為未來的科學(xué)打個(gè)賭（下）

火星殖民地

2017年，英國著名物理學(xué)家斯蒂芬·霍金針再次發(fā)出警告，認(rèn)為人類在地球上生活的年限僅為100年，人類現(xiàn)在應(yīng)該盡快開始對(duì)其他星球進(jìn)行殖民。而在不久之前，美國太空探索技術(shù)公司（SpaceX）的CEO埃隆·馬斯克還宣布了一個(gè)在2020年建立火星殖民地的計(jì)劃，但這個(gè)計(jì)劃可能有點(diǎn)好高騖遠(yuǎn)。火星是一個(gè)殘酷無情的環(huán)境：寒冷、干燥、荒蕪、無氧氣、高輻射……登陸火星是一回事，在火星上建立一個(gè)永久的人類殖民地是另一回事。一些科學(xué)家認(rèn)為，人類在未來的50年之內(nèi)將能擁有一個(gè)火星殖民地，但即便如此，這也可能是盲目的樂觀。所以，不要用你的房產(chǎn)押注到這個(gè)進(jìn)展上。

量子理論并不怪異

量子理論有點(diǎn)類似于賭博的理論：它永遠(yuǎn)不會(huì)告訴你微觀世界將要發(fā)生什么，只會(huì)為你提供事情發(fā)生的概率。但作為一個(gè)物理基礎(chǔ)理論，量子理論似乎有點(diǎn)不太完善。

為了解釋量子理論，物理學(xué)家們提出了有各種違反直覺的詮釋。例如，占主導(dǎo)地位的“哥本哈根詮釋”認(rèn)為，粒子如同具有分身術(shù)一樣，可以同時(shí)處在多個(gè)狀態(tài)，直到我們對(duì)其進(jìn)行觀測(cè)，它們才會(huì)具有一個(gè)確定的狀態(tài)。相比之下，“多世界詮釋”認(rèn)為，粒子始終具有分身術(shù)，對(duì)粒子測(cè)量后，每一個(gè)可能的觀測(cè)結(jié)果都會(huì)出現(xiàn)。那么，為何我們只會(huì)看到一種結(jié)果呢？多世界詮釋認(rèn)為，宇宙在觀測(cè)后會(huì)“分裂”出多個(gè)平行世界，而每個(gè)觀測(cè)結(jié)果都分別位于它自己的世界中。

不過，還存在一種詮釋，認(rèn)為微觀世界本來是確定的，但某些因素被我們忽略了，導(dǎo)致了量子理論只能用概率來預(yù)測(cè)事情的發(fā)展。這就像我們無法掌握所有影響氣候的因素，所以只能大概預(yù)測(cè)未來地球氣候的變化。物理學(xué)家把這些因素稱為“隱藏變量”。自從量子理論提出以來，就有一小部分物理學(xué)家，包括愛因斯坦，就一直支持這一觀點(diǎn)，盡管該觀點(diǎn)缺乏證據(jù)支持。

那么，究竟有沒有隱藏變量呢？物理學(xué)家最近做了很多檢測(cè)實(shí)驗(yàn)，但結(jié)果都暗示隱藏變量不存在。那么在未來，事情會(huì)出現(xiàn)轉(zhuǎn)機(jī)嗎？

不存在暗物質(zhì)

暗物質(zhì)是一種看不見的物質(zhì)，在宇宙中的含量是普通物質(zhì)的5倍多。我們之所以認(rèn)為暗物質(zhì)是存在的，是因?yàn)樗梢越忉屧S多引力理論解釋不了的現(xiàn)象。例如，如果只存在普通物質(zhì)的話，那么我們的引力理論就無法解釋為什么星系和星系團(tuán)旋轉(zhuǎn)的速度要比預(yù)期的快得多。

然而，經(jīng)過了幾十年的搜尋，我們還是沒有搞清楚暗物質(zhì)是什么。于是，一些科學(xué)家就猜測(cè)，暗物質(zhì)也許不存在，而問題其實(shí)出在引力理論上。美國天文學(xué)家斯泰西·麥高格就是一位暗物質(zhì)質(zhì)疑者。在1999年，他就打賭說，如果更加仔細(xì)地分析宇宙微波背景輻射的特征屬性，那么將會(huì)找到很多不符合當(dāng)前暗物質(zhì)模型的數(shù)據(jù)。事實(shí)的確如此，但其他的天文學(xué)家修改了理論的一些參數(shù)設(shè)置，使得改進(jìn)后的暗物質(zhì)模型又能管用了。

即使是這樣，一些天文學(xué)家仍大膽地對(duì)引力理論進(jìn)行了修改，這樣就能用不包含暗物質(zhì)的模型去解釋宇宙了。例如，一種叫做修正牛頓動(dòng)力學(xué)的理論認(rèn)為，引力場(chǎng)在相對(duì)較弱的情況下，其強(qiáng)度不與距離的平方成反比，而是隨著距離的增加衰減得更加平緩。這樣，在離星系中心更遠(yuǎn)的地方，引力強(qiáng)度會(huì)比原來所認(rèn)為的更強(qiáng)，那里的恒星圍繞星系中心的旋轉(zhuǎn)的速度就更快。但這些理論很不完善，而且缺乏有說服力的證據(jù)支持。目前，大多數(shù)天文學(xué)家仍相信暗物質(zhì)是存在的。

聯(lián)絡(luò)到外星人

在好萊塢電影里，外星人無處不在：要么來征服地球，要么來拯救我們，要么只是路過而已。但在現(xiàn)實(shí)世界里，我們卻找不到任何外星人的蹤影，也從來沒有收到過外星人發(fā)給我們的信號(hào)。雖然，我們?cè)?977年收到一個(gè)可疑的信號(hào)。那是位于美國俄亥俄州立大學(xué)的大耳射電望遠(yuǎn)鏡接收到的一個(gè)無線電信號(hào)。當(dāng)時(shí)的研究人員還激動(dòng)地在記錄紙上寫了個(gè)“Wow！”。但在2016年，一些科學(xué)家經(jīng)過分析后認(rèn)為，這個(gè)信號(hào)極有可能是一顆彗星而不是外星人產(chǎn)生的。

但參與搜尋地外文明計(jì)劃（SETI）的美國資深天文學(xué)家塞思·肖斯塔克，并沒有泄氣。現(xiàn)在，SETI的觀測(cè)實(shí)力日益增強(qiáng)。10年之后，科學(xué)家們將會(huì)完成對(duì)100多萬個(gè)恒星系統(tǒng)的檢測(cè)。肖斯塔克認(rèn)為，到那時(shí)我們就可能會(huì)檢測(cè)到來自外星人的信號(hào)，但是他只愿意拿他的咖啡杯當(dāng)賭注。

塞爾維亞的SETI研究員米蘭·瑟克維克認(rèn)為，到2030年檢測(cè)到外星人信號(hào)的可能性會(huì)小于5%，但只要我們的文明沒被核武器、超級(jí)疾病或機(jī)器人等摧毀，到本世紀(jì)末，檢測(cè)到外星人信號(hào)的可能性應(yīng)該不少于50%。

電磁驅(qū)動(dòng)引擎

2001年，英國工程師羅杰·肖耶發(fā)明了一種全新的引擎——射頻共振空腔推進(jìn)器，通常叫做電磁驅(qū)動(dòng)引擎（EmDrive），其原理大致如下：用電力在一個(gè)密閉的錐形腔體內(nèi)產(chǎn)生微波，微波在腔體內(nèi)來回反射，對(duì)腔體內(nèi)壁產(chǎn)生壓力，腔體寬的一端受到的壓力大于窄的一端受到的壓力，壓力差可產(chǎn)生一個(gè)微小的推力，使得腔體能朝著一個(gè)方向前進(jìn)。注意的是，電磁驅(qū)動(dòng)引擎只需要電力來產(chǎn)生微波，并不需要推進(jìn)劑。

肖耶并不回避對(duì)他的發(fā)明的預(yù)測(cè)。他自信地說：“如果你問的是2025年電磁驅(qū)動(dòng)引擎商業(yè)化的概率是多少，我可以十分肯定地告訴你，這將是100%?！钡?，許多科學(xué)家卻認(rèn)為，電磁驅(qū)動(dòng)引擎是不可行的，因?yàn)樗`背了牛頓力學(xué)定律。我們知道，火箭是借助它的發(fā)動(dòng)機(jī)噴射火焰時(shí)產(chǎn)生的反作用力，向前行駛的。在這個(gè)過程中，作用力等于反作用力，動(dòng)量守恒。但電磁驅(qū)動(dòng)引擎什么也不噴，自己就會(huì)動(dòng)，這就違背了牛頓第三運(yùn)動(dòng)定律以及動(dòng)量守恒定律。

即使如此，美國宇航局還是決定在實(shí)驗(yàn)室里檢測(cè)一下。美國宇航局在2016年公布的報(bào)告顯示，電磁驅(qū)動(dòng)引擎消耗每千瓦功率，就能夠產(chǎn)生大約1.2毫牛頓的推力。報(bào)告中提出的一個(gè)建議是，電磁驅(qū)動(dòng)引擎的推力，可能與量子力學(xué)中的隱藏變量有關(guān)。

但這個(gè)報(bào)告，其實(shí)是用一個(gè)未經(jīng)證實(shí)的事情去解釋另一個(gè)未經(jīng)證實(shí)的事情。美國數(shù)學(xué)物理學(xué)家約翰·貝茲就此很不相信，認(rèn)為報(bào)告中解釋電磁驅(qū)動(dòng)引擎工作原理的內(nèi)容，就是“一本正經(jīng)地胡說八道”。許多科學(xué)家還相信，電磁驅(qū)動(dòng)引擎并不能產(chǎn)生推力，實(shí)驗(yàn)測(cè)得的可能不過是誤差而已。