“光锥之内都是命运” | 软科普计划 Vol.3
我想把最冷僻的知识
浪漫地说给你听
星玫
「软科普计划」第一篇 10 张汇总文已经是去年 7 月份的事了，中间画了九张行星日出，如今才总算又回到这个计划的主线上来。
这里没有刁钻尖锐的公式、数字或专有名词，从泛泛无边的真相中挑选出与你看似完全无关、又紧紧相连的一些，再用谁都听得懂的语言去描述。
最近《国家地理》杂志改版了，特别喜欢他们在官网上说的一句话：
“请相信，我们有三个原则是不会改变的——我们永远站在科学、事实和地球的这一边。”
「软科普计划」第 11 张
必须提到，这句话的灵感来自知乎问题「从整个宇宙来看，人类有无可能已经点错了科技树？」，一位匿名用户回答了这句话，「人类的公式都太过依赖于时间 t。」太细思极恐导致我久久不能忘怀。
被限制在时间-空间宇宙模型里的我们，其实连「现在」都很难定义。
如果把所有描述宇宙的方程都列出来，会发现根本没有一个能在过去与未来之间划出界限。
在《时间简史》里，霍金用光锥模型尽力阐述了关于时间的空间坐标：光锥呈沙漏状⏳，中点是事件（即「现在」），它发生后对其他事物造成的影响以不大于光速的速度像水波一样向过去和未来扩散。垂直方向的坐标系是时间，水平方向则是空间。
是的，每个事件不仅会影响未来，还会波及过去。直到 1915 年以前，时空还被认为是客观的存在，而不受到其中发生的事件的影响。
是爱因斯坦的广义相对论革命性地打破了固有思想，在相对论中每个人都有他自己的时间测度，这依赖于他在何处并如何运动。只有对于头脑中仍然有绝对时间观念的人而言，才存在「双生子佯谬」。
已经看得很头疼了吗？那刘慈欣在《三体》中写过这句话，或许会瞬间让你顿悟：「光锥之内就是命运。」
「软科普计划」第 12 张
从美剧《疑犯追踪》第二季中听到了这样的一段话，非常动人，但准确来说，至今为止我们只证明了 π 是一个无理数，同时无理数并不一定能包含「每种可能的数字组合」。
光锥之外的人不可能了解光锥内部发生的事件。此时此刻，或许宇宙中许多重大事件的信息正以光速向我们飞来，有些可能已经飞了上亿年，但我们仍在这些事件的光锥之外。
「软科普计划」第 13 张
「软科普计划」第 14 张
当然，最难的就是「抵抗引力停留一会儿」。
关于「跌入黑洞会怎么样？」已经有过很多的推测和想象，在这个质量和引力巨大的星体附近，时空会被弯曲——此时与地球上的其他人相比，你的时间和空间会变慢，虽然在你自己的时间测度里，一切都在很正常地运行着。
物理学禁止了「回到过去」的时光机存在（不然我们现在的世界里应该充满了时间旅行者），但理论上，你能「看到过去」。
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大多数人对于运动物体的理解还停留在牛顿力学模型上，但这个简单的模型早就已经被更为精准的爱因斯坦模型取代了。
设想你往空中投掷一个苹果，如果扔得足够快，它甚至可能完全围绕地球旋转——牛顿认为使苹果运动的力和使月亮围绕地球旋转的力是相同的，通过这个经典力学模型，我们可以模拟运动物体未来的路经，比如子弹，汽车，甚至火箭和小行星。大多数人也就止步在这个认知上了。
现在进入爱因斯坦的模型：苹果的运动并不是因为地球施加在上面的力，而是由于空间-时间的结构，因为地球的质量而延伸，所以苹果只能沿着弯曲时空的表面运动。这是完全不同的世界模型。通过这个更为精准的模型，我们甚至可以去模拟未来，比如呈现黑洞相撞的宏大场景。
试想一下在一百年前，爱因斯坦提出了这样革命性的思想：或许引力跟其他种类的力不一样，而只不过是「时空不是平坦的」这一事实的后果。
毫无疑问未来还会有全新的模型出现，统一宏观和微观世界，并再次颠覆我们的思维方式。
「软科普计划」第 17 张
「软科普计划」第 15 张
如果你了解量子理论，知道粒子可以时不时随机地偏离运动方向，在不确定的位置，以及不确定的时间。那么你也会确信，所有对于命运的预测都不会是准确的。事实上，我们已经重新将科学的任务定义为「发现能使我们在由不确定性原理设定的极限内去预言事件」的定律。
毫无疑问，这个世界还有着太多谜团。
哪怕对于那些我们早已习以为常的事物：氧气，水，火，其实仔细想想都有着极为不可思议的存在线索。
比如，氧气可能是有害的吗？是的，比如锈化或腐蚀，氧化的过程也造成衰老，所以我们的身体内才会自然产生抗氧化剂（以及我们需要使用那么多的抗氧化保养品），试图阻止氧化反应带来的不良副作用。
「软科普计划」第 18 张
思考「火」的存在会很容易让人联想到有高于我们的智慧在影响人类文明。它是我们最容易得到的、可以改变物质形态，而且几乎没有任何获取成本的能量体，可以说没有火就没有人类的进化。
在世界模型的构建中，动物所使用的参数可能与我们不同，这被心理学家们称为「客观世界」，或者说，由其他动物感知到的真实。
「在壁虱无图像无声音的世界中，重要的是信号是温度和丁酸气味。对于黑鬼鱼来说，是电场。对于依靠回声定位的蝙蝠来说，是压缩的空气波。」
每种动物都活在不同的客观世界里，并把它当作「外部」客观世界的全部。
「软科普计划」第 16 张
不得不说，真正的科学是很冷酷的。
天文学把我们解释为在冷漠的宇宙中漂浮的无关紧要的宇宙尘埃，生物学家认为所有生物都是基因们的寄主和拷贝，神经科学则把我们认为内在的那个「自我」解释为神经回路中循环的电信号。
「软科普计划」第 20 张
对于情感与生存机制的关联，可以参阅 Rita Carter 的《映射思想》。
「有时候人们会说，科学家不懂浪漫，他们的寻根究底破坏了世界的美丽与神秘。」
卡尔·萨根说起这件事，然后接着说，
「但是... 多了解一点真相，并不会让落日的浪漫减少一点啊。」
软科普计划 Vol.1 (1-10)
软科普计划 Vol.2 (太阳系日出)
- Vol.4 进行中 -
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