与霍金一起了解宇宙

第一集：时间旅行

知识点：

穿越到过去是不可能的。因为：

1、祖父悖论。

2、反馈（feedback）效应会把回到过去的虫洞给摧毁。本片用音箱的声音反馈来类比。音箱的反馈很好理解，因为音箱本身就是个放大器，但是本片并没有详说反馈是如何形成回路把虫洞摧毁的。我自己思考了一下，回路应该是这样的：未来的辐射通过虫洞到达过去，然后随着时间的自然流逝，辐射到了未来，然后在未来又通过虫洞回到过去，这样就形成了回路。如果所有到达过去的辐射都通过虫洞再回到过去（没有损耗），并且未来的时间点再加入其它的辐射，那么这个回路中的能量就会越来越大，最终把虫洞摧毁。

时间旅行到未来是可能的。有这样几种方法：

1、在大质量的物体周围时间会变慢。这在电影《星际穿越》中就有体现。

2、接近光速的物体时间会变慢。这在刘慈欣的小说《三体》中也有体现。

另外，霍金在本片中说微观存在虫洞可以回到过去。这种说法我在别处从没听到过，也无法理解。我后来在网上查了下，这种说法好像是激进的假说，把量子纠缠理解成虫洞。

第二集：外星人

银河系有1500～4000亿颗恒星，而宇宙中有上千亿个星系。我们地球只是银河系中太阳系的恒星。在如此大的数量级上，外星人的存在从概率上来说，是很正常的事情。

地球生命的起源，一种学说认为地球自发形成，一种学说叫做“有生源说”，认为是小行星带来的。

太阳系有可能有生命的地方：火星、木卫二。

类似地球的行星或者秘密的海洋（比如木卫二）并非生命存在形式的唯一可能。比如： 1、外星生物可能依赖氮气而不是水。在地球上氮气是一种气体，但是在温度非常低的时候，它就能以液态形式存在。 2、外星生物可能是硅基生物而不是碳基生物。 3、许多行星是巨大的气体行星，比如太阳系的木星和土星。或许会有外星人是由气体组成的。 如果这些极端情况成立，那么所有行星上都可能会有生命的存在，而不需要在恒星周围一小圈温度适宜的区域。

1977年8月16号，美国俄亥俄州一台无线电望远镜捕捉到的WOW信号。后来再也没捕捉到类似信号。（怎么感觉这一段是在演《三体》呢？年代也差不多？刘慈欣是以此为灵感创作的吗？）

人类已经掌握了控制自身进化的技术，发达的外星人可能已经达到类似永生的水平了。他们或许百万年前就达到这种水平了。他们也可能能够从一整个恒星中获得能量，比如，他们可以在太空中安置无数面镜子，环绕整个太阳，将其能量汇集到一处。如此惊人的能量也许能够改变时空结构，形成一个虫洞（空间通道），能让外星人瞬间穿越漫长的距离。如果这些外星人来到地球，那么可能将类似于哥伦布初次到达美洲。

第三集：一切的故事

所有的星系看上去都是红色的，由多普勒效应，得知宇宙在膨胀。引出宇宙大爆炸理论。宇宙产生后的早期阶段，万有引力发挥了很大的作用。氢气团由万有引力产生恒星，恒星又因为核聚变产生各种元素。在恒星的核聚变过程中，到了铁元素之后就终止，因为铁的聚变是吸收能量而不是放出能量。恒星中心越来越密，温度越来越高，甚至超过我们的太阳中心的一百多倍，这颗恒星就会塌陷并爆炸，这就是所谓的超新星爆炸——一颗恒星的灭亡。这时会产生巨大的冲击波，这种冲击波使得铁元素进一步聚合，在爆炸中的恒星内部进一步产生重元素比如金、铂、铅等。这一过程产生了我们周围的所有元素，就连我们身体里的物质也都是由恒星里的物质构成。

宇宙形成的3亿年后，早期的恒星开始形成星系。我们的银河系被认为是古老的星系之一，早在130亿年前就开始聚集。银河系中间就有一颗黑洞。黑洞在星系的形成过程中起到重要的作用，黑洞还能让我们一瞥宇宙可能的灭亡方式。当一颗20倍太阳质量的恒星灭亡时，黑洞就产生了。恒星的外围在超新星爆炸中向外扩散，但是恒星的中心不断收缩并最终形成一个奇点。当地球被压缩到一颗豌豆大小时，就会形成黑洞。黑洞越小，辐射越强。

超新星爆炸后形成星云，星云中的物质由于万有引力形成我们的岩态行星——地球。我们现在的太阳也在这个星云中产生。太阳形成时的能量辐射将周围的小行星赶到太阳系的周围。

宇宙是危险的。即使我们的地球也不能永远充当我们的庇护所，比如漂移的大陆板块在向南极靠近，没人知道将来地球是否还适合居住。太阳系周围的小行星也可能会对地球造成危险。有的小行星长达十余英里，大小堪比曼哈顿，每1亿年左右，就有一颗这样大小的小行星撞上地球。最近的一次撞击发生在65 million年之前，这很可能就是恐龙灭绝的原因。

我们人类自己就可能将自己毁灭，比如用核武器。10万年之后，我们发生核战争的几率将达到十分之一。

超新星爆发的伽马辐射也可能将人类毁灭。

太阳最终也会膨胀到吞噬地球，所以寻找外星家园是人类必经之路。霍金和许多宇宙学家认为，找出一种在太空中远距离航行的方法，是让人类在宇宙中幸存的关键。

现在我们还不理解暗物质是什么，也没能完全理解大爆炸。如果了解了这些，或许我们就能知道宇宙终结是什么样子。

共3篇，分别是《外星人》，《时空旅行》，《一切的故事》 我最喜欢《时空旅行》，告诉小伙伴们，很可惜我们不能时空穿越回到过去，因为它违反了宇宙最基本的法则，就如“祖父悖论”样(你重返过去在你父亲出生之前杀死你的祖父，那你便不会存在了，既然你不存在了，但是又是谁杀死你的祖父？)，宇宙为了避免混乱，会通过“反馈”阻止悖论的产生。 但我们仍有机会实现时空旅行，时间像河流一样，有的地方流的快，有的地方流的慢。通过延缓自己时间的流逝，变相实现前往未来的时空穿越。 当质量足够大时，其周围的时间就会变得缓慢，质量巨大黑洞就成了天然的时间机器，假如你在黑洞周围飞行5年，对于地球上的人，你经历了10年，就像电影《星际穿越》情节的一样，一个的星球上的1小时等于地球的7年，就是因为这星球靠近黑洞，时间被拖慢了。 另一种办法是达到光速，但自然法则不会允许你超越光速，所以他会通过延缓你的时间让你只能趋近于极限速度。当达到光速的99%时，自身的1小时，相当于地球的一年。只要以这种速度行驶100小时，等你停下来的时候，就已经是100年后的地球了。总结一句，过去无法迫回，未来可以到达！ 对于《外星人》，我一直相信，在浩瀚的宇宙中不止只有人类，我们只是沧海一粟，当我们发现地外生命的时，希望带来的是和平。 对于《一切的故事》，宇宙的故事源于大爆炸，宇宙的不完美，不规则造就了不同的星系，而人类的出现就堪称奇迹了，太多巧合才造就了地球上的我们，为此，我感到幸运。 宇宙的秘密太多，谁又能知道宇宙是否只有这一个呢？

1.太阳系八大行星：气体行星-木星、土星、天王星、海王星；岩石行星--水星、地球、金星、火星

2.宇宙大约有140亿年的历史，而且还将继续存在至少2倍的时间（约280亿年）。银河系是一个古老的星系，已有大约130亿年的历时。地球已有50亿年的历时。

3.关于宇宙大爆炸

宇宙在大爆炸之前不存在光，也不存在空间和时间的概念。只是一个炙热致密的能量团。宇宙只是在一瞬间爆炸，伴随着巨大的辐射，从比原子还小到一个苹果的大小只用了不到万亿分之一秒，已经远远超过了光速，宇宙就是这样膨胀起来了，永恒的伸展、变大、变冷。只用了不到100秒就变到了太阳系的大小，直径达到了万亿英里级别。宇宙在膨胀的同时，纯粹的能量开始降温而形成物质。形成了以万亿为单位也数不尽的亚原子的形态。然后这些亚原子里有一半形成了物质，另一半变成了和物质相反的东西--反物质。物质和反物质相遇会泯灭为能量。幸好物质要比反物质多，十亿个亚原子里只有一个能得以幸存。亚原子变为原子接着变为氢气。

光也会发生多普勒现象，当物体向我们靠近时，它的颜色会发蓝，而当它离我们远去时，颜色会发红。我们在地球上观察遥远的星系，发现这些星系颜色都发红，据此推断出宇宙一直在膨胀，星系一直在运动。就好像在吹气球一样，宇宙在所有方向上扩张

4.关于引力

引力的概念起源于牛顿，但相对论并不认为引力是一种力，而是源自于存在的质量对时空的扭曲，也就是物质的质量引起时间和空间发生形变。物质的质量越大，引力也就越大

宇宙大爆炸初期，烟雾均匀的散布在宇宙空间的每一个角落，但宇宙有一条基本定律，那就是不完美。正是因为宇宙空间存在的一丁点不平坦导致了引力把它们拉动到了一起，组成了宇宙的初期结构。

宇宙能形成如今的样子，甚至孕育出生命，应该归功于不规则、不完美、缺少秩序。

5.关于恒星的形成

宇宙初期只有氢气，氢气是最简单的气体，存在巨大的能量。在引力数百万年的压缩作用下，当氢气被压缩到能融合的时候，纯氢气在1000万°的时候开始产生令恒星发光的能源，为宇宙提供光和热，也就是核聚变的过程，氢元素变为更重的物质--氦，在此过程中部分物质转变为能量。这就是太阳释放光和热的原因。在恒星内部，由于氦的质量比氢要重，所以都沉到恒星中心去了，当氦融合就变为了碳--所有生命体的重要组成部分。碳比氦还重沉到氦的中心，它们也会融合形成新的物质。层层融合下来，恒星就像个洋葱，越靠近中心的一层质量越重，像氖、氧最后是铁。铁元素融合不再产生新的元素，于是越来越多的铁积聚在恒星核中直到燃料接近耗尽。引力开始发威不断的压缩恒星，当它的内核不断收缩，温度不断升高，当温度高到太阳核心温度一百倍时，恒星再也无法支撑自身结构最终会崩坏爆炸。这就是超新星爆发。恒星死亡爆炸发出的冲击波十分强烈，强烈得将铁变为更加重的元素，金、铂、铅等重元素在爆炸的恒星核中锻制而成。恒星爆炸产生了组成生命体的全部物质

神奇的是，在恒星发光发热的同时，意外的形成了氧、碳、铁等物质。

在大爆炸过了3亿年之后，早期的恒星开始组成了星系，令人费解的各种形状和大小。

6.关于黑洞的形成

黑洞的形成需要一个大约20倍太阳大小的正走向终结的恒星。当恒星燃料耗尽开始收缩，越来越小、越来越热，宇宙已经没有力量可以阻止这种坍塌。恒星核因为自身的重量而不断下陷，引力变得疯狂，15秒就可以把直接数百万英里直径的恒星压缩到12英里大小。核心温度上升到1亿°。外层部分以超新星爆发的形式被抛离，但在最深处，在核心收缩处形成重力井，它把自己压缩成一个点，于是一个黑洞就诞生了。在它周围没有东西能摆脱它的引力就连光也不行。黑洞内部并不是黑色的，它在不停向外辐射，黑洞会发光。宇宙空间有很多个黑洞，这些黑洞有大有小，最小的质量也有4个太阳大小，大点的有上千个太阳的太小。但它们都在一个超大质量黑洞下引力作用下绕它旋转 ，这个黑洞是各个星系包括银河系的中心，是它维持着星系的外观。

7.关于生命的起源

最有可能性的解释是我们的诞生是由于巧合。小分子再液态水中随机地互相碰撞，最后一种结合形式使之能自我复制，再经过缓慢的变革，产生了物种多样性。45亿年后，人类诞生了。

8.关于多个宇宙的假设

霍金证实了可能存在多个宇宙，每个宇宙都由大爆炸产生，有着不同的物理定律和不同的环境。比如可能有些宇宙不存在引力，也就无法有生命存在。而另一些氢元素不能融合，也就无法形成恒星。甚至可能有的宇宙压根就不存在任何物质。

宇宙与宇宙之间充斥着什么呢？我觉得目前还没有专属名词去描述，称之为虚无吧，或者混沌。

9.关于宇宙终结的假设

完全了解宇宙的起源就能了解宇宙的终结。宇宙的命运由暗能量决定。宇宙终结假设目前有两种说法：大冷却和大坍塌。

如果暗能量慢慢减弱，引力就会接管，在大约200亿年左右的时间内宇宙会出现转折，所以物质都会被带回到他们来的地方。在奇怪的倒退式大爆炸中，空间本身会收缩，这个过程称为大坍塌。这个结论正确的话，300亿年后，所有的物质都会被一个黑洞吞噬，整个宇宙会收缩成一个点，就好像宇宙大爆炸之前的那个点。

另外一个观点可能性较大，就是暗能量会一直推动宇宙永无止境的膨胀下去，所有的东西都会分散，直到整个宇宙变得又冷又暗。所有物质都会相距的很远，连引力都会因此失效。

10.宇宙为什么会不停的膨胀

暗能量推动，一种神秘的能量形态使得空间分裂，就算引力将物质拉到一起也无法阻止。

无法回到过去，可以去到未来，实际上自己的时间没有增加，只是相对其它物体慢。所以还是要珍惜宝贵的时间，在基因工程发展到让人永生之前。 越接近质量大的物体，时间越慢：于是高度越高，离地球越远，时间越快。 接近的物体质量越大，时间越慢：银河系中心的黑洞质量大(相当于400万个太阳)，被自身重力挤压成一个点，接近它会被万有引力吸进去(光也不例外)，是一个天然的时间机器。 越接近光速，时间越慢，此法将来可行。 大爆炸宇宙论： 宇宙是由一个致密炽热的奇点于137亿年前一次大爆炸后膨胀形成的，物质与反物质相遇时互相毁灭释放能量闪光，大约十亿分之一的物质微粒幸存下来，构成了如今的宇宙。 大爆炸之后宇宙只是一团气体(主要是氢气)，之后200亿年万有引力将气体集中起来，产生了最初结构。 氢气不断压缩升温至临界的一千万度，核聚变开始，氢气聚合生成一种更重的物质(氦)，由于撞击和摩擦一些物质转变为纯粹的能量，第一颗恒星爆发出蓝色光芒，随后如雨后春笋。 氦比氢略重于是沉入恒星中心，继续聚变生成碳，产生更大的能量，该过程持续循环使得恒星像一颗洋葱，距离中心越近，元素质量越重，最后是铁。 铁在聚合时不释放能量，于是燃烧停止，万有引力使内核越来越紧密直到温度升至太阳的100余倍，恒星塌陷爆炸(超新星爆炸)，重金属由铁元素生成于爆炸中。 当一颗超大恒星开始灭亡时，没有力量能阻止沉重的内核不断向内坍塌，体积越来越小、温度越来越高、密度越来越大，外层在超新星爆炸中解体，内核不断坍缩变成一个点，形成引力势阱，黑洞诞生(黑洞越小 辐射越强)。 银河系大约包含两千亿颗恒星，太阳系位于以黑洞为中心的银河系半径2/3处，地球以星尘和碎片为材料由万有引力组建而成。 大爆炸有可能源于暗物质，如果暗物质逐渐变弱，万有引力占据上风，空间大收缩，所有物质被一个黑洞吞噬，整个宇宙变回大爆炸前的一个小点；或者更有可能暗物质使宇宙永远膨胀下去，最后宇宙变得冰冷漆黑，一切都会相距甚远以至万有引力都起不到作用。