时空穿越指南｜阿飞·早茶夜读706
706 | 读城记2020
时空穿越指南
43岁，工程师/科技工作者
━━━━
1.一本老书，一部旧片
《时间简史》是霍金1988年出版的一本科普读物，《星际穿越》是6年前的旧片，今年因为疫情的关系又重映，再看一遍，依然觉得诺兰NB，美帝的NB是全方位的，不服不行。
前两天刚跟煜哥讨论过《时间简史》，宇宙膨胀，收缩，坍塌，地球内的规则，地球外的规则......相对论和量子理论是动摇人们旧有思维模式的两大利器。极端一些讲，圆环就无所谓时间，但一旦截取一段，就有了先后。当死变成了生的另一个起点，时间就消失了。
中国古代的“世界”一词来源于佛教，“古往今来曰世，上下四方曰界”，据楞严经卷四载，世，即迁流之义（过去现在未来三世）；界，指方位（东南西北上下十方）。所以宇宙其实指的就是时间和空间的结合体，现在普遍认知的是四维世界（xyz+时间，当然现在有的科学家认为宇宙是十维的）。
2.时空真正的定义
认识宇宙的基础是广义相对论和量子力学。相对论从根本上改变了时空观，时间不能完全脱离和独立于空间，必须和空间结合在一起形成统一的时空客体。
由于时间的测量比长度更为准确，目前更常用时间来测量距离。比如，米的定义即为光在以铯原子钟测量的0.000000003335640952秒内行进的距离。所以，光年，光分，光秒都是长度单位。我们离太阳大概是8个光分，就是光跑8分钟的距离。这说明什么呢？我们看到的太阳，其实是8分钟前太阳的真正样子，离我们最近的星座半人马星座其实是4年多前的样子，仙女座星云其实是50万年前的样子，而我们现在看到的可以看到的星星，也就是几百几千万年前的星星，现在可能早就变了样子，甚至可能都爆炸消失了。
按广义相对论，引力并不像其他种类的力，它只是时空弯曲这一事实的结果。在宇宙中，时空因质量和能量的分布而弯曲，地球沿轨道运行并非因为引力，而是沿着弯曲空间中最接近于直线的路径运动。广义相对论的另一个预言是，在像地球这样的大质量物体附近，时间显得流逝得更慢一些。
3.伟大的BIG BANG大爆炸理论
目前天文学里最认同的就是BIG BANG理论，即大爆炸理论。通过哈勃望远镜观测，根据多普勒效应和红移观测，可以证实宇宙正在膨胀，从某种程度佐证了大爆炸理论。这个理论给出了关于时间起始点、时间终结、以及宇宙的起源和命运还算说得过去的一些解释：
时间起始点——宇宙大爆炸起点。宇宙是不断膨胀着的，它在最初应该收缩为一点，这一时刻被称为宇宙大爆炸时刻（大约在137亿年前）。宇宙在这一点的密度无穷大，这一点即为数学上所称的奇点。
时间终结——黑洞。恒星由于引力作用会不断收缩，会形成一个“黑洞”。黑洞表面引力很强，时间会在此终止。
4.宇宙的起源和命运
星球、星系和现在的宇宙是怎么产生的？一种是以人择原理来解释的叫做紊乱边界条件的宇宙起源；另一种解释称为“暴涨模型”，它认为宇宙在开始的一瞬间是以加速度膨胀，在远小于1秒的时间里宇宙的半径增大了100万亿亿亿倍。
大爆炸开始时：约150亿年前，极小体积，极高密度，极高温度，称为奇点。
大爆炸后10-43秒：约10^32度，宇宙从量子涨落背景出现。
大爆炸后10-35秒：约10^27度，引力分离，夸克、玻色子、轻子形成。
大爆炸后10-10秒：约10^15度，质子和中子形成。
大爆炸后0.01秒：约1000亿度，光子、电子、中微子为主，质子中子仅占10亿分之一，热平衡态，体系急剧膨胀，温度和密度不断下降。
大爆炸后0.1秒后：约300亿度，中子质子比从1.0下降到0.61。
大爆炸后1秒后：约100亿度，中微子向外逃逸，正负电子湮没反应出现，核力尚不足束缚中子和质子。
大爆炸后13.8秒后：约30亿度，氢、氦类稳定原子核（化学元素）形成。
大爆炸后35分钟后：约3亿度，原初核反应过程停止，尚不能形成中性原子。
大爆炸后30万年后：约3000度，化学结合作用使中性原子形成，宇宙主要成分为气态物质，并逐步在自引力作用下凝聚成密度较高的气体云块，直至恒星和恒星系统。
5.宇宙的边界和未来
科学家发现，离我们越远的星系，退行离去的速度越快。当退行速度达到30万千米每秒（光速）的时候，那就意味着，即使这个星系发的再亮的光也不能到达地球了。也就是说我们能看到的宇宙就是光速退行的星系为半径的球状，在这范围之外宇宙什么样，宇宙有多大，我们永远无从得知了。
至于宇宙的未来，科学家们也给出了预测：简单的说，地球会在未来2.8万年以后，被半人马星座的彗星撞击毁灭；太阳大概在50亿年后变成白矮星（那时候地球温度比现在高60度）；30亿年后银河系和仙女座星系撞击，混合成一起；100兆年以后，发光的星星都没了，宇宙中就剩下中子星、白矮星还有黑洞；1000兆年之后宇宙只有黑洞；宇宙有两种结局：一种是宇宙变成静止死寂，一种是宇宙大坍塌，重新收缩。但是据目前科学家们观测，宇宙还是在加速膨胀中，离死...还早呢！总的来讲，人类大概还有2.8万年的时间去开辟新的殖民星球，抓紧时间吧星辰大海！
6.星际旅行必备之利器——虫洞
我以为在各种网络文学的普及之下，有关虫洞、折叠空间、空间跃迁以及星际航行的场景已经深入人心了。《时间简史》中有关虫洞的部分：爱因斯坦· 罗森桥。目前的问题是一方面认为虫洞极难发现且被人类利用，另一方面也认为虫洞不能维持得足够久，轻微的扰动就会使虫洞收缩直至封闭。
也许一个先进的高维度的文明可以使虫洞持续开放，但这时又存在着历史选择或历史协调的问题。所以爱因斯坦用他晚年的大部分时间想寻求一个包括宇宙中万物的完备统一理论，也就是物理学的统一——终极理论，人类在试图寻求建立一个适用于宇宙中每一事件的、完整的、协调的统一理论，在这个理论中不需要选取特定的常数去符合事实。
7.Cooper落入黑洞中为什么
没被拉成“意大利面条”？
黑洞真的很可怕，体积无限小，密度无限大，而且连光都逃不出它的手掌心，会被吸进去再也出不来。理论天体物理学家凯蒂·麦克提供了落入黑洞的几种死法：
意大利面条化：“假设你发现了一个黑洞，它的质量和一颗恒星相当，周围没有别的东西；它本身只是一个黑洞，当你离得很近的时候，你会被潮汐力拉伸成意大利面。脚上的力比头上的力更大，它把你伸展开来，使你像意大利面一样。”
当然，问题是我们从未发现过如此简单的黑洞。在还没来及落入黑洞之前，我们就也可能：吸积盘灼伤致死（黑洞外围炽热的、旋转的、被称为吸积盘的过热物质会使我们分解），等离子体射流轰击致死（超大质量的黑洞从两端喷射出来的巨大等离子体束，沾之即死），防火墙焚化（指的是当你经过视界的那一刻，当场就会被烧成灰烬）
那么，bug来了，《星际穿越》里Cooper落入黑洞中为什么没被拉成“意大利面条”呢？可以试着用“防火墙”理论来解释：根据信息守恒理论，有关物质的来源以及它去向何方的信息都将得以保存，物质可能会被弹回宇宙，但不会有任何东西被吸入视界以内，在视界以内一无所有，按波钦斯基的说法，黑洞完全没有中心，这根本上是在主张越过事件视界这道“防火墙”以内就是宇宙的尽头，霍金进一步完善了这个理论，他提出进入视界以内的物质和能量全部搅和在一起，尽管信息被搅和在一起，但理论上并非不可复原。
听着有些不好理解吧，简单地说，就是进入黑洞的物质和能量可以被打散，也可以被复原，但是不会湮灭。然而，在这个熵增才是宇宙王道的法则里，怎么才能让Cooper爸爸不被拉成“面条人”，而是弹回地球见女儿呢？除了主角光环以外，我是真的相信唯有爱了。
8.爱（信念）是反熵的指引
Murphy's Law: “If anything can go wrong, it will. ” 其原话应该是“If there are two or more ways to do something, and one of those ways can result in a catastrophe, then someone will do it.”在物理学上，墨菲定律就是热力学第二定律的另一种说法：事情总是越变越糟！熵增总让人感到惶恐、悲从中来。
熵，就是体系的混乱程度，S=klnΩ，只有完美晶体且绝对温度等于零的情况Ω值才能等于1，这个条件太难达到了，只有宇宙大爆炸的奇点才接近这个条件，所以熵也只能是≥0的正值。初始值为正，且只能增加不能减少，那么你想到了，还有一个物理量也具有如此性质，那就是时间。所以，熵又被称为“时间之箭”。在过去，时间是我们臆想出来的一个概念，或者说是一个心理学概念，我们能感觉到时间一去不复返，会站在岸边慨叹：逝者如斯夫。熵第一次定义了时间。
根据熵公式，如果把系统扩大到整个宇宙，作为一个“孤立”的系统，宇宙的熵会随着时间的流逝而增加，由有序向无序，当宇宙的熵达到最大值时，宇宙中的其他有效能量已经全数转化为热能，所有物质温度达到热平衡，这样的宇宙中再也没有任何可以维持运动或是生命的能量存在，这就是热寂说。热力学第二定律预言了宇宙的终结，这个宇宙将死亡于热寂状态。任何地方的温度都是相等的，不再有热传递，也因此不再有生命。这样恐怖的未来比黑暗森林还要黑暗，因为看不到希望，无论谁都会感到无助与惶恐。
然而，人终将与天地、与万物有区别。生命的本质，就是利用能量维持“有序”，抵抗熵的增长，同时通过DNA，将生命延续给下一代。单纯从生命的角度来看，这两种方式已经能让生命在有足够能量的情况下“不朽”了。即使是世间万物都解构成了粒子，我也宁愿相信每一个粒子都携带着一个未知的世界。
更何况还有爱，抵抗着地域，穿越过千年。情不知所起，不知所终。Love isn't something that we invented. It's observable, powerful. It has to mean something. Maybe it means something more, something we can't yet understand. Maybe it's some evidence, some artifact of a higher dimension that we can't consciously perceive. Love is the one thing that we're capable of perceiving that transcends dimensions of time and space.爱不是人类发明的东西，它一直存在，而且很强大，是有意义的。也许意味着更多，更多我们还无法理解的，也许是某种证据，来自更高维度文明而且我们目前无法感知。
上下四方这么大，沧海桑田这么长，寄蜉蝣于天地，渺沧海之一粟，哀吾生之须臾，羡长江之无穷，与子共食明月清风罢了。“我活在世上，无非想要明白些道理，遇到些有趣的事。倘若如我所愿，我的一生就算成功”。
今晚二条
汪曾祺的笔，黄永玉的腰
赵燕侠的腿，老舍的头
往期
TAN
回顾
《北平旅行指南》是遭遇降级的迷失北京｜ 新老东京旅行指南之客舍何处｜ 写得这么细，就怕你被坑｜ 散文式旅行和小说式旅行｜ 那些年，我和孩子们是这样穿越北京城的｜ 按「梁陈方案」改造这座城｜ 别把菜单误认为是食物｜ 无论如何，我感觉到那就是北京了｜ 我在北京的三个“世界”｜ 带上这份攻略，想象尘烟中的北平城｜ 如果，如果北京不再是首都｜ 电信往事考古：由晚清日本游僧一则北京纪事说开去｜ 凌晨三点半，我在家乡找一支烟｜ 一期一会：帝都租房记｜ 纺织城里的职工是很自豪的｜ 喝多了，我的北京便烂熟于心了｜ 不安的佛教徒｜ “走异路，到异地，去寻找别样的人们”｜ 浓淡稀稠，一起喝豆汁儿的，难找｜ 如果真穿回北平，记得去“敲一杆”｜
早｜茶｜夜｜读