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为未来的科学打个赌（下）
火星殖民地
2017年,英国著名物理学家斯蒂芬·霍金针再次发出警告,认为人类在地球上生活的年限仅为100年,人类现在应该尽快开始对其他星球进行殖民.而在不久之前,美国太空探索技术公司（SpaceX）的CEO埃隆·马斯克还宣布了一个在2020年建立火星殖民地的计划,但这个计划可能有点好高骛远.火星是一个残酷无情的环境：寒冷、干燥、荒芜、无氧气、高辐射……登陆火星是一回事,在火星上建立一个永久的人类殖民地是另一回事.一些科学家认为,人类在未来的50年之内将能拥有一个火星殖民地,但即便如此,这也可能是盲目的乐观.所以,不要用你的房产押注到这个进展上.
量子理论并不怪异
量子理论有点类似于的理论：它永远不会告诉你微观世界将要发生什么,只会为你提供事情发生的概率.但作为一个物理基础理论,量子理论似乎有点不太完善.
为了解释量子理论,物理学家们提出了有各种违反直觉的诠释.例如,占主导地位的“哥本哈根诠释”认为,粒子如同具有分身术一样,可以同时处在多个状态,直到我们对其进行观测,它们才会具有一个确定的状态.相比之下,“多世界诠释”认为,粒子始终具有分身术,对粒子测量后,每一个可能的观测结果都会出现.那么,为何我们只会看到一种结果呢？多世界诠释认为,宇宙在观测后会“分裂”出多个平行世界,而每个观测结果都分别位于它自己的世界中.
不过,还存在一种诠释,认为微观世界本来是确定的,但某些因素被我们忽略了,导致了量子理论只能用概率来预测事情的发展.这就像我们无法掌握所有影响气候的因素,所以只能大概预测未来地球气候的变化.物理学家把这些因素称为“隐藏变量”.自从量子理论提出以来,就有一小部分物理学家,包括爱因斯坦,就一直支持这一观点,尽管该观点缺乏证据支持.
那么,究竟有没有隐藏变量呢？物理学家最近做了很多检测实验,但结果都暗示隐藏变量不存在.那么在未来,事情会出现转机吗？
不存在暗物质
暗物质是一种看不见的物质,在宇宙中的含量是普通物质的5倍多.我们之所以认为暗物质是存在的,是因为它可以解释许多引力理论解释不了的现象.例如,如果只存在普通物质的话,那么我们的引力理论就无法解释为什么星系和星系团旋转的速度要比预期的快得多.
然而,经过了几十年的搜寻,我们还是没有搞清楚暗物质是什么.于是,一些科学家就猜测,暗物质也许不存在,而问题其实出在引力理论上.美国天文学家斯泰西·麦高格就是一位暗物质质疑者.在1999年,他就打赌说,如果更加仔细地分析宇宙微波背景辐射的特征属性,那么将会找到很多不符合当前暗物质模型的数据.事实的确如此,但其他的天文学家修改了理论的一些参数设置,使得改进后的暗物质模型又能管用了.
即使是这样,一些天文学家仍大胆地对引力理论进行了修改,这样就能用不包含暗物质的模型去解释宇宙了.例如,一种叫做修正牛顿动力学的理论认为,引力场在相对较弱的情况下,其强度不与距离的平方成反比,而是随着距离的增加衰减得更加平缓.这样,在离星系中心更远的地方,引力强度会比原来所认为的更强,那里的恒星围绕星系中心的旋转的速度就更快.但这些理论很不完善,而且缺乏有说服力的证据支持.目前,大多数天文学家仍相信暗物质是存在的.
联络到外星人
在好莱坞电影里,外星人无处不在：要么来征服地球,要么来拯救我们,要么只是路过而已.但在现实世界里,我们却找不到任何外星人的踪影,也从来没有收到过外星人发给我们的信号.虽然,我们曾在1977年收到一个可疑的信号.那是位于美国俄亥俄州立大学的大耳射电望远镜接收到的一个无线电信号.当时的研究人员还激动地在记录纸上写了个“Wow！”.但在2016年,一些科学家经过分析后认为,这个信号极有可能是一颗彗星而不是外星人产生的.
但参与搜寻地外文明计划（SETI）的美国资深天文学家塞思·肖斯塔克,并没有泄气.现在,SETI的观测实力日益增强.10年之后,科学家们将会完成对100多万个恒星系统的检测.肖斯塔克认为,到那时我们就可能会检测到来自外星人的信号,但是他只愿意拿他的咖啡杯当赌注.
塞尔维亚的SETI研究员米兰·瑟克维克认为,到2030年检测到外星人信号的可能性会小于5%,但只要我们的文明没被、超级疾病或机器人等摧毁,到本世纪末,检测到外星人信号的可能性应该不少于50%.
电磁驱动引擎
2001年,英国工程师罗杰·肖耶发明了一种全新的引擎——射频共振空腔推进器,通常叫做电磁驱动引擎（EmDrive）,其原理大致如下：用电力在一个密闭的锥形腔体内产生微波,微波在腔体内来回反射,对腔体内壁产生压力,腔体宽的一端受到的压力大于窄的一端受到的压力,压力差可产生一个微小的推力,使得腔体能朝着一个方向前进.注意的是,电磁驱动引擎只需要电力来产生微波,并不需要推进剂.
肖耶并不回避对他的发明的预测.他自信地说：“如果你问的是2025年电磁驱动引擎商业化的概率是多少,我可以十分肯定地告诉你,这将是100%.”但是,许多科学家却认为,电磁驱动引擎是不可行的,因为它违背了牛顿力学定律.我们知道,火箭是借助它的发动机喷射火焰时产生的反作用力,向前行驶的.在这个过程中,作用力等于反作用力,动量守恒.但电磁驱动引擎什么也不喷,自己就会动,这就违背了牛顿第三运动定律以及动量守恒定律.
即使如此,美国宇航局还是决定在实验室里检测一下.美国宇航局在2016年公布的报告显示,电磁驱动引擎消耗每千瓦功率,就能够产生大约1.2毫牛顿的推力.报告中提出的一个建议是,电磁驱动引擎的推力,可能与量子力学中的隐藏变量有关.
但这个报告,其实是用一个未经证实的事情去解释另一个未经证实的事情.美国数学物理学家约翰·贝兹就此很不相信,认为报告中解释电磁驱动引擎工作原理的内容,就是“一本正经地胡说八道”.许多科学家还相信,电磁驱动引擎并不能产生推力,实验测得的可能不过是误差而已.
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