萨根悖论,第一章:金唱片

卡尔·萨根的简介和早期作品

受美国国家航空航天局委托,琳达·萨尔兹曼·萨根 (Linda Salzman Sagan) 设计的先锋奖牌启发的艺术作品: 点击此处查看原始设计

卡尔·萨根(1934-1996)是一位美国天文学家、天体生物学家和作家。美国国家航空航天局(NASA)于1958年成立后,萨根成为该机构的顾问。 他的第一份工作是策划月球原子弹爆炸,即A119项目。 至少可以说,这是极具争议的。 1961年,27岁的他发表了 金星大气研究。1970年,他研究了宇宙中遥远行星上可能出现生命的条件。 为了实现这一目标,他将常见元素暴露在年轻太阳的紫外线辐射下,并观察生命的基本组成部分——氨基酸是如何由它们形成的。 卡尔·萨根成为康奈尔大学天文系的全职教授。大约在这个时候, 脱口秀节目开始邀请他作为受欢迎的嘉宾来讨论外星生命的可能性。


“你好,外星人!”:旅行者号探测器收到萨根的首次广播

1972 年和 1977 年,卡尔·萨根通过太空探测器的面板向外星人发送了第一条信息 先驱者10号和11号以及金唱片 航海者 1 号和 2 号。

旅行者号金唱片(右)的镀金铝制封面(左)既能保护唱片免受微陨石撞击,又能提供播放唱片并解析地球位置的钥匙。NASA

它以55种语言传达了地球人民的问候和对和平的祝福。地球人表达了友谊,祝愿幸福健康,并希望有朝一日能与宇宙邻居相见。它们也表达了对宇宙中所有生命之间友善和谐的渴望。

这些问候语按字母顺序排列,从阿卡德语(一种已灭绝两千多年的语言)到吴语。将阿卡德语纳入这份尘世记录颇为奇特。有一天,这些信息可能会在穿越太空时被某种 外侨 文化。

旅行者号的“宇宙地图”地球位置完全错误

在附带的脉冲星图的帮助下,这些 外星人可能会找到地球脉冲星是一种像星际灯塔一样有节奏地发射辐射的恒星。我们可以将它们用作宇宙GPS。


脉冲星GPS:萨根的星标时间码揭示了1971年的地球

脉冲星的频率会随着时间推移而减慢。因此,由科学家弗兰克·德雷克和平面艺术家琳达·萨尔兹曼·萨根设计的脉冲星图不仅确定了地球在太空中的位置,还精确地标出了地球在时间中的位置:1971年。

如果一个潜在的 外星文明拥有或发展了时间旅行的能力?他们会如何处理我们太空探测器提供的信息?

对这一主题的种种猜测,成就了迄今为止最伟大的科幻故事。尤其值得一提的是,故事中还包含美索不达米亚语的问候语,以及阿努纳奇的创世神话——其中一些神话已被撒迦利亚·西琴等人广为传播。

当然,拦截我们的太空探测器的可能性微乎其微。即使真的能拦截,也可能需要数百万年的时间。不过话说回来,金唱片的预期寿命是5亿年。

外星人夺回金唱片

提出宇宙问题:黑洞内部发生什么?

人工智能的挑衅性言论:“人类是无知的”

考虑以下有趣的问题: 黑洞内部的时空维度有多大?人工智能的不同反应凸显了我们目前的理解以及我们的局限性。

巴勃罗·卡洛斯·布达西,CC BY-SA 4.0 https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0,通过Wikimedia Commons

第一个视角:四维时空的连续性

一个回复声称,落入黑洞的物体不会失去任何维度。根据这种观点,时空在事件视界内外都保留了其四维结构(三个空间维度加上一个时间维度)。奇点(密度变为无限)实际上不是减少到 1D 的状态。相反,它代表了进入黑洞后广义相对论失效的点。尽管量子引力理论(例如圈量子引力)提出了替代方案(例如,避免奇点状态的“反弹”),但这些想法都没有涉及维度数量的减少。

第二个视角:奇点处的维度分解

同一人工智能随后的回应强调了不同的观点。在爱因斯坦的理论中,奇点被定义为密度无限大、时空曲率极大的点。这是广义相对论方程“失效”的地方。在这个经典图像中,时空失去了其明确的四维结构(3 个空间维度加 1 个时间维度)。对于非旋转黑洞或史瓦西黑洞,奇点被描述为 0D 点。相比之下,对于旋转(克尔)黑洞,奇点呈现 1D 环的形式。

Urbane Legend,CC BY-SA 3.0 http://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/,通过Wikimedia Commons

调和矛盾:数学模型的产物

人工智能解释了这些看似矛盾的回答,并提醒大家,在广义相对论中,奇点不是一个物理对象。相反,它是一个数学产物。标签“0D”和“1D”是几何简写——概念占位符,表明我们的经典理论在哪里失败。实际上,这些名称(“这里有龙”)承认了我们目前对极端引力环境的理解存在局限性,尤其是涉及黑洞的环境。


拥抱理论物理学中的未知

总而言之,一种观点认为 时空依旧 在进入黑洞的整个过程中,四维都是如此。即使广义相对论在奇点处失效,情况也是如此。另一种观点认为,在奇点附近,熟悉的四维框架消失了。它会坍缩为 0D 点或 1D 环,具体取决于黑洞的旋转。最终,这两个答案都提醒我们当前理论的局限性,以及将广义相对论与 XNUMXD 统一起来的持续挑战 量子力学.


史蒂芬·霍金的洞见:阐明我们的局限性

26 年 2016 月 XNUMX 日斯蒂芬·霍金在 Reith 讲座上的一张图片进一步强调了这一点。霍金的见解提醒我们,虽然我们的 当前的黑洞模型 它们不仅捕捉到了现实的诸多方面,还暴露了我们知识上的严重差距。

在成功开发出量子引力理论之前,这些描述仍是近似值。它们既反映了人类的无知,也反映了我们的理解。

图片:来自 斯蒂芬·霍金 Reith 讲座,26 年 2016 月 XNUMX 日