许你一场星际之旅，漫步到宇宙尽头 | 荐书

中科院物理所 · 公众号 · 物理 · 2017-05-22 10:57

正文

星星们高挂空中，千万年一动不动，

彼此在遥遥相望，满怀着爱的伤痛。

它们说着一种语言，美丽悦耳，含义无穷，

世界上的语言学家谁也没法将它听懂。

可我学过这种语言，并且牢记在了心中，

供我学习用的语法，就是我爱人的面容。

——《星星们高挂空中》[德]海涅

浩瀚空间，宛如无边大海，欲渡而不可得。

你是否好奇，我们所处的宇宙从何而来，宇宙又由什么构成？

你是否也曾想遇见地球以外的生命？

你可能会发现，我们做梦都想不到的奇迹，就在这宇宙之中。

我以为我们会这样到世界末日，却不知我们已漫步到宇宙尽头。

你是否已是个中毒的幻想作品爱好者，从《三体》到《火星救援》，从《银河帝国》再到《星际穿越》，广为人知的作品里，主角们时刻可以发动星舰，穿越时空，拯救另一星球的人民于水火。

事实是否真的如此？让我来慢慢告诉你。

太空时代

媒体往往用大航海时代来类比太空时代。在哥伦布的时代，航海英雄们在还不确定地球大小的情况下就已经扬帆出海。哥伦布至死都以为自己发现的新大陆是印度。在太空旅行领域则正好相反。在过去的五十年里，天文学取得了巨大的进展。人类建造了巨大的望远镜，可以看到宇宙诞生后38万年处发出的光；可以精确测量宇宙中的暗物质分布；甚至可以测定驱动宇宙膨胀的暗能量密度。

1961年4月12日，苏联东方1号飞船发射升空，抵达300公里高的轨道，并绕地球一周，这是人类第一次飞出大气层，进入太空。此时距离人类第一次发明的那个比空气重且能飞离地面的机械，才过去了58年。

8年后，美国的阿波罗11号飞船将地球人送到了38万公里之外的星球——月球。再一个8年后，人类发射了两艘旅行者号飞船，这是人类历史上最快的探测器。如今，旅行者1号已经飞离了太阳风的疆域，进入了恒星际空间中。

正如开篇的诗句说道：星星们高挂空中，千万年一动不动，彼此在遥遥相望，满怀着爱的伤痛。爱因斯坦说：“宇宙中最不能理解的事情是，宇宙是可以被理解的。”霍金说：“我们看到的从很远星系来的光是在几百万年之前发出的，因此当我们看宇宙时，我们是在看它的过去。”

宇宙应该怎样去理解？宇宙的过去是什么？

在这个太空时代，请让我们重新去解读存在在这个宇宙中的星星们的美丽与哀愁。

渺小如尘

宇宙不是自古以来就有，而是从一场沛莫能当的大爆炸中产生的。重子物质，也就是构成我们所能看见的世界的物质，只是宇宙实体中很小的一部分。暗物质和暗能量构成的黑暗的世界才是宇宙最主要的组成。

对于宇宙而言，地球是一个很小的舞台，我们的世界，从诞生以来就一直围绕着一个巨大的火球年复一年地转动，永不止息。在浩瀚的宇宙背景下，我们如一粒尘埃，悬浮在一束阳光之中。

宇宙的视界之外是什么，生命又是如何起源的？

我相信，你很好奇。

热播剧《人民的名义》中有一个片段让人过目不忘，便是对爱好天文学的孙连成区长的旁白：孙连城仕途不顺，心灰意冷，喜欢上天文学之后，方知宇宙之浩渺，时空之无限……人类算什么，李达康、高育良、沙瑞金又算什么，不过都是蚂蚁、尘埃罢了。

星际航行

虽然人类在太空事业上取得了不凡成绩，但人类星际航行的能力却并没有提升太多。相反的，因为航天科学研发经费在苏美争霸后缩减，连载人登月也渐渐成为了昨日传奇。

为什么星际航行如此之难？首先是因为宇宙太过广袤。在大航海年代，航海家们跨过浩瀚的大西洋，前往美洲，其实英雄们的旅途并没有超过他们所生活的大陆的宽度。太空飞船面对的却是更加空旷的空间。地球和火星的距离，即使在两星球最靠近时也是地球直径的4000倍以上。而离太阳最近的恒星系比邻星的距离，还要比这大上十几万倍。糟糕的是，人类的飞船速度无法无限加速。基础物理理论告诉我们，光速——每秒30万公里——是宇宙间的速度上限。而根据人类目前的物理理论储备，人类在可见未来所能拥有的最高速星舰，速度不大会超过0.1倍的光速（如果核聚变技术完美应用于星舰）。这艘想象中的最快星舰，飞往比邻星仍然需要数十年，而飞往Kepler-452b这颗不久前发现，被称作“最像地球的地外行星”则需要一万多年。

宇宙就是这样嘲笑着人类易朽的肉身。

如何克服这一终极难题？相对论专家基普.索恩教授设计用虫洞作为跨越时空的工具，并和克里斯多夫.诺兰一道将这个设想搬上了银幕。在科幻小说，《童年的终结》中，人类则是通过进化成为了不朽的新存在。读者们请不要嘲笑我从科幻小说中寻找问题的答案，今天蓬勃发展的人工智能技术，也许真的能在某一天使人类的思维脱离肉身而不朽。

漫步到宇宙尽头

有一本书：用智慧且赋予哲理的文字带领我们置身宇宙，从太阳系的征途开始，跨过璀璨的银河，在黑暗的世界中探寻宙的诞生，漫游在太阳系深处，探寻着地外生命，聆听来自遥远世界的引力波。