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第5章 遥远有多远(3)

此次研究人员的发现说明,格陵兰岛在同一地区、同一年代的古老岩石中,过高的丰度就会伴随着过低的丰度,从而能刚好互相“中和”,使这一地层的该同位素总体丰度与地球上其他区域大体相同,这从一个侧面印证了地球形成初期是一片“岩浆海洋”的假说,进一步完善了地球初期演变阶段的内部动力学模型。

使用越来越先进灵敏的科学探测工具,地球和宇宙的过往岁月正在被“全面回忆”。而关于未来,美国著名科幻大师阿西莫夫在他的小说《基地》系列中有着匪夷所思的大胆创造——“盖亚”星系。在“盖亚”中,所有的人类、生物、有机物、无机物,连同整个星系,都成为一个生命共同体,可以同时共享记忆以及感情的喜怒哀乐,互相有着心灵感应能力,分享着一个整体意识,构成一个超级心灵,可以联合起最强大的力量一致对外。从地球、银河系开始,“盖亚”一步一步扩大,最终,整个宇宙都将全部归于“盖亚”,成为一个无比巨大的生命共同体——这一无比汹涌澎湃的想象力,至今读来仍令人震撼不已。

6 遥远有多远

1969年7月16日,“阿波罗11号”飞船跨过38万千米的征程,承载着全人类的梦想踏上了月球表面。这是人类第一次踏上地球以外的天体,从此之后,那些黑夜中遥远的光点不再遥不可及,只是望远镜中的影像,而成为人类可以拜访的地方。

40多年后,新的太空探索热潮又一次在全球范围内掀起。在中国探月工程二期先导星“嫦娥二号”卫星绕月成功之际,以火星探测为主题的第三届中国空间技术论坛2010年10月21日上午在北京航天城召开。中国空间技术研究院“嫦娥二号”卫星总设计师黄江川表示,中国空间技术研究院以“嫦娥一号”卫星平台为基础,综合应用月球探测一、二期工程技术,研究并提出了中国自主火星环绕探测技术方案。

登月是深空探测的第一步,而火星探测则是行星际探测的开端。如果这一方案能按计划实施,中国将有望在2013年11月实现火星探测器的自主发射,并开展为期1~2年的火星探测。从月球探测到火星探测,中国在深空探测领域将向更遥远的深空前进。

太空探索的先行者美国也正计划实施一项更加大胆冒险的“百年星舰”任务:发射单程载人飞船,将宇航员送上火星等星球,让他们永远留在那里开拓新的领地。

“百年星舰”真正瞄准了人类在其他星球上定居。美国宇航局埃姆斯研究中心主任Pete Worden负责此项任务,他个人认为,“百年星舰”任务应该首先造访火星的卫星,在那里,科学家可以开展广泛的遥控机器人技术研究,为最终探索火星做准备。在2010年10月发表于美国《宇宙学杂志》(Journal of Cosmology)的一篇最新论文中,美国科学家Dirk Makuqi和Paul Davis详细描述了将4名宇航员送上火星开拓新领地的前景,为这个看似很有些“疯狂”的计划提供了理论基础。

“百年星舰”探索火星的单程任务就像“阿波罗”计划那样,不是一个有着固定期限的计划,而是在火星上建立永久性人类居住地的第一步。火星上的第一批定居者必须秉承极大的探险精神——冒险赶赴一个陌生的环境,同时清楚他们永远不能重返故土。甚至可能付出生命的代价。“百年星舰”计划充满着典型的美国式梦想与激情,虽然目前还处于初级的构思阶段,但同“阿波罗”计划相似,其重新定义“不可能”之意义的勇气却足以令人钦佩。

地球附近存在一些小行星,这些小行星被科学家称为近地天体,因为这种天体的大小适中以及距离地球很近,在地球发射太空船访问和进行开发简便可行,是未来太空之旅的“好帮手”。近日,美国宇航局斯皮策天文望远镜最新发现了100余个近地小行星,这些小行星呈现的多样性远超过先前人们的想象,像包在漂亮包装纸中的巧克力和水果糖一样,这些小行星的颜色和成分各不相同。有些小行星呈现暗色或灰色;另外的一些却带有光彩明亮的颜色。美国北亚利桑那州大学教授David Trilling宣称,目前天文界对近地天体的物理特性了解甚少,新的发现可以帮助人类更好地了解这些近地天体,并了解这些近地天体之间相互影响的方式,来帮助人类在未来更好地完成太空任务。

在太空探索中,机器人功不可没——它总是比人类先行一步,到达那些人类至今还无法抵达或过于危险无法胜任的太空区域。它们在火星上发现了液态冰,从土星的卫星上发现了有机物,并开始探索太阳系以外的行星。不过,这些机器人构造都比较原始,更类似于“机器”而非“人”。现在,经过为期15年的准备,首个仿真太空机器人Robonaut 2终于问世。Robonaut 2从结构上十分接近人类,拥有人类的躯干、头部和臂部,具备类似人类的手指和柔软的手掌,能够抓住并抱起物体,敏捷程度远超出其他机器人,对人类同伴十分安全可靠,是太空机器人设计中的重大突破。Robonaut 2将于11月1日由美国宇航局“发现”号航天飞机携载升空,首次进行测试它是否能够在预期的零重力环境下正常工作的太空实验。

注视茫茫天空,我们常常会不禁自问:在那无穷的宇宙中,遥远到底有多远?而据英国《每日邮报》10月21日报道,欧洲天文学家已证实有测量记录以来最遥远、最古老的宇宙天体出现。目前,这个位于宇宙“超深空”区域的星系被命名为UDFy-38135539,其质量相当于银河系的1%~10%。研究人员之一的英国杜伦大学博士Mark Swainbank介绍,UDFy-38135539星系应出现在宇宙的“起步阶段”——距宇宙诞生不足6亿年的时间里。由这个星系辐射出的光芒要历经131亿光年才能到达地球,而该星系出现时,宇宙尚且“年幼”,正处于混沌之初,而人类见证的,则已经是这个辉煌星系的“古老”阶段了。

宇航员在月球上第一次看到蓝色的地球,发现它并不是一个牢固的、不可摧毁的地方,而是如此之小,如此之美,并且如此脆弱。遥远的太空能让人类能从宇宙的视角观察地球,并重新思考人类与世界的关系,还有我们家园的真正价值。“阿波罗登月”曾打上了20世纪60-70年代美苏冷战的印记,相比那个时代,现在人类对太空探索有了更多的理性和智慧。曾是宇航员出身的现任美国宇航局掌门Charles Bolden就表示,航天不是你快我慢、你争我夺的竞赛,选择合作而不是冲突,才能使之成为为人类打开宇宙之窗、造福全球的宏伟工程。

7 突破时空概念的边缘

风头正劲的美国热播电视系列剧《生活大爆炸》中,男主角Sheldon是位天才的物理学家,15岁就获得两个博士学位,号称“世界上最聪明的大脑”。他每天殚思竭虑,最想证明的是“弦理论”(当今最有希望将自然界的基本粒子和4种相互作用力统一起来的理论),而且常常对“多重宇宙”浮想联翩:“如果存在有无数个宇宙,每个宇宙里都有一个Sheldon,那些个Sheldon会不会觉得我这个宇宙里的物理学家Sheldon很有趣呢?”

“多重宇宙”与“弦理论”是现代理论物理中两个最著名、最不可思议、最晦涩难懂、也最令人头疼的假说。普通人对它所知寥寥,而相当一部分的物理学家也不以为然,因为它们很难做出实验预测。《生活大爆炸》编剧安排不食人间烟火的科学家Sheldon来挑战这一理论并不是空穴来风:“多重宇宙”与“弦理论”周围的确聚集着世界上最有天赋的科学家,无论是证实或证伪,都将引起物理学上的第三次革命。

而近日,只存在于科学家抽象思维之中的“多重宇宙”理论终于有了一丝“落地”的迹象:据英国《每日邮报》2010年12月16日报道,英国伦敦大学物理与天文学学院的Stephen Feeney和他的研究团队在研究了宇宙微波背景辐射(一种充满整个宇宙的电磁辐射)图后,得出了一个惊人结论:我们所在宇宙很久之前曾受到其他平行宇宙“挤压”,因为在图中发现了四个由“宇宙摩擦”形成的圆形图案,这表明我们的宇宙可能至少四次进入过其他宇宙。

Feeney首次发现了多重宇宙存在的证据!一石激起千层浪,然而,当不可思议的科学突破出现时,质疑声也会如影随形。此次也不例外,已经有多名天文学家称现在对宇宙微波背景辐射图中所见的东西下结论为时过早。而Feeney的团队也承认,在一个像宇宙微波背景辐射图这样的大型资料库中找到的统计数据可能并不都是可靠的。但是他们也坚信,如果有可靠数据证实曾发生过一次宇宙撞击的话,那么我们将不仅得到我们自己宇宙的信息,还能获取多重宇宙的信息。看来,“多重宇宙”理论的实验证明虽然已首次开启,但还需要更多的、更有说服力的数据支持。

有趣的是,“弦理论”最近也有了一次较为确切的数据实验证明,不过结果却让人有些沮丧。欧洲核子研究中心的科学家发表了LHC(大型强子对撞机)一系列测试报告,称迄今并未发现迷你黑洞,即利用高能对撞制造黑洞遭遇失败。而在LHC的能级范围内制造出黑洞原是根据“弦理论”做出的预测,因而这相当于对“弦理论”与其支持者的一次打击。

不过,这项结果并不意味着“弦理论”就此灭亡,而是说明此前预测的“黑洞可在能量3.5万亿至4.5万亿电子伏特中被制造出来”这项认知已被排除,但理论上,它还有可能在更高能级中实现。因此有科学家认为,LHC于2013年加满马力之时,就是弦理论的拥趸屏息静气等待宣判之日。

相对论是对时间和空间重新思考的里程碑,现在,深奥抽象的“平行宇宙”以及“弦理论”已经开始被富有进取精神的科学家触及到“行将突破”的边缘,人类等待着对时空概念、时空维数等的新一步认知,并期望带来另一次相似于相对论一样的理论飞跃。而在微观的量子计算机科学领域,也发生着即将带来重大科学突破的前行性研究。

美国犹他大学的Christoph Boehme和澳大利亚悉尼大学的Dane McCamey领导下的研究团队,在实验室内实现了数据的原子核自旋存储和首次电子方式阅读,其中数据存储时长达112秒。Boehme表示,“这是一种全新的存储和阅读信息的方式,以前还没有科学家采用电子方式阅读原子核自旋存储的数据。”原子核自旋有可能成为全球最小的计算机存储器,将带来量子计算机的突破性进展。

不过,该技术目前还面临着巨大的技术障碍:自旋存储和读出装置只能在3.2开氏度(只比绝对零度高一点点)下工作,另外,该装置必须被超级强大的磁场所包围。而且现在读出的是大量原子核和电子集体的自旋,而真正的量子计算机只需读单个粒子的自旋。不过,在未来的几年内,也许就能够做到这一点了:因为Boehme已经启动了关键的开端。

而在中国,一项宏伟的国家级工程或许已提上记事日程:中国首度低调证实建造航空母舰计划。中国国家海洋局在《中国海洋发展报告2010》中说,中国提出制造航空母舰的构想与计划,表明中国进入了建设海上超级大国的历史时期。

真正意义上的航空母舰的诞生并不容易,需要付出极大的技术、时间、资金、人力等资源代价。中国首次“触摸”航空母舰,预示着将要突破能源动力、钢铁材料、电子器件等关键技术点,也需要其他相关科学技术领域的通力发展配合。在航空母舰问世100周年之际。中国海上的战略决策迎来了新的科学考验。

也许,这些“小荷才露尖尖角”的科学预测、理论、实验与工程,将会在未来大放异彩,解答出我们现在还尚未解决的关键问题。并成为闪耀的灯塔,照亮更多的科学前进方向。2010年呼啸而过,2011年的科学正在各个学科方向、工程技术中,积蓄着旺盛的爆发潜力,在激情中展开,在热情中持续。

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