「光錐之內都是命運」 | 軟科普計劃 Vol.3

來自專欄 理科生是設計師

「軟科普計劃」第一篇 10 張匯總文已經是去年 7 月份的事了，中間畫了九張行星日出，如今才總算又回到這個計劃的主線上來。

這裡沒有刁鑽尖銳的公式、數字或專有名詞，從泛泛無邊的真相中挑選出與你看似完全無關、又緊緊相連的一些，再用誰都聽得懂的語言去描述。想把最冷僻的知識，浪漫地說給你聽。

最近《國家地理》雜誌改版了，特別喜歡他們在官網上說的一句話：「請相信，我們有三個原則是不會改變的——我們永遠站在科學、事實和地球的這一邊。」

我想在其中，再加一些藝術的魔法?

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必須提到，這句話的靈感來自知乎問題「從整個宇宙來看，人類有無可能已經點錯了科技樹？」，一位匿名用戶回答了這句話，「人類的公式都太過依賴於時間 t。」太細思極恐導致我久久不能忘懷。

被限制在時間-空間宇宙模型里的我們，其實連「現在」都很難定義。如果把所有描述宇宙的方程都列出來，會發現根本沒有一個能在過去與未來之間划出界限。

在《時間簡史》里，霍金用光錐模型儘力闡述了關於時間的空間坐標：光錐呈沙漏狀?，中點是事件（即「現在」），它發生後對其他事物造成的影響以不大於光速的速度像水波一樣向過去和未來擴散。垂直方向的坐標系是時間，水平方向則是空間。

是的，每個事件不僅會影響未來，還會波及過去。直到 1915 年以前，時空還被認為是客觀的存在，而不受到其中發生的事件的影響。

是愛因斯坦的廣義相對論革命性地打破了固有思想，在相對論中每個人都有他自己的時間測度，這依賴於他在何處並如何運動。只有對於頭腦中仍然有絕對時間觀念的人而言，才存在「雙生子佯謬」。

已經看得很頭疼了嗎？那劉慈欣在《三體》中寫過這句話，或許會瞬間讓你頓悟：「光錐之內就是命運。」

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從美劇《疑犯追蹤》第二季中聽到了這樣的一段話，非常動人，但準確來說，至今為止我們只證明了 π 是一個無理數，同時無理數並不一定能包含「每種可能的數字組合」。

光錐之外的人不可能了解光錐內部發生的事件。此時此刻，或許宇宙中許多重大事件的信息正以光速向我們飛來，有些可能已經飛了上億年，但我們仍在這些事件的光錐之外。

光錐之外的萬千世界，都是與我們命運無關的各自精彩。

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當然，最難的就是「抵抗引力停留一會兒」。

關於「跌入黑洞會怎麼樣？」已經有過很多的推測和想像，在這個質量和引力巨大的星體附近，時空會被彎曲——此時與地球上的其他人相比，你的時間和空間會變慢，雖然在你自己的時間測度里，一切都在很正常地運行著。

物理學禁止了「回到過去」的時光機存在（不然我們現在的世界裡應該充滿了時間旅行者），但理論上，你能「看到過去」。

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大多數人對於運動物體的理解還停留在牛頓力學模型上，但這個簡單的模型早就已經被更為精準的愛因斯坦模型取代了。

設想你往空中投擲一個蘋果，如果扔得足夠快，它甚至可能完全圍繞地球旋轉——牛頓認為使蘋果運動的力和使月亮圍繞地球旋轉的力是相同的，通過這個經典力學模型，我們可以模擬運動物體未來的路經，比如子彈，汽車，甚至火箭和小行星。大多數人也就止步在這個認知上了。

現在進入愛因斯坦的模型：蘋果的運動並不是因為地球施加在上面的力，而是由於空間-時間的結構，因為地球的質量而延伸，所以蘋果只能沿著彎曲時空的表面運動。這是完全不同的世界模型。通過這個更為精準的模型，我們甚至可以去模擬未來，比如呈現黑洞相撞的宏大場景。

試想一下在一百年前，愛因斯坦提出了這樣革命性的思想：或許引力跟其他種類的力不一樣，而只不過是「時空不是平坦的」這一事實的後果。

毫無疑問未來還會有全新的模型出現，統一宏觀和微觀世界，並再次顛覆我們的思維方式。

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如果你了解量子理論，知道粒子可以時不時隨機地偏離運動方向，在不確定的位置，以及不確定的時間。那麼你也會確信，所有對於命運的預測都不會是準確的。事實上，我們已經重新將科學的任務定義為「發現能使我們在由不確定性原理設定的極限內去預言事件」的定律。

毫無疑問，這個世界還有著太多謎團。

哪怕對於那些我們早已習以為常的事物：氧氣，水，火，其實仔細想想都有著極為不可思議的存在線索。

比如，氧氣可能是有害的嗎？是的，比如銹化或腐蝕，氧化的過程也造成衰老，所以我們的身體內才會自然產生抗氧化劑（以及我們需要使用那麼多的抗氧化保養品），試圖阻止氧化反應帶來的不良副作用。

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思考「火」的存在會很容易讓人聯想到有高於我們的智慧在影響人類文明。它是我們最容易得到的、可以改變物質形態，而且幾乎沒有任何獲取成本的能量體，可以說沒有火就沒有人類的進化。

在世界模型的構建中，動物所使用的參數可能與我們不同，這被心理學家們稱為「客觀世界」，或者說，由其他動物感知到的真實。

「在壁虱無圖像無聲音的世界中，重要的是信號是溫度和丁酸氣味。對於黑鬼魚來說，是電場。對於依靠回聲定位的蝙蝠來說，是壓縮的空氣波。」

每種動物都活在不同的客觀世界裡，並把它當作「外部」客觀世界的全部。

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不得不說，真正的科學是很冷酷的。

天文學把我們解釋為在冷漠的宇宙中漂浮的無關緊要的宇宙塵埃，生物學家認為所有生物都是基因們的寄主和拷貝，神經科學則把我們認為內在的那個「自我」解釋為神經迴路中循環的電信號。

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對於情感與生存機制的關聯，可以參閱 Rita Carter 的《映射思想》。

「有時候人們會說，科學家不懂浪漫，他們的尋根究底破壞了世界的美麗與神秘。」

卡爾·薩根說起這件事，然後接著說，

「但是... 多了解一點真相，並不會讓落日的浪漫減少一點啊。」

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軟科普計劃 Vol.1 (1-10)，軟科普計劃 Vol.2 (太陽系日出)

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