用铅制品,比如贵族们都用铅做的酒杯喝酒,这就是为什么痛风在那时是一种很常见的疾病。根据这位研究者的说法,铅对罗马贵族的神经功能的影响可能是导致帝国灭亡的关键。

在与石油公司的抗战中,帕特森的科研资格被取消,与此同时,他理应享有的科学声望也被污名化。他的研究不再受到资助(这些资助过去往往来自石油行业),帕萨迪纳市著名的加州理工学院科研中心也被施压,被迫放弃了帕特森的科研项目。正如烟草行业面对气候变化或消除负面影响时所经常做的那样,石油行业毫无道德地雇佣科学家—如罗伯特·凯赫—进行数据造假,从而反驳帕特森的观点。这些违心的科学家宣称铅的浓度对公众健康没有任何威胁。幸好,帕特森从未动摇。1973年,美国环境保护局终于重视了他的观点,《洁净空气法》获准通过,从那时起,石油公司不得不停止销售一切含铅汽油。帕特森获得了奖励,并于1978年进入了美国国家科学院。

科学逸事:来自哈佛大学威斯生物工程研究所的科学团队设计了一种人造树叶,能够通过一种特定的细菌,利用阳光将水分解为氢气和氧气,并将一氧化碳转化为液体燃料异丙醇。自然界中植物的光合作用率只有1%,而人造树叶有望将这一数字提升到5%。它的系统简单易用,可以在任何地方复制。此外,它使用的催化剂也便宜易得。

汽油中铅的逐渐消除使人体血液中铅的含量大幅度下降。目前,科学界也达成了共识,即无论铅的浓度大小,它都是有毒的。简而言之,这一科学进步来源于一项本来有着其他目的的研究—而我们每个人都从中受益。公民的健康比商业利益更重要,这一切都要感谢帕特森。他是一位没有披风的英雄,是社会责任和科学严谨的典范。尼尔·德格拉斯·泰森主持的科教节目《宇宙大探索》,以及比尔·布莱森所著的《万物简史》都对他表示了赞赏。1995年,他死于哮喘发作。如今,有一颗小行星还是以他的名字命名呢。

.23.为什么月球抛弃了我们?

月亮女神塞勒涅陪伴我们度过了无数个夜晚,哦,虽然有时她也会和我们玩玩捉迷藏。月亮一直是诗人魂牵梦萦的对象,相关作品里有来自灵魂的唱诵,更有浪漫的奏鸣曲。不过,也有人指责月亮会让人变得疯疯癫癫,又或者像传说所记载的那样,让狼人显现原形。迈克尔·杰克逊的音乐短片《颤栗》中也有狼人变身的画面,至少在当时,这个MV相当恐怖。据说龙居住在月亮上,也有人说它代表着经典的女神形象,如前面提到过的塞勒涅,当她的哥哥太阳神赫利俄斯结束一天的使命时,她便开始了自己的夜间之旅。

让我们暂时忘记这些关于月亮的幻想,回归到现实中来。关于月亮及与其相关的巨大巧合,科学界也有着许多惊奇发现。正如诺贝尔物理学奖得主、诗人理查德·费曼所说,科学并不会掠夺世界上的美,相反,它会为这份美丽做出贡献。

对月球岩石的研究结果表明,月球形成于约45亿年前,是一颗名为忒伊亚的行星同地球之间的一次巨大碰撞形成的产物。这就是所谓的“大碰撞假说”,也是被普遍认可的科学理论。在希腊神话中,忒伊亚正是塞勒涅的母亲。不过,忒伊亚究竟是什么呢?它是一颗曾经位于地-日拉格朗日点(也就是太阳和地球的重力场相互抵消的点)的行星,差不多跟火星一样大,但在引力的作用下,它最终偏离了轨道,并以40000千米/小时的速度同地球相撞。这次撞击彻底融化了我们的星球,也摧毁了本应永远陪伴地球的忒伊亚。在撞击中,部分熔融物质和陆地地幔被抛向太空,随后重新结合,形成了卫星—月球。

这一假说的科学依据正是在阿波罗任务中收集的月球岩石,科学家发现月球物质有着同地球物质十分相似的同位素成分。撞击后,地球上的一天只有五小时长,而月球离我们的距离只有2万千米,几乎比现在近了20倍。想象一下海洋形成后所产生的潮汐,或者是满月之夜侵入地球的光。尽管如此,这一理论仍然存在一些待解决的问题。其他假说认为地球和月球是一起形成的,或者月球是形成后被地球的引力场捕获的,但这两种可能性都不大。

碰撞后的每一天,月亮和我们之间的距离都在拉大,现在,它已经离我们有393500千米了!这并不是因为它的存在会对我们有任何不利之处(当然了,可能确实有),而是因为地球表面与海洋的渐进摩擦使得地球的旋转速度逐渐放缓。正如在牛顿的第三定律中,每一个作用力都有一个相等的反作用力,地球和月球在引力作用下“拥抱”在一起,当地球变慢时,月球便会加速。当轨道上的物体加速时,加速度便会将它向外推去—你可以试着坐在旋转木马的外边缘,这样就应该会有深刻体会。这就是月亮渐渐远离我们的原因,但它永远不会彻底逃离我们,当地球与月球以相同的速度自转时,将达到一种平衡,此后,引力会将月球慢慢拉回来,让它永远陪伴在我们身边。哦,如果这种情况没有成立的话,那我们也最好保持冷静,因为在此之前,太阳可能已经变成了一颗红巨星,把地球和月球一并吞噬了。

凡人亦英雄:牛津大学和哈佛大学的一项研究表明:小行星或伽马射线爆炸是否会摧毁地球并不重要,重要的是人类会灭绝,而缓步类动物并不会,只有太阳的死亡才能彻底灭绝它们。这类生物俗称“水熊”,而水熊虫便是水熊中一种微小的多细胞生物,它只有0.5毫米大小,却是地球上最顽强的生命形式。如果你有耐心,也有显微镜在手,那么你可以在苔藓或蕨类植物覆盖的水面,或者海洋和河流中发现它的足迹。哈,如果你是位生物老师的话,你现在已经有了一个和学生们一起去野外的绝佳借口了!令人难以置信的是,它可以30年不吃不喝,能在绝对零度至150摄氏度的最极端的气候条件里存活,能承受6000倍的大气压,甚至还能修复自己的DNA,减少自身含水量,以便生活在真空中。此外,它产生的一种蛋白质还能与人类的DNA结合,从而抑制40%的X射线对细胞DNA所造成的损伤。我们的水熊可真是超级英雄啊!

不论怎样,月亮每天晚上都在空中陪伴着我们。这颗天然卫星的直径约3500千米,是太阳系中体积第五大的卫星。月球的半径只有地球的四分之一—就好比篮球和网球间悬殊的个头—质量则是地球的81倍。月球最奇特的特征之一便是它自转一周的时间几乎与绕地球公转一周的时间相同。这样一来,从地球上,我们只能看到月球的同一面,而它的背面却总是藏起来,保持着神秘。

此外,除了地球本身外,月球是人类至今到过的唯一的天体。1969年,在肯尼迪总统的批准下,阿波罗11号宇宙飞船成功在月球着陆,宇航员尼尔·阿姆斯特朗说出了那句名言:“这是我个人的一小步,却是全人类的一大步。”月球上的重力较弱,所以一个体重90公斤的人在月球上的体重只有16公斤左右。当然了,月球并不是真的帮你减肥,你的质量还是和原来一样,只不过受到重力的吸引更小而已。顺便提一下,首先听到宇航员声音的并不是美国,而是美国国家航空航天局(NASA)位于马德里自治区罗夫莱多德查韦拉的地面测控站。

在登月任务中,宇航员们收集了数据和岩石,还在月球表面安装了一些反光镜(这也能证明人类曾经到过这块地方)。现在,这些镜子被用来反射来自地球的激光,并且通过测量激光的往返时间来精准地计算月球在每一刻与地球的距离。他们的发现令人惊讶,月球正在以每年3.8厘米的速度离我们远去。

科学逸事:早在激光出现之前,希腊人喜帕恰斯(前190—前120)就已经根据地球半径的数据测出了地月距离—地球半径是一百年前埃拉托斯梯尼用一根棍子计算出来的。在计算中,喜帕恰斯利用了月食中地球在月球上的影子,计算结果只有10%的误差。

月球上没有大气层,所以光无法通过漫反射让天空呈现出蓝色。在这里,天空是黑色的,而太阳是白色的。在月球上,从白天到晚上根本没有黄昏或任何类似的过渡,一切都以一种极为戏剧性的方式发生,就像一条无情的线,把白昼与黑夜分隔。大气的缺乏也使得月球有着无数肉眼可见的陨石坑。在地球上,向地面陨落的天体在进入大气层时会燃烧,而在月球上,它们会直接坠落,同月球表面发生大规模碰撞。目前,记录到的最大的一座陨石坑形成于2013年的一次撞击,那时,一块40公斤重的岩石以90000千米/小时的惊人速度坠落,这次撞击相当于5吨三硝基甲苯(TNT)炸药同时爆炸。

月相的变化周期为27天,是由于太阳—地球—月球系统的相对位置而产生的。尽管月亮会影响我们的生活,但千万不可以拿它来预测星座—当然了,星座可以在交谈中打破尴尬的僵局,但缺乏科学依据。潮汐才是地球上的海域受到月球和太阳的万有引力而产生的现象。

不过,月球最惊人的特性也许是它带来的日食景象。当日食发生时,月球与太阳的身影几乎完全重合。这并不符合实际情况,但由于距离合适(大约30个地球直径),在月球走到太阳和地球中间时,月球的大小正好和太阳看起来一样。如果月球看起来更大,就会完全遮住太阳,如果它再小一点,看起来就像太阳中有一个黑色的圆圈。它们非常契合,这也使得太阳的最外层—日冕—能够被清晰地识别出来。说起来,这真的是宇宙中的一个巧合。

我把“如果没有月亮的话会发生什么?”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:

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@_orgalorg_ illo: 大海肯定会受到影响。

@alemm5: whatsapp:那就不会有月亮的图标。

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@Nacho Triana Toribio: 公牛也许就不会恋爱了。

@Juan Sebastián Sánchez Contreras: 我们再也看不到狼人了。

.24.镜子是什么颜色的?

我是一个会对镜子感到害怕的人;

面对着无法穿透的玻璃,

里面有一个不存在的无法居住的空间

反映着,结束了又开始;

……

上帝创造夜间的时光,

用梦和镜子把它武装,

为了让人心里明白,自己不过是个反影,

是个虚无。因此,它才那么使人害怕。

—路易斯·豪尔赫·博尔赫斯《镜子》

人们对镜子着迷的原因有很多。在很久以前,当镜子不存在的时候,没有人知道自己的脸是什么样子的,除了在水面上流动、转瞬即逝的倒影。你能想象出不知道自己长什么样吗?我敢肯定,那些臭美的人肯定受不了。很快,在伊特鲁里亚、古埃及或古希腊等文明中,人们已经开始对银、青铜和铜等金属进行打磨抛光来制成镜子。此外,这些物体还有一个奇怪的特性,那就是在我们所处的三维空间中开辟出一个新的空间,似乎它们是一扇门,能让我们进入一个同现实完全相同的世界,也就是所谓的“镜面”。另外,镜子也能让空间显得更为宽敞,这种特性使它在小房子的时代非常有用。镜子的性质使它经常被认为具有神奇的特性。例如:吸血鬼看不到镜子里的自己,濒死者的灵魂能被困在镜子的另一面。在白雪公主的故事中,邪恶的巫婆每时每刻都在要求魔镜告诉自己谁才是王国中最美丽的人,当她听到白雪公主的美貌在自己之上时,勃然大怒。还有人说,破碎的镜子会给人带来七年之久的厄运,但是你得知道,这纯粹是迷信,没有任何科学依据。当然了,最好还是不要把镜子摔碎,毕竟有可能会割伤自己。

这个让人类有诸多思考的物体究竟是什么?镜子有着光滑的表面,并且能按照光学定律来反射光线。大多数物体都能够反射光线,因此我们才能够看到它们,而它们在我们眼中的颜色也取决于这种反射—当然了,所谓的“黑体”是个例外,因为它能够吸收所有光线,不会有任何反射。举个例子,绿色的苹果会吸收除绿色外所有颜色的可见光,而绿色光线则会通过反射到达我们的眼睛,让我们的大脑认为苹果的颜色是绿色。因此,我们总是说,物体是(或者包含)所有的颜色—除了我们能看到的,因为这是它唯一反射的颜色。然而,当我们看向很多物体,如苹果、窗帘甚至木板时,不会产生照镜子时的感觉,也不会觉得我们自己反映在了这些物体中。这是为什么呢?

当光线照射在苹果等普通物体时,会无规则地反射向四周,也就是所谓的“漫反射”。这是由于这些物体的表面并不规则,光线无法有序地反射,只能向不同的方向弥漫射出。相反,镜子的表面已经打磨光滑,十分规则,因此能够使反射光线以和入射角相同的角度有序地射出(这一入射反射定律也被称为“斯涅尔定律”),因此会形成我们面前物体的镜像画面。镜子越光滑,它反射出的图像就越真实。另外,平面镜能够如实呈现出物体的比例,而我们在游乐场中见到的曲面镜、凹面镜或凸面镜等则会产生扭曲的图像,让我们看起来被拉长或者压扁了。这很有趣,但同时也很可怖:一面放置在马德里加多小巷的扭曲镜面为作家拉蒙·玛丽亚·德尔巴列-因克兰带来了灵感,从而使他创造出著名的文学体裁—怪诞文学。“怪诞”往往以扭曲夸张的方式批判现实,正如曲面镜所反映出来的现实一样。如今,镜子通常是一层薄铝或薄银再覆盖上一块透明玻璃(成分通常为硅、钠和钙)组成的。

科学逸事:在智利的北部,阿塔卡马沙漠的中心,确切地说,在海拔3000米的阿马索内斯山脉的顶部,正在建造有史以来最大的宇宙望远镜—欧洲极大望远镜。其主镜直径为39.3米,由798个六角形小镜片拼接而成,并由若干五边形镜支撑。包裹在望远镜之外的圆顶直径长达85米,足有一个足球场那么宽。一旦建成,它将成为地球上最大的可见光观测设施。欧洲极大望远镜所观测到的图像质量极为卓越,在观测波长相同的情况下,甚至比哈勃空间望远镜[ 哈勃空间望远镜:由美国国家航空航天局(NASA)和欧洲空间局(ESA)合作共同管理。]要清晰十五倍。这项浩大工程的初始预算达到了惊人的10亿欧元,不过,如果它真的能帮助我们发现新的星系或者其他无穷尽的宇宙奥秘,那这样的投资也很值得了。

那么,镜子是什么颜色的呢?由于镜背的镀层颜色,镜子一般会呈现出银色。然而,镜子其实呈现的是它所折射的物体的颜色。如果把镜子放在一面黄色的墙前,它就会是黄色的;如果把镜子照向天空,它将是蓝色的;如果把镜子正对着我们的脸,那它就是我们面孔的颜色。白色物体的特征在于它们会反射所有的颜色—虽然是以漫反射的方式。这就是为什么天文学家菲尔·普莱特将镜子描述为“智能的白色”,也就是说,它们能像白色一样反射一切光线来产生图像,但却是以有序和非漫反射的方式。

无论如何,我们得承认,镜子并不完美,它们总是吸收它们接收到的小部分光,然后反射其余的光。我们的眼睛往往不太注意这个微妙的现象,但是科学家已经研究了镜子所反射的电磁波谱,并发现了上述吸收现象。他们还发现了一些奇怪的东西:由于镜子通常由玻璃和金属组成,因此,波长510纳米左右的光线最容易被镜子反射,而人类的大脑会将这类波长感知为绿色。因此,我们或许可以说,镜子有一种轻微的绿色色调。

当我们把两面镜子面对面放置时,这中间会产生一种能够无限反射的奇怪隧道,因此有人说,两面镜子之间的便是无限。当你处于两面平面镜中间时,请注意观察,镜子隧道越往深处绿色也越明显,这是因为镜子不断地吸收非绿色光线,最后便使得绿色越发明显。

我把“镜子是什么颜色的?”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:

Instagram

@edumartin237: 透明的。

Facebook

@Nacho Triana Toribio: 我的镜子明明是黑色的,但不知道怎么回事,每次我照镜子时都能看到越来越多的白头发……

.25.儒勒·凡尔纳是预言家吗?

预测未来的最佳方法是创造未来。

— 美国计算机科学家 艾伦·凯

小时候,当我不需要做作业时,除了搭纸牌城堡,玩那种没有电池的玩具,以及和伙伴们在街上打闹(当然,他们也没有电池),我几乎总是在读书。这对现在的我来说几乎不可能,因为我们有着社交网络、智能手机、平板电脑、YouTube,以及社交软件上总让我十分紧张的群聊和数十个电视频道—这些都让我很难专心阅读。

物理学家阿尔方斯·科尔内利亚用“信息中毒”来描述,在快节奏的现代化社会中人们难以集中注意力,总是处于一心多用的状态。为了完成繁忙的工作,并在当代的喧嚣中生存下来,我们这种分散式的新思维模式可能是有用的。但是,对于其他更放松的任务,如果没有那么多连续不断的刺激,如阅读小说,或者你现在正在看的这本书,这种新的思维方式就不太管用了。你有多少次丢下自己手头的工作去玩手机?或许这就是现在充实精神和其他放松、冥想疗法会大行其道的原因吧。但我这一代小时候没有受到信息过载的荼毒,所以我在年幼时一遍又一遍地读了很多书(当然是小说居多):《金银岛》《三个火枪手》《基度山伯爵》《宾虚》《白牙》以及儒勒·凡尔纳的所有著作……

以上这一百多本奇幻小说、冒险小说或者科幻小说(当然,我没有全部读完),在大多数情况下,主角都是科学家或者不安分的人。简而言之,这些书满足了我对知识和科学的好奇心。谁能想到,凡尔纳,这位历史上被翻译作品数第二多的名家,是促使我最终成为一名工程师的原因呢。

除了他强大的叙事和虚构能力,真正令我着迷的是他对未来的预测—有时,他甚至能预测出几十年后才会有的科学进步。我最喜欢的是《地心游记》《海底两万里》。后者写于1870年,并于1954年被迪士尼制作成电影,由理查德·弗莱彻导演,柯克·道格拉斯参演。《海底两万里》讲述了著名的尼摩船长在他的潜水艇鹦鹉螺号上的冒险故事。在这个故事中,生物学家皮埃尔·阿龙纳斯被尼摩船长救了出来,尼摩不让阿龙纳斯把他那巨大、秘密的海底交通工具告诉世界。之后,小说描绘了各种水下景观,还对许多海洋动物做了细致的刻画,其中最引人注目的就是那只巨大的乌贼,它的大触手把鹦鹉螺号困住了。

第一艘电能驱动的潜水艇是由西班牙人艾萨克·佩拉尔于1888年发明的。众所周知,佩拉尔对凡尔纳的作品非常着迷,这也激发了他的创造力和想象力。佩拉尔的潜艇如今在他的家乡卡塔赫纳的海军博物馆内展出。凡尔纳还在这本书中描述了他对水下摄影和能够对人产生强烈电击效果的武器的设想。前者在二十年后,被水下摄影先驱路易斯·布唐变为了现实,而后者则类似于如今防身常用的泰瑟枪。凡尔纳的想象力并不仅仅局限于水下,在他的作品中,他还预言了直升机,正如1886年创作的《征服者罗伯》中描述的那样,信天翁号飞船能够靠螺旋桨的推动实现飞行。

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