第二章 天文地理學問大

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的意料之中。事實上,有人甚至估計星係總量可能會高達1 000億個。將這個數字再乘以每個星係包含的平均恒星數,從而估算出所有已知宇宙空間中全部恒星數量將約有1020~1022個。

如果沙粒的直徑不過幾個毫米,那麼一個隻有幾千米長的海灘上的沙子總數也不過1018顆,還是遠少於宇宙中恒星的數量。可是如果你要算上地球上全部海灘、沙漠和海底所包含的沙子,所得的數字將遠遠超過已知宇宙空間中所有恒星數量的總和。

時空旅行能成為現實嗎,如何實現?

即使你永遠都買不起一部時光穿梭機,想實現時空旅行從技術上來說也不是完全不可能的。這需要一部跑得非常非常快的機器,具體地說,速度需要接近3×108米/秒,這個速度能夠使你在眨眼間繞著地球跑好幾圈。

3×108米/秒是光運動的速度,這幾乎是宇宙與生俱來的速度極限。有趣的是,當物體加速到接近光速,時間就會變慢。

出於對這個現象的好奇,物理學家曾經設想,如果讓雙胞胎兄弟或姐妹中的一人乘上星際飛船作太空遨遊,而另一個則留在地球上生活,結果會是怎樣。那就讓我們設想一下這個也許會發生在遙遠的未來的故事吧。

假設貝絲和芭比是雙胞胎,都是30歲。貝絲是一位宇航員,而芭比則是一個新聞記者。貝絲剛剛接到一項飛行任務,這可能會成為她一生的使命:乘坐宇宙飛船到鄰近的一個恒星係統去考察。芭比會為她工作的報社全程報道這次航空旅行。

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目的地距離地球96萬億千米,大約10光年的距離。貝絲乘坐的宇宙飛船以光速的90%的速度運行,照此推算,從地球上出發到回到地球需要22年的時間。在這段時間裡,芭比結了婚,生了兩個孩子,而且頭發都變花白了。

但這段時間對於宇航員貝絲來說卻是另外一番情景。當宇宙飛船以極快的速度穿梭於星際時,船艙內的鐘表悄悄地放慢了腳步。並不是表沒電了或是壞掉了,而是時間本身為飛船和飛船上的成員放慢了節奏。

然而飛行員們自己卻感覺不到絲毫的變化,對於他們來說,1分鐘仍然是1分鐘,並沒有多出1秒鐘。但在貝絲出發之後,飛船上的時間和地球上的相差越來越多了。

成功完成任務之後,宇航員們返回了地球。當飛船進入太陽係時,船艙裡的電子鐘顯示這次太空旅行花了10年時間。當飛船途經冥王星時,貝絲剛好慶祝自己40歲的生日。

貝絲和芭比都知道這種時間變慢的效應會發生,但當兩姐妹重逢時,她們仍然很震驚。貝絲是一位40歲的中年女子,而芭比已是邁向老年的52歲的婦人了。兩姐妹不再像是雙胞胎了。芭比如今已不再年輕,她把這次太空旅行看作是年輕時的回憶。而貝絲則有些茫然:22年過去了,這個世界發生了很大的變化,對於她來說,相當於經過了10年的長途旅行來到了12年後的未來。

這種時空旅行的創意靈感來自於阿爾伯特·愛因斯坦的狹義相對論,該理論描述了運動給時間、距離和質量帶來的影響,更接近光速的旅行將把宇航員們送到更遙遠的未來,比如說1個世紀之後。雖然我們現在仍不能製造出可以如此高速運行的飛行器,但我們仍然能從相對低速的運動物體身上觀察到這種效應。科學家們曾在超音速飛機上裝上非常精確的時鐘,在飛行結束後,他們發現時鐘整整慢了1秒鐘。

在愛因斯坦的廣義相對論中,他預言,隨著引力的增加,時間也會變慢。依據這個預言,有人提出這樣的設想,也許我們可以利用宇宙中具有極大引力場的天體結構,比如黑洞,幫助年邁的老人重返童年。

如果太陽突然消失,人類多久才能感知?

在大多數劇烈的爆炸中——假設那就是太陽突然消失的原因——任何噴出的微粒將總是比光速慢得多。所以很明顯,在黑暗來臨之前不會有來自於任何微粒的影響。

直到感覺到太陽的消失前,以光速傳播的輻射仍會以紅外線形態到達地球,它加熱了空氣(由於它隻不過是低能量的光)。由於紅外線的到來並做了這些事,一段時間後我們才感覺到太陽消失的影響。因為存在這個過程,一般認為在地球開始凍結之前太陽已經消失了大約一個星期了。所以在感覺到不同以前,你將會在一段時間內經曆完全的黑暗。

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