關於天文史:地球竟然是圓的?

人類文明發展到今天,基本上人人都知道地球是圓的,地球的自轉產生了白天和黑夜,太陽是太陽系的中心。然而真實的情況是,這些看起來天經地義的“常識”,其實來之不易。

為何這麼說?

如果將文字的發明作為文明的起點,也就是回溯至公元前3200年蘇美爾人創造出楔形文字的時代,那麼人類文明經歷2700多年,才有人開始認識到大地不是平的。

地球竟然是圓的?是否有外星人?未來什麼是確定的?

2015年2月3日,耶路撒冷,楔形文字碑在聖經地博物館展出。

而地球是圓的這個觀點被人們普遍接受則又要經過2000多年,到公元15世紀的大航海時代。由哥白尼提出宇宙的中心不是地球也是文明誕生4600多年之後的事。

最早人類對於平面地球的認識很可笑嗎?實際上並不,因為地球的曲率只有0.000126,以古人的交通工具雙腿和測量工具雙目來說,地球是一個平面的結論是在他們的觀測精度下得出的。

之後古希臘科學家驚奇地發現,同一時刻不同地點的太陽照射傾角是不同的,這也是由於人類活動範圍繼續增大,正是這個觀測精度的提升,離真相更近了一步,我們知道地球是一個球體。

地球不是一個正球體,而是一個扁球體,因為地球赤道和兩級的直徑相差44千米,發現這一結論的時候,已經到了18世紀,人類能夠漫遊全球,以及更加精確地測量地球。

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二十世紀衛星上天后測量精度已經可以達到頭髮絲細的級別,我們又發現地球並不是上下完全對稱的扁球體,北半球比南半球稍微鼓起來一點,大概是幾米的差別。

可以看到,人類對地球的認識是與人類所能觀測到的精度直接相關的,在我們具備的觀測精度下面,科學理論總是與之匹配,而科學理論的修正都是在觀測精度有了大幅度的提升後才具備了實用意義。

正如就在不久前的4月,人類終於看見第一張黑洞照片,照片中的黑洞位於室女座星系團中超大質量星系M87中心,距離地球5500光年,這張照片是天文學家們動用世界各地8個獨立射電望遠鏡觀測,經過繁瑣的數據分析歷時2年才得到的。

關於相對論的出現:人類一思考,上帝也發慌

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人類歷史上首張黑洞照片丨由歐洲南方天文臺提供

在照片中可以看見中心有一片黑色的陰影,周圍有一個光環,黑色陰影是黑洞的影子,黑洞導致了這一帶的光變弱,如果我們以事件視界作為黑洞的大小,實際的黑洞其實比這個影子還要小一些。因為它周圍的引力起到了將周圍的光線偏折的作用,因此形成了更大的陰影。

黑洞此前只是愛因斯坦的預測。1915年,廣義相對論問世,愛因斯坦在這個理論中推導出某些大質量恆星會終結為一個黑洞——時空中的某些區域發生極度的扭曲以至於連光都無法逸出。然而即使是他本人也不確定黑洞是否真的存在。

有一句猶太諺語說:“人類一思考,上帝就發笑。”相對論出現後,可以改口說:“人類一思考,上帝就發慌。”

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1927年,第五屆索爾維會議在比利時布魯塞爾召開,科學家們的合影

不得不說,愛因斯坦是正確的——這張黑洞圖像的各方面的性質與廣義相對論的預言一致。

那麼,除了黑洞,經常聽到的引力波、時間膨脹、彎曲時空是什麼?我們能跨越未來、回到過去嗎?宇宙有大小和生死嗎?我們能像星際迷航一樣穿梭在銀河系嗎?這個世界的物質可以無限分割嗎?這些問題或許都能在相對論中找到答案。

關於地外文明史:真的有外星人嗎?

除了人類已知的世界,宇宙中還有很多懸而未決的問題,比如是否存在外星人,如果對外星人下個定義——他們是地球以外的智慧生命。

為什麼科學家在尋找地外生命時,總要先尋找水?

因為經過100多年的探索,即便到現在,人類也沒有找到直接或者間接的證據證明,生命是可以脫離液態水而保持活動狀態的,在目前我們現有的知識體系下,先找到與地球相似的環境是找到外星生命最有可能的途徑,之後在這個環境中繼續尋找生命存在的證據。

我們還真找到了類似的環境。2017年NASA宣佈土星的第六大衛星土衛二具備生命所需的全部條件,他們在土衛二上的羽流中測量到二氧化碳、氫氣和甲烷的含量處於一種不平衡的狀態。這就證明了在土衛二的冰層下不但有液態海洋,還存在能夠提供生命所需的能量物質。但NASA並沒有宣佈土衛二具有存在外星人的可能性。

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2015年10月28日,美國宇航局“卡西尼”號宇宙飛船拍攝的土衛二

存在外星人,但是從未到訪過地球,這是目前主流科學界的共識。科學家們為何這麼認為,人類此前160年探索外星文明的精彩歷史是什麼?出現過哪些激動人心的時刻,著名的費米悖論又是怎麼回事?

關於未來技術:有什麼是確定的嗎?

同樣充滿未知的還有未來技術的發展,比如用血液化驗來診斷大多數癌症需要多久能夠實現?納米生物機器能否治癒大部分遺傳性疾病?如果可編程物質成為可能,它將為我們帶來什麼?3D打印能夠打印一顆健康的肝臟嗎?

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3D打印技術

坦率地說,想要精準的預測未來非常困難。新的技術不單單是越來越好的事物的緩慢積累、間斷性的飛躍,可能會和其他中間技術有關,當這些技術最終被實現的時候,它們中有很多會與這項技術沒有關聯。

也就是說其實很多時候我們不知道這些未來技術何時才會實現,但這並不意味著要去忽視它,不去反思和討論它,反而是更需要了解這些技術的現狀和挑戰,以及它們會以何種方式令我們的世界變得糟糕或美好。

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想象中的混合現實技術

那麼如何才能找到這些問題的答案?中讀科學聲音聯合推出音頻專欄——《汪詰·科學漫遊指南》,在這檔專欄中,知名科普作家、第八屆文津圖書獎獲得者汪詰將以史話的形式,從相對論、天文學、地外文明、科幻、宇宙自然生命、太陽和技術七大方面講述科學史中跌宕起伏的故事,展示科學家們追尋科學真相時的思維方式和求證方法,探祕科學的本質。

你不僅能收穫對於上述問題的思考和解答,更會發現在收聽的過程中,一種包含探索、懷疑、實證,對萬事萬物充滿理性態度的科學精神已經注入腦中。

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專欄主講人

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