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读书笔记摘抄16.05.06-17.10.27

October 27, 2017 Leave a comment

整理一下之前遗留的Notes,有了Evernote和不怎么用Kindle之后记录的越来越少了。。。

邻居大爷说装修噪声致其心脏病复发,索赔医药费,有道理吗?
http://zhuanlan.zhihu.com/p/20802514
环境污染致人损害,属于特殊侵权行为,应按无过错责任原则追究民事责任,并实行举证责任倒置。根据有关医学资料,噪声是诱发心脏病发作的因素之一。张大爷主张他心脏病发作是小刘家装修噪声引起,是有道理的。除非小刘能够举证证明他家的装修噪声,与张大爷的心脏病发作之间不存在因果关系,否则,小刘就应当对张大爷受到损害承担赔偿责任。

网络上有哪些广为流传的「历史真相」其实是谣言?
https://www.zhihu.com/question/38562043
“贾诩是三国唯一善终的谋士。贾诩是三国谋士中活得最长的。”
解:一辈子只活了70多的贾诩是怎么比80岁死的程昱,81岁死的董昭还长寿的?

摩擦力的原理是什么?
https://www.zhihu.com/question/47400905#answer-37827421
和大多数人想象的不同,摩擦力的机理至今为止没有一个足够好的理论来解释,虽然存在大量的不同摩擦理论,但是都存在不同程度的问题.
对于宏观的,具有屈服强度的非粘性材料(通常就是金属),在界面上没有介质影响的情况下的摩擦(干摩擦)在实验上大致的有这么几条规律,其中有三条是我们在高中学过的:
1. 静摩擦系数大于动摩擦系数
2. 摩擦系数与接触面积无关
3. 摩擦力大小与滑动速度无关
还有我们没见过的三条:
1. 静止接触时间越长,静摩擦系数越大
2. 滑动摩擦不是连续发生而且存在跃动
3. 静摩擦存在一个预位移(发生静摩擦时会产生一个微小的位移)

为什么光速慢一点点,就不会有碳元素。让光速快一点点,就不会有氧元素?
https://www.zhihu.com/question/47452599/answer/107742708
这里实际上假设了,光速在物理中不是一个基本常数。如果它可以改变,影响的是电磁相互作用,物理学中描述电磁相互作用的是精细结构常数 α 。
要合成元素,需要强力克服电磁力,从而使质子束缚在原子核内,描述强力的是强相互作用耦合常数 \alpha_{s}。α和\alpha_{s}需要满足一定的关系,像碳这一系列元素才是稳定的,电磁力如果变化,实际上就影响了元素的合成。
如果\alpha_{s} 增加 4%, 星球的聚变就无法产生碳,基于碳元素的生命就更无法出现了。如果\alpha_{s}减小10%,核聚变都无法发生,基于核聚变的一系列天体物理过程也无法发生了。

家长害怕网瘾的根源是什么?
http://www.zhihu.com/question/50349797/answer/123108353
在这种恐惧之下,家长们先是封堵录像,后是封堵台球,再封堵电子游戏,后封堵网吧。每一个新鲜事物出现,都有一个从被被抗拒到被接受的过程, 就像大清的国民看到火车,第一反应是这玩意儿破坏风水,如今再怎么科普转基因,还是有人坚持要吃非转基因大豆油。对“网瘾”的妖魔化,本质上是一种对被现代化抛弃的恐惧。

游戏玩完就退款?一场关于玩家道德的拷问https://zhuanlan.zhihu.com/p/23066566

法律是最低限度的道德,在此之上的道德之所以不做强制要求,是因为它违背了人的天性又或者社会发展还未达到这个阶段,只有当某些道德标准成为全民共识的时候,它才具备成为法律的基本条件。

关于 NIPS 2016 你应该知道的 50 件事情

http://mp.weixin.qq.com/s/jpfnlLp7dqlzJs88hcamvg

波士顿动力(迄今)在他们的机器人上没有使用任何学习算法,包括在 NIPS 2016 演示的 Spot Mini——全都是手动编程的。

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读书笔记摘抄14.02.11-15.11.29补漏

December 9, 2015 Leave a comment

上面的漏掉了一小部分并没有整理。

从牙齿到生殖器,人身上这些零碎儿的设计简直弱爆了
http://www.guokr.com/article/438027/
视神经会在视网膜上汇聚成一点然后穿过视网膜。这就像把电源线从电视机的屏幕上穿过去。于是视神经汇聚的这一点就形成了盲点。大部分时候,两只眼睛的视野会相互弥补,但是当看特定事物时出现盲点重叠、或者只用一只眼睛看东西时,我们的大脑会根据周围的图像修正盲点。

多重宇宙:魔瓶中放出的精灵
http://songshuhui.net/archives/87869
几乎与此同时,超弦理论也遭遇了一场颜面扫地的失败。弦论认为一切基本粒子都是由更微小的弦组成的,这些弦生活在10维时空中。作为许多人眼中的统一广义相对论和量子理论的最有力候选者,弦论应该解释为什么我们只看到了3维空间和1维时间。要做到这一点并不困难,因为数学家卡拉比和丘成桐业已证明,额外的6维空间能够以某种形态蜷缩起来,使我们暂时看不见。人们又一次乐观地认为,只要从已知的几个选项中挑一个合适的额外维度形态,使得在其中振动的弦能够产生已知基本粒子,物理学的统一大业就胜利在即了。
但是,还未等人们找到符合要求的额外维度形态,候选选项的数目就已“暴胀”到了10500个。相比之下,我们所能看到的宇宙中的基本粒子只有1090个。即使动用全宇宙的资源,制造一个宇宙级计算机,恐怕我们也没有办法迅速从这么多选项中找到令人满意的结果。

时间之箭源于量子纠缠?
http://www.guokr.com/article/438361/
如果上述这些最新研究结果是正确的,那么时间之箭的故事就得从量子力学的一个基本观点讲起,那就是在最底层,宇宙本质上是不确定的。一个基本粒子的物理性质无法具有确定值,只能用处于各种状态的概率来衡量。

假如土星从地球旁边掠过
http://www.guokr.com/article/438524/
土星抵达地球附近之前很久,它就会把月球掷出环绕地球的轨道。它的引力对月球的影响会比地球更大,在任何类似的三体相遇问题中,质量最小的物体会被抛弃。

酷炫动图(三):数学篇
http://www.guokr.com/article/438546/
如果一个正多边形内角的三角函数能用加减乘除和开平方表达出来,那就意味着这个正多边形能用尺规做出来。(尺规等价于只使用圆和直线的交点作图,直线的表达式是二元一次方程,圆的表达式是二元二次方程,所以只用到了加减乘除和开平方。)而他又证明了,只要正多边形的边数n是费马素数,那么就能这么表达。当时人们已经知道前五个费马素数是3、5、17、257和65537,所以高斯等于一举证明了这五种正多边形都是尺规可做的。

怀孕需要改变什么(17)番外篇——小娃的梦
http://songshuhui.net/archives/89611
之所以会有婴儿出生会游泳的说法,主要是因为婴儿都有一套非常高级的潜水反射,其中最突出的是屏气反射,也就是说脸被浸没在凉水里之后会屏住呼吸。
出生3天的宝宝中的94%立马憋气;2-6个月大的婴儿100%会屏气;人们一般认为婴儿的潜水反射能持续6个月,果不其然,实验中,9个月时保留反射的减少到97%,而1岁时只有90%婴儿被吹后会屏气了。

七种要人命的时尚潮流
http://www.guokr.com/article/438858/
伊丽莎白时代的人们并没有为自己微笑时露出的龋齿而困扰,反倒是大张旗鼓地宣称,蛀牙才是当前和未来的潮流——至少说明他们很有钱,吃得起糖。这甚至在买不起糖的人中间引起了一股风尚,他们把一种黑色的粉末涂在牙上,假装自己有牙龈炎,藉以“刷”时髦值。然而,不久之后,糖和牙痛都变成了寻常事,这种潮流很快也就寿终正寝了。

生孩子到底有多危险?
http://www.guokr.com/article/439003/
一项针对中国31个省市的监测调查[3]显示:1996-2010年,孕产妇死亡率从64.1/10万下降到30.0/10万,下降了53.20%,但城市和农村变化趋势不同。农村由86.4/10万下降至30.1/10万,而城市孕产妇死亡率在1996-2002年呈现波动,在2003-2007年间相对平稳,2008后有所反弹,2010年接近1996年的水平。

为什么一战上会出现“圣诞停火”
http://www.guokr.com/article/439731/
从古至今,人性一直是一个筐,人们把各种故事都归于人性,可是从来都没有人知道人性究竟是什么,拿出的人性假说也全都没有充分的证据。没有人希望世间充满战争和杀戮,大家都在讴歌人性的亮点,但若从历史上看,这些讴歌好像没有什么作用。如果我们热爱和平,我们必须知道人类为何诉诸暴力;如果我们渴望合作,我们必须知道人类为何选择背叛;我们需要知道人性是什么,有哪些成分,如何发挥作用,受什么条件影响。也许济慈说得对,当牛顿把阳光分解成七色之后,彩虹的神秘感就消失了;但是如果不去分析这个世界,我们就没有青霉素,没有电灯,没有天花疫苗,没有计算机,没有GPS。童话是人类的摇篮,可我们不能永远停留在摇篮里。

读书笔记摘抄14.02.11-15.11.29

November 30, 2015 Leave a comment

不知不觉已经快两年没有总结过了。。

重新发现路易十六之血
http://songshuhui.net/archives/87551

人类的基因中99.9%的DNA完全相同,但位于细胞核内的常染色体与男性的Y染色体上有些特定区域序列比较多变,这些区域被称为"短串联重复区(STR)。

光一直以光速向前传播,可为何光逃离不了黑洞?

http://www.zhihu.com/question/19589015

在黑洞内部,光锥被扭曲,光锥的所有空间方向都朝向黑洞内部,使得光只能向内传播。

为什么男生吵架永远吵不过女生?(韩寒/一个)
男人吵架能不能吵过女人是由基因决定的。很早很早以前,有些男人有这个基因,有些没有。后来,有这基因的男人都找不到老婆,然后,这基因失传了。

为什么新闻联播放完了总是要播出他们在收拾稿子的片段? (侯振海)

http://www.zhihu.com/question/19618276

电视新闻的播出窗口是一个固定时长,但是新闻节目播报多一句少一句会影响节目的实际时长,为了保证节目在准确的时间点结束(精确到秒),往往会采用拉滚字幕或其他的方式调节时长,一般在15秒到30秒之间的长度,业内称为"松紧带"。主持人收拾稿子,纯粹是给他们找点事干,这样屏幕效果比较好,不然干坐着看上去也挺难受的,直接走了也有点莫名其妙,所以就这样了。其他的"松紧带"形式还有音乐片、标版动画等。

人类首次实现能量增益大于1的受控核聚变

http://www.physixfan.com/archives/2280

聚变点火的条件是,温度、密度、约束时间这三个量的乘积需要大于一个数值(劳森判据),显而易见的一点是,温度密度越高就约难以约束,因此三者同时提高是一个极其困难的任务。

Facebook 为什么要花 190 亿美元买一个即时通讯应用? (Sanji Feng)

http://cn.engadget.com/2014/02/20/why-did-facebook-spend-19-billion-on-a-messaging-app-video/

WhatsApp 是一款横跨多个智能手机平台的即时通讯应用,它的商业模式是首年服务免费,之后每年年费 1 美元。WhatsApp 的 4.5 亿用户(其中日活跃用户数 3.15 亿人)。实际上,WhatsApp 的使用者可谓十分「多产」,在这个平台上每天产生的讯息量差不多等同于全世界每天产生的短信量。而且在美国以外的许多地方,WhatsApp 的影响力都非常之大。根据移动市场研究公司 Jana 的报告,这款软件在印度、巴西、墨西哥、尼日利亚、南非等地区都是最热门的通讯应用。

Flappy Bird的启示:不要相信成功学 (楚云帆)

http://games.sina.com.cn/zl/duanpian/2014-02-08/194965.shtml

行业火爆会给很多公司一个错觉,那就是觉得自己掌握了游戏成功开发的真谛,这从到处泛滥的产业会议就可以看出,但是实际上对大量没经过风浪的新贵来讲,更主要的可能是在一个恰当的时机抢占了某一用户群体市场的空白,而并非游戏本身多么出色。

VIE 结构是什么?建立的过程中需要注意什么问题?

http://www.zhihu.com/question/19634851

为了更直观的理解,举几个VIE结构的案例:案例一: 你是中国公民,在国内创立了一家企业A,业务很好,想去上市(为了融资、为了退出)。但是无法达到上交所和深交所的要求,即使达到要求,对漫长的审批也无望。于是想到海外(香港、美国等)更容易上市、方便融资和退出的市场去IPO。  但你这家私人企业,要去海外上市,也需要中国证监会等部门审批的,以“防止国内资产外流”。你又一次倒在审批的高墙下。  这时,有一位聪明绝顶的会计,想出个办法:在海外成立一家壳公司B,B(或者通过其在国内设立的全资子公司C)与内资的公司A签订一份几十年的协议,将A所有债务和权益都转给B,B以此在海外成功上市。史称新浪模式,也就是VIE模式(可变利益实体Variable Interest Entities)。目前在海外上市的绝大多数中国企业,都采用该模式,包括新浪、百度、腾讯、阿里巴巴(1688)等。  案例二:  你作为中国公民,在中国创立一家公司A,申领了各种许可证。一些行业对外资进入有限制甚至被禁止,比如新闻网站、网络游戏、在线视频、在线支付等,但对你这内资公司来说,都不是问题。  后来,想找点融资。发现极少有人民币基金(因为外汇管制的问题),而且很难和他们谈。但美元基金又不能直接投你的内资公司。于是,你在海外注册了一家公司B,基金将美元投给B(你和基金都拥有B的股权),B再到国内注册成立一家外资全资子公司C。然后,A和C之间,签订一份几十年的协议,A的所有债务、权益全部由C承担和享有。也就是典型的VIE结构。以上两个案例,并非独立,有交叉,可能从创立企业、融资、领取各种牌照、到海外上市,各环节均涉及VIE。

美国在猴子身上实现异体操控意味着什么?这一技术的发展前景如何? (黄勋)

http://daily.zhihu.com/story/3978785

我认为在彻底了解大脑工作原理之前,脑机接口是神经科学最有希望产生实用成果的方向之一。脑机接口其实更接近于工程中的模式识别,工作原理是找出某种动作所对应的神经元激活模式,再通过模式匹配实现控制。这项技术并不需要了解大脑工作原理,只要把大脑当成个黑箱子,观察输入输出就行了。。顺便说一句,”脑控“以目前的技术仍然是不可能实现的。因为要实现”控制“,必须先要有模式,而被试不配合的话是找不出这个模式的。

人民币汇率是如何形成的?中国能算「汇率操纵国」吗?

http://www.zhihu.com/question/21733395

人民币汇率就是中国外汇交易中心的人民币交易价格,中国外汇交易中心是一个会员制市场,像所有的市场一样,买卖双方自愿交易,供求关系决定了价格,但中国人民银行是市场中的最大玩家,对人民币汇率有近乎决定性的作用。

央行的资产恒等于负债,其负债可以大致理解为发行的货币量。

姜昆对中国曲艺界做过哪些贡献? (兔尾巴老李)

http://www.zhihu.com/question/20007661

从有相声起到现在,不过百年出点头的时间,说句不好听的,也就是半拉同仁堂的年头,要说相声是传统艺术,起码我个人有些惴惴。她还远远不够老。

「上帝粒子」也有可能摧毁宇宙! (Sanji Feng)

http://cn.engadget.com/2014/09/09/higgs-boson-could-end-us-all/

在新书《Starmus》的序言中,Stephen Hawking 告诉你,这并不是一句玩笑。目前我们的宇宙可能处于三种状态中的一种:稳定、不稳定、和「亚稳定状态」,LHC 的实验已经排除了不稳定的可能性,也就是说宇宙至少不会自爆;但还不能确定是「稳定」(即真空能量为最低能量态),或「亚稳定」(即还有比真空能量更低的能量态)。霍金的说法是当 希格斯玻色子 在能阶不低于 1,000 亿 GeV 的情况下,有可能会将其所在处的真空能量推过亚稳定的边界,使其落入更低的能量态,也就是所谓的「真空衰减(vacuum decay)」的现象。从这一点开始,整个宇宙会开始向四面八方坍塌,变成由另一种物理规则规范的新宇宙。

iPhone 要不要贴膜?不贴膜会怎样? (小城)
http://www.zhihu.com/question/20338403

玻璃的硬度不可能超过纯石英,只能最大限度接近.

莫氏硬度比屏幕材料高的东西就会造成屏幕划伤。而一般常见的东西中,指甲是2.5,铝、铜是3,普通铁是4-5,不锈钢是5.5,普通玻璃是6,康宁大猩猩玻璃是6.5,特种玻璃可接近7,石英(沙子的主要成份)是7,黄玉8,刚玉9(红、蓝宝石),钻石10。

金刚砂,成份是碳化硅(SiC),硬度9.5,虽然比钻石还是略差一点,但虐杀玻璃是绰绰有余,更要命的是,这玩意是散落在人间的,地上的几千粒沙土中保不齐就有个一两粒,所以你如果执意要把肖特玻璃做拖地实验,可能这次就没事,下次就毁了。

如何理解《生活大爆炸》第八季第二集里 Howard 和 Sheldon 斗智里的各种知识点?

http://www.zhihujingxuan.com/20614.html

哥本哈根诠释给出的理论预言至今跟实验都符合的很好,因此其他诠释若给出不同的理论预言,必定会是错的。鉴于不同诠释对物理可观测量的理论预言大都相同,多半在哲学上都圈子,很多物理学家遵循“Shut Up and Calculate!” (闭上嘴快做题)的信条。

心理学里的智力和性格测量有得到普遍的认同吗?它们是否科学?心理学方面有没有其它得到较广泛认同的测量方法?

http://www.zhihu.com/question/20192801

如果你觉得遵循实证主义,经过实证研究检验的就是科学的,那韦氏智力测验和Big Five是科学的,MBTI是不科学的。至于你问为什么“不科学”的MBTI这么多人用,我也不知道,不是还有很多其他东西是这样吗

一些投射型测验比较具有优势。例如罗夏墨迹测验,其效度在心理测量中和MBTI名列榜首。罗夏测试这种投射型测验中,你根本不知道在测什么,所以以上前三点被试无法有意识的去防备,只能给出比较真实的反应。

盐在古代是否是重要的战争资源?为什么? (张英锋)

http://www.zhihu.com/question/22191521

盐是保存菜、肉、鱼、奶的最重要的防腐原料,因为这些食物容易腐烂变质,不像谷类一样可以长期保存。但如果用盐腌成咸菜(酸菜)、火腿、咸鱼、奶酪制品,就可以保存数月甚至数年。

腌制食品除了老百姓长期自用,但更重要的是有了盐,商人就能够实现远距离的食品贸易,这相当于古代版的冷链物流。

《西游记》中有哪些有趣的冷知识? (杨昱)

http://daily.zhihu.com/story/4305428

在五四之前,《西游记》的作者并不是吴承恩,而被传为全真丘处机所作。在中国,很多文学作品的作者大都是一笔烂帐,虽说《西游记》是吴承恩所作,其证据并不牢靠,但要是说是丘处机写的,那就真的是胡言乱语了。可这说法并不是没有原因的,《西游记》自然首先来自于民间创作的整理,在其后又经过许多作者的加工,逐渐向我们现在看到的这个版本靠拢,但最后定本的那个作者,却必定是个儒释道三修的道学大家。

鸟击能对飞机的发动机造成多大危害,为什么没有办法避免?

http://www.zhihu.com/question/22777952

根据目前的航空器设计标准,任何一架双发飞机,都应具备在单发失效的情况下,使用一台发动机安全着陆的能力,也就是说即便单台发动机被小鸟搞停机,对飞行员来说"那都不是事儿"。

黄飞鸿、叶问、霍元甲谁的武功高?

http://www.zhihu.com/question/26395203

我们现在讨论他们三人武功的高低,其实讨论的还是整个清末和民国的武林,讨论的还是在那个大时代下这些武林人士身世浮沉。论阵前厮杀和擂台高下,霍元甲和叶问并不一定敌得过黄飞鸿,甚至霍元甲也不一定能敌得过比他小许多的叶问;若是论及爱国救民,怕是黄、叶二人又比不过霍元甲;但是论及设馆收徒、功夫传播,怕是谁也及不上叶问。其实我们这里讨论谁的武功高低,那些消逝在历史长河里的武林宗师们,他们经历的那些真真假假、虚虚实实,又岂能仅仅凭借技击之术,被后人一言定高下呢?

全麻与局麻相比,真的对身体的伤害更大吗?

http://www.zhihu.com/question/20765664

没有证据表明,现代麻醉药物对于健康病人神经功能和记忆功能存在长期影响。但是术后认知功能障碍(POCD)却是存在的。但是这又是个很大的题目了。

有哪些知识让你惊叹自己竟然活在那么高大上的世界里?

http://www.buyinchina.com/magazine.htm?Act=view&guid=1525d1035cf84904

猪和人虽然看着差很多,在亲缘关系上也没有灵长目的黑猩猩等与人相近。但神奇的是:猪和人的皮肤结构很像、心血管系统很像、就连脏器的结构、位置和重量也很像!!而且不可思议的是,猪和人的免疫机制几乎一样,所以,基本上所有猪能得的病,人都能得,所有能让人感染的病毒,也能让猪卧倒。

弓形虫可以在“任何”一个具有细胞核的动物体内生存+弓形虫既可以进行有性繁殖也可以进行无性繁殖,而如何繁殖仅仅是因为宿主不同+其生活史具有五种形态,而不同形态都又具有与之相贴合的生存环境,其“包囊”形态可以在寄主体内存在终生,并且各种宿主的免疫系统对其都束手无策+弓形虫可以控制鼠的思维,让其不怕猫,从而更易被猫捕获,让自己进入其唯一的终末宿主(猫)体内(中间宿主无限选择,当然包括人,在此详细说明下,弓形虫仅在猫体内进行有性繁殖,在其他中间宿主体内进行无性繁殖,也就是说没有猫,弓型虫也能繁衍,但有猫,它就可以通过有性繁殖进行基因交换,筛选出优秀后代,从而不断进化)+弓形虫在动物机体免疫机能良好时根本不会闹事,但一旦动物快要不行了,它就会从大脑、肌肉等各处钻出来,然后通过各种途径跑到体外,包括:唾液、尿液、眼泪以及精液和经血!以后再也不要说一个愚蠢的人是“单细胞”了,因为我觉得“愚蠢的人类”完全被单细胞的弓形虫打败了…顺便一说,欧美人大约60-80%感染,中国人没有统计,呵呵…不过大家放心,弓形虫很聪明的,不会在它的“房子”里随意破坏。

为什么说地球的水来自外太空,就算不是来自彗星,来自小行星,那小行星的水又是来自哪里呢?

http://www.zhihu.com/question/27042616
有一个叫做“冻结线”的概念,简而言之,是从中央恒星算起的一个特殊距离,在这个距离以内,由于温度过高,水无法形成固态微粒。在这之外,冰就很丰富了(原始星云中毕竟氢和氧不缺)。在太阳系中,这条冻结线位于小行星带的位置.
而且地球生成过程中,在彻底冷却之前也丢失了大量水分。恰好地球40亿年前经历了漫长的后期重轰炸期,这个时期大量来自冻结线以外的天体进入内太阳系并狠狠的轰炸了地球一遍。所以,问题应当是这样的:作为一个生于冻结线以内的先天缺水的苦逼,地球上现在的水,到底是从本来不富裕的含水量中硬“挤”出来的(毕竟身为系内第一大岩质行星,内部的水还是够的,火山喷发之类的就行了),还是被冻结线以外那帮天生高富帅教训了一顿之后换来的。目前还有争议但是最近的一个研究,据ESA登陆“丘留莫夫-格拉西缅科”彗星的探测器“菲莱”的分析结果,彗星上的氘/氢比和地球上的氘/氢比差别较大。因此即使彗星小行星给地球带来过水,这个比例应该也是比较小的。

诸如暗物质、快子这些仅在概念中存在、且尚未被证实的物质,对科研来说有没有研究价值? 李然

http://www.zhihu.com/question/27955217

“暗物质”的引入是为了解释银河系的旋转曲线和后发星系团的速度弥散问题。人们需要引入新的物质组分来保持银河系,星系团被引力束缚而不是分崩离析.

宇宙中是否可能存在一些地方,其物理规律和性质与我们这里不同?

http://www.zhihu.com/question/29962358

有些外行的看官,以及大部分民科,很喜欢宣传“学界在通过掩盖不利的证据来维护旧理论扼杀新思想”的阴谋论。

我们比谁都盼望大新闻,直至盼望着从大新闻中出点儿“能推翻现有理论”的东西。

生物怎么进化出自然死亡这一性状?

http://www.zhihu.com/question/20499013

端粒——每条DNA两头的一段非编码的重复序列。接下来的事情就像@任明敝 所说,DNA复制一次端粒就变短一点,直到发现用完了,好,拒绝复制,你别分裂了你等死吧。

衰老和自然死亡,到底是伟大的进化优势?还是多细胞体系必然崩溃的宿命?主流观点认为是后者。不同类型的损伤是自然死亡的根本原因,生物体应对损伤的反击战则进一步加重了衰老。

失忆的人为什么还会说话? 董傲

http://www.zhihu.com/question/30283608

长时记忆可能并不完全需要经过短时记忆才能形成,而是通过感觉记忆的输入直接编码。

为什么美国动作电影主人公多有海军陆战队退役身份? Zhen Ryan

http://www.zhihu.com/question/30313801

要知道美军对于不同军种的士兵的不同称呼.海军陆战队-Marines,陆军-Soldiers,海军-Sailors,空军-Airman.还有各军种不同的迷彩服图样.

"海军陆战队背景"对于主角来说应该就像是一种军事背景的万能膏药.因为海军陆战队的全面交叉职种训练(是的不同MOS之间有时还需要交叉训练,尤其是缺人的MOS.比如工程装备技师就经常被叫去跟着空调系统技师鼓捣空调系统).

中子星如何演变的? (喵十一)

http://www.zhihu.com/question/34953125

根据泡利不相容原理,电子之间的泡利斥力可以抵挡质量小于1.4个太阳质量的重力,但当质量大于1.4个太阳质量,恒星将不能维持白矮星的平衡状态,会继续塌缩下去。1.4个太阳质量即钱德拉塞卡极限。

为什么有人一碰到枕头就睡着,睡眠能力也有天赋吗?

http://www.zhihu.com/question/35554564

睡眠和清醒状态可以看作是RAS和VLPO之间切换的一个过程。

一个黑洞不存在的论据,对不对?

http://www.zhihu.com/question/29818514

天体物理中说到黑洞,指的是在一定区域内的质量超过一定范围、又有强烈的X射线辐射的天文现象;天体物理中研究的也主要是黑洞吸积盘的性质、对周边环境的物理反馈等等,并不会纠结“东西究竟有没有穿过视界”之类的问题……其次,目前在天体物理中还没有直接证实黑洞的存在,现在大家指的黑洞更准确地说应该被称为blackhole candidate。

黑洞真的是吞噬了物体吗? (费米子)

http://www.zhihu.com/question/35081072

白洞和虫洞可能是有趣的东西,但都不是严肃的话题,只是科幻的题材。无法证明也无法证伪的东西不属于科学的范畴。

在观测中黑洞是存在的,最安全的例子就是我们银河系核心黑洞 Sgr A* (4.1 Million Solar Mass)。我们不可能看到视界以内,甚至目前我们也看不到吸积盘(吸积物质堆积形成的盘),认证Sgr A* 的证据是周围恒星几十年的Kepler运动轨迹。你说这就可以认证黑洞了?足够了!并且我们可以证明有物质正在连续地掉落到这个黑洞里去,那就是通过黑洞周围吸积盘的辐射,尽管非常非常少。

黑洞很平常。仰望星空的时候,看到银河系,告诉自己那中间就有个4百万太阳质量的大黑洞。同时,宇宙中遥远的黑洞为这个平凡星球上的普通人创造了很多的饭碗。

2015 年诺贝尔物理学奖为什么授予「中微子振荡」 ?这个发现对于物理学界和普通人的影响是怎样的?(哈哈哈)

http://www.zhihu.com/question/36228948

中微子是粒子物理标准模型中的三种粒子的统称,在标准模型里它们是无质量的。中微子振荡这一物理现象要求中微子有非零质量,因此某种意义上可以说中微子振荡揭示了超出标准模型的新物理。

用艾宾浩斯曲线记忆周期来背单词是否有理论依据? (Filestorm)

http://www.zhihu.com/question/19798259

艾宾浩斯曲线本身并不能给出一个“最优”的学习频率。可以这么说,广为流传的各种复习时间点,充其量是经验公式,与艾宾浩斯的发现并没有直接关系。

通常,人们把记忆类型粗分成短时程记忆 (Short term memory, STM) 和长时程记忆 (Long term memory, LTM),(暂不讨论中时程记忆和抗麻醉记忆)。主流的观点认为,在LTM的形成中,有蛋白质参与,神经元形态也会发生变化(突触位置、数目等)。如果引入某些蛋白抑制剂,生物体就无法形成LTM;但目前没有依据表明STM会受蛋白抑制剂的影响。

在记忆从STM到LTM的转化中,一个重要的因素是训练间隔。在海兔上的实验表明,如果持续高强度的不停训练(massed training),是不能直接形成LTM的。唯有带上一定的间隔(spaced training),才能有效将STM转化成LTM。训练的必要间隔时间,又是由另一种蛋白质控制的。而另一方面,生物体对奖励性与惩罚性刺激的学习机制,又不完全相同。而且不光是记忆,人们发现“遗忘”也很有可能是一个受蛋白控制的主动过程。

精致的利己主义者和常青藤的绵羊zz

August 2, 2015 Leave a comment

zz: http://www.geekonomics10000.com/908

现在很多忧国忧民的老派人物已经对中国的大学,包括一流名校,有点不敢抱太大希望了。中国大学给人的印象是不但学术创新能力不行,就连社会责任感也不行,用北大钱理群的话说,培养出来的学生都是“精致的利己主义者”。那么礼失求诸野,美国大学又如何呢?常青藤名校学生,是否都是德才兼备,文能安邦武能定国,充满英雄主义和冒险精神的人中之龙凤?在美国名校读本科 — 而不是一般中国留学生读的、以搞科研发论文为目标的研究生 — 是一种怎样的体验?

像这样的问题光问哈佛女孩刘亦婷不行,最好再找个懂行的本地人问问,比如耶鲁教授William Deresiewicz[1]。 他去年出了一本书,叫做《优秀的绵羊》(Excellent Sheep)。这个称号并不比“精致的利己主义者”好听。

显然这是一本批评美国名校教育的书,不过这本书并不只是图个吐槽的痛快,它讲述了一点名校的运行机制。此书没提中国,可是我想如果把中美两国名校教育放在一起比较一下,将是非常有意思的事情。作为中国读者,如果你不怎么了解美国教育,读完这本书可能会惊异于中美大学的巨大差异;如果你已经有所了解美国教育,读完可能会惊异于中美大学有巨大的相似性。

也许我们还可以思考一下,现代大学到底是干什么用的。


好得像绵羊一样的学生

为说话方便,我们虚构两个学生:中国清华大学的小明,和美国耶鲁大学的Joe。能入选各自国家的顶级名校,这二人显然都是出类拔萃的精英。人们相信他们都是未来社会栋梁,甚至有可能成为各自国家的领导人。

然而在此时此刻,小明的形象距离领导人还相差很远。他来自中国某个边远地区,身体谈不上健壮,带个眼镜,社会经验相当有限,也不怎么善于言谈,简直除了成绩好一无所长。刻薄的人可能会说小明有点读书读傻了,是高考的受害者。

但小明其实是高考的受益者。他是自己家族,甚至可以说是家乡的骄傲。为了得到这位全省状元,清华招生组曾把小明请到北京陪吃陪玩,美其名曰“参观校园”,直到看着他填报了志愿才算放心,简直是球星的待遇[2]。

Joe的父亲是某大公司CEO,母亲在家做全职主妇。由于父母二人都是耶鲁的毕业生,Joe上耶鲁只不过是遵循了家族传统而已。美国大学录取并不只看分数,非常讲究综合素质。跟小明相比,Joe可谓是多才多艺。他高中时就跟同学搞过乐队,能写能弹能唱,从小就精通游泳、网球和冰球,而且入选校队参加比赛。Joe的组织能力很强,是高中学生会副主席,而且他很有爱心,经常去社区医院帮助残疾人做康复运动。

要论解决刁钻古怪的高考数学题,Joe肯定不如小明 — 但是Joe的学习成绩并不差。Joe从高二开始就选修了几门大学先修课程(叫做“AP”,advanced placement),还没上大学已经具备微积分和宏观经济学的知识,这都是小明从未学习过的、高考范围以外的内容。

跟很多名校一样,耶鲁甚至允许Joe高中毕业后先玩一年再入学,一方面休息休息,一方面趁着年轻看看世界。Joe并没有浪费这一年时间。在欧洲游历了半年之后,他在父亲帮助下前往非洲,以志愿者身份在比尔及梅琳达·盖茨基金会工作了几个月,任务是帮助赞比亚减少艾滋病毒感染。

小明深知自己的一切荣誉都来自分数。只有过硬的分数才能让他拿到奖学金、出国留学、找份好工作,夺取光明前途。为此,小明在清华的学习策略跟高中并无区别,那就是一定要门门功课都拿优等。

Joe的大学生活就比小明丰富多了。他是多个学生组织的成员,每逢假期就去做志愿者或者去大公司实习,有相当专业的体育运动,而且经常跟老师和同学们交流读书心得!

所以中美大学教育的确是非常不同。可是如果你据此认为,相对于小明苦逼的应试教育,Joe正在经历的素质教育非常快乐,或者你认为Joe是比小明更优秀的人才,那你就完全错了。事实上,Joe和小明是非常相似的一类人。

Joe为什么要参加那么多课外活动?因为这些活动是美国学生评价体系的重要组成部分,像考试分数一样重要。跟小明刷GPA(平均学分籍点)一样,Joe刷课外活动的经验值也只不过是完成各种考核指标而已。每天忙得焦头烂额的Joe,对这些事情并没有真正的热情。比一心只想着考试的小明更苦的是,Joe还必须顾及自己在师生中的日常形象,这就是为什么他需要知道别人经常谈论的每一本书都说了什么 — 所以他用只读开头、结尾和书评的方式假装读过很多本书。至于能从一本书中真正学到什么,Joe根本没时间在乎。

如果说小明是个精致的利己主义者,其实Joe也是。上世纪六七十年代和更早时候的大学生的确都很有社会责任感,非常关心国家大事,甚至愿意为了社会活动而牺牲学业。可能因为各行业收入差距越来越大,也可能因为大学学费越来越贵,现在的大学生竞争非常激烈,根本没时间管自己生活以外的事情。除了拿经验值走人,他们并不打算对任何事物做特别深入的了解。清华的学生还有闲情逸致搞个女生节向师妹师姐致意,而耶鲁这种水平的顶尖美国大学中,学生们经常忙得没时间谈恋爱。

Joe和小明的内心都非常脆弱。一路过关斩将进入名校,他们从小早就是取悦老师和家长的高手。别人对他们有什么期待,他们就做什么,而且一定能做好。层层过关的选拔制度确保了这些学生都是习惯性的成功者,他们从未遇到挫折 — 所以他们特别害怕失败。进入大学,他们的思想经常走极端,做事成功了就认为自己无比了不起,一旦失败就认为自己简直一无是处。Joe曾经真诚的认为如果考不进耶鲁,他就与一个屠宰场工人无异。

面对无数跟自己一样聪明一样勤奋的人,他们的情绪经常波动,充满焦虑。他们选课非常小心谨慎,专门挑自己擅长的选,根本不敢选那些有可能证明自己不行的课程。

人们印象中的名校应该不拘一格降人才,每个学生都根据自己的个性选择不同的道路,百花齐放。然而事实是在追求安全不敢冒险的氛围下,学生们互相模仿,生怕跟别人不一样。小明一入学就在最短的时间内跟师兄们学会了自己学校的切口和校园BBS上的专用语,哪怕跟校外的人交谈也要蹦出几个“x字班”之类的黑话,而绝不会明明白白地跟你说院系年级。他们不是尽力表现自己的与众不同,而是与“自己人”的相同!

什么时候考托福、哪个老师的课不容易拿分、考研找工作的各种手续、就连办出国打预防针总共会被扎几次,BBS上都有详细的“攻略”。小明对这些进身之道门清,津津乐道,遇到与攻略稍有差异的局面都要上网仔细询问,不敢越雷池半步。小明的师兄梁植在清华拿了三个学位而没找到毕业后该去干什么工作的攻略,习惯性地在一个电视访谈节目向评委请教,结果遭到了老校友高晓松的怒斥[3]。

高晓松说:“你不去问自己能为改变这个社会做些什么,却问我们你该找什么工作,你觉得愧不愧对清华十多年的教育?”

高晓松大概也会看不起Joe。刚入学时,Joe们被告知耶鲁是个特别讲究多样性的大学,他们这些来自五湖四海不同种族、身怀多项技能的青年才俊将来的发展有无限的可能性。那么这些拥有得天独厚的学习条件的精英学生,是否会有很多人去研究古生物学,很多人致力于机器人技术,很多人苦学政治一心救国,很多人毕业后去了乌干达扶贫呢?

当然不是。学生们慢慢发现真正值得选择的职业只有两个:金融和咨询。有统计[4]发现2014年70%的哈佛学生把简历投到了华尔街的金融公司和麦卡锡等咨询公司,而在金融危机之前的2007年,更有50%的哈佛学生直接去了华尔街工作。对比之下,选择政府和政治相关工作的只有3.5%。

金融和咨询,这两种职业的共同点是工资很高,写在简历里很好看,而且不管你之前学的是什么专业都可以去做。事实上这些公司也不在乎你学了什么,他们只要求你出身名校聪明能干。

别人怎么要求,他们就怎么反应。不敢冒险,互相模仿。一群一群的都往同样的方向走。这不就是绵羊吗?


假贵族和真贵族

既然是绵羊,那就好办了。中国学生也许不擅长当超级英雄,当个绵羊还是非常擅长的。你只要使用“虎妈”式的训练法,甭管钢琴还是大提琴,你要什么经验值我就给你什么经验值不就行了吗?如果清华大学入学有音乐要求,我们完全可以想见小明一定会熟练掌握小提琴。如果说中国教育的特点是分数至上,现在美国教育不也是讲credentialism吗?美国名校难道不应该迅速被华人学生占领吗?

没有。近日有报道,华裔学生Michael Wang,2230分的SAT成绩(超过99%的考生),4.67的GPA,全班第二,13门AP课程,而且还“参加了国家的英语演讲和辩论比赛,数学竞赛,会弹钢琴,在2008年奥巴马总统就职典礼上参加合唱团的合唱”[5],在2013年申请了7所常青藤大学和斯坦福大学,结果被除了宾夕法尼亚大学之外的所有学校拒绝。

这又是什么道理?华人,乃至整个亚裔群体,哪怕是成绩再好,文体项目再多,你要求的我都会,还是经常被常青藤大学挡在门外。很多人认为这是针对亚裔的种族歧视。最近有人联合起来要起诉哈佛大学录取不公平,他们的官方网站就叫“哈佛不公平”(harvardnotfair.org)。

但是读过《优秀的绵羊》我们就会明白,这些整天立志“爬藤”亚裔学生根本没搞明白藤校是怎么回事儿。

稍微具备一点百科知识的人都知道,所谓常青藤盟校,最早是一个大学体育赛事联盟。可是如果你认为这些大学当初组织起来搞体育赛事,是为了促进美国青年的体育运动,你就大错特错了。常青藤的本质,是美国上层社会子弟上大学的地方。

十九世纪末,随着铁路把全国变成一个统一的经济体,白人盎格鲁-撒克逊新教徒,也就是WASP,中的新贵不断涌现,他们需要一些精英大学来让自己的子弟互相认识和建立联系。这些大学录取要求会希腊语和拉丁文,这都是公立高中根本不教的内容,这样平民子弟就被自动排除在外。

所以精英大学本来就是精英阶层自己玩的东西,是确保他们保持统治地位的手段。自己花钱赞助名校,让自己的孩子在这些大学里上学,然后到自己公司接管领导职位,这件事外人几乎无法指责。哈佛是个私立大学,本来就没义务跟普通人讲“公平”。

当时“有资格上”哈佛的学生进哈佛相当容易,录取根本就不看重学习成绩。事实上一直到1950年,哈佛每十个录取名额只有13个人申请,而耶鲁的录取率也高达46%,跟今天百里挑一甚至千里挑一的局面根本不可同日而语。

相对于学习成绩,学校更重视学生的品格养成,搞很多体育和课外活动,以人为本。也许那时候的美国名校,才是我们心目中的理想大学,是真正的素质教育。

然而精英们很快意识到这么搞不行。一方面新的社会势力不断涌现,一味把人排除在外对统治阶层自己是不利的。另一方面这些“贵族”子弟的学业的确不够好。

于是在1910年代,一些大学开始率先取消希腊语拉丁文考试,给公立高中的毕业生机会。然而这样一来一个立即的结果就是犹太学生比例突然增加。精英一看这也不行,赶紧又修改录取标准,增加了推荐信、校友面试、体育和“领导力”等要求。这才有了后来常青藤这个“体育”联盟。

类似这样的改革反复拉锯。到1960年代曾经一度只看分数录取,于是当时在校生的平均身高都为此降低了半英寸。最后妥协的结果就是今天这个样子,既重视考试成绩,也要求体育等“素质”。

而到了这个时候,这些所谓素质教育的本质就已经不是真正为了培养品格,而是为了确保精英子弟的录取比例。并非所有“素质”都有助于你被名校录取,你需要的是有贵族气质的、而且必须是美式传统精英阶层的素质。这就是为什么你不应该练吉他而应该练大提琴,不应该练武术而应该练击剑;你需要在面试时表现出良好教养,最好持有名人的推荐信;你光参加过学生社团还不够,你必须曾经是某个社团的领袖;你参加社区服务决不能像北京奥运志愿者那样一副三生有幸的表情,而应该使用亲切屈尊的姿态。

一句话,这些事儿普通人家的孩子很难做到。如果你不是贵族,所有这些素质教育的要求,都是逼着你假装贵族。

美国名校通常都有对低收入家庭孩子减免学费的政策,比如哈佛规定家庭年收入在6万美元以下的学生全部免费,18万美元以下则最多只需交家庭年收入的10%。这是非常慷慨的政策,要知道如果你的家庭收入是18万美元,你已经比94%的美国家庭富有。但哈佛能用上这个减免政策的学生,只有40% — 大部分哈佛家长的收入超过18万美元。我看到另一个数据,在斯坦福大学,接近一半的学生家庭年收入超过30万美元(这相当于美国前1.5%),只有15%的学生家庭年收入不到6万美元(相当于美国后56%,一半以上)[6] — 这意味着前者家庭孩子进入斯坦福大学的可能性约为后者的124倍。

上大学花多少钱根本不重要,上大学之前花了多少钱,才是真正重要的。有人统计就连SAT成绩都跟家庭收入正相关。而获得贵族素质的最有效办法是进私立高中。哈佛、耶鲁和普林斯顿这三所大学,其录取新生中的22%,来自美国100所高中,这相当于全国高中总数的0.3% — 而这100所高中之中,只有6所不是私立的。

也就是说如果你生在一个普通家庭,你什么素质都还没比就已经输在起跑线上了。但即便如此仍然有人偏偏不服,再难也要进藤校。那么在众多“假贵族”的冲击下,现在藤校录取是个什么水平的竞争呢?

《优秀的绵羊》透露了一点耶鲁大学的真实录取标准。如果你在某一方面有特别突出的成就 — 一般小打小闹的奖项没用,必须是英特尔科学奖这样的全国性大奖 — 你肯定能被录取。如果没有,那你就得“全面发展”— 对耶鲁来说,这意味着7到8门AP课程和9到10项课外活动 — 即便如此也不能保证录取,还得看推荐信和家庭情况。至于亚裔津津乐道的SAT考试成绩,没有太大意义。

我觉得考清华似乎还比这个容易一点。这就是为什么有志于名校的美国高中生其实比中国高考生辛苦得多。

但耶鲁还有第三个录取渠道。凡巨额捐款者的孩子,一定可以被录取。


名校的商业模式

这样说来,美国私立名校从来就不是为全体国民服务,而是为上层阶层服务的机构。名校之所以时常做出一些“公平”的努力,比如减免学费,优先录取少数族裔(不包括亚裔),仅仅是出于两个原因:第一,要为精英阶层补充新鲜血液,这样系统才能保持稳定;第二,只有“公平”,才能保住自己作为非营利机构的免税资格。

既然是为精英阶层服务,那肯定要严格要求精心培育,把大学生培养成真正的未来领袖吧?Deresiewicz却告诉我们,现在名校其实并不重视学生教育。

中国科大有一年新生入学,校方搞了个家长会。座中有个北京来的家长不知提了个什么问题,校领导居然说,科大在北京录取分数线低,你们北京来的要好好努力才能跟上同学!搞的北京家长非常尴尬。像这样的事根本不可能在耶鲁发生。学生们明明是靠家庭特权进来的,学校对他们却只有赞美,而且在各种场合不停地夸,学生们以为自己能力以外的资本等于零。这导致名校学生对上不了精英大学的、普通人的事根本不感兴趣,更谈不上了解国家现实。他们没有真正的自信,但是个个自负。

既然都是精英,那必须得好好对待。如果你在普通大学有抄袭行为,或者错过一次期末考试,你可能会有很大的麻烦;而在耶鲁,这些都不是大问题。截止日期可以推迟,不来上课不会被扣分,你永远都有第二次机会。据Deresiewicz在耶鲁亲眼所见,哪怕你遭遇最大的学业失败,哪怕你抄袭,哪怕你威胁同学的人身安全,你都不会被开除。

一方面名校学生平时课外活动实在太忙,一方面教授们指望学生给自己留个好评,现在名校的成绩标准也越来越宽松。1950年,美国公立和私立大学学生的平均GPA都是2.5;而到了2007年,公立大学的平均GPA是3.01,私立大学则是3.30,特别难进的私立大学?3.43。到底哪国的大学更“严进宽出”?中国的还是美国的?

但这组GPA贬值的数据也告诉我们,过去的美国大学比现在严格得多。事实上,在两个罗斯福总统上大学的那个年代的这些名校,虽然摆明了就是让贵族子弟上的,其教学要求反而比现在更严。老贵族非常讲究无私、荣誉、勇气和坚韧这样的品质。那时候当学校说要培养服务社会精神和领导力这些东西的时候,他们是玩真的。今日新贵充斥的大学简直是在折射美国精英阶层的堕落。

如果名校不关心教育,那么它们关心什么呢?是声望,更确切的说,是资金。

《美国新闻与世界报道》每年推出的全美大学排名,并不仅仅是给学生家长看的。大学能获得多少捐款,甚至能申请到多少银行贷款,都与这个排名息息相关。为什么在真正的入学要求越来越高的情况下,名校还鼓励更多人申请?为了刷低录取率。录取率是大学排名计算中非常重要的一项,越低越好。为什么大学把学生视为顾客,不敢严格要求?因为毕业率也是排名标准之一,而且是越高越好。

在现代大学里教授的最重要任务是搞科研而不是搞教学,因为好的研究成果不但能提升学校声望,还能带来更多科研拨款。在这方面中美大学并无不同,讲课好的教授并不受校方重视。但大学最重视的还不是基础科研,而是能直接带来利润的应用科研 — Deresiewicz说,名校在这方面的贪婪和短视程度,连与之合作的公司都看不过去了。

校友捐赠,是名校的一项重要收入来源,哈佛正是凭借几百亿美元的校友捐赠基金成为世界最富大学。我们前面说过哈佛大部分学生去了华尔街和咨询公司,其实这正是大学希望你从事的工作。

我最近看到两条新闻正好说明这一点。一个是在2008年美国次贷危机中大肆做空获利的对冲基金总裁约翰•保尔森,给哈佛大学工程与应用科学学院捐4亿美元,为史上最高校友捐款,哈佛直接把学院命名为约翰•保尔森工程和应用科学学院。另一个更有意思,黑石集团的Steve Schwarzman向耶鲁大学捐款1.5亿美元,哈佛为此非常后悔,因为此君当初曾经申请了哈佛而没有被录取 — 所以有人在纽约时报发表文章[7]说哈佛应该用大数据的思维更科学地分析一下哪些高中生是将来可能成为亿万富翁,可别再犯这样的错误了。

学生职业服务办公室对律师、医生、金融和咨询以外的工作根本不感兴趣。你将来想当个教授或者社会活动家?学校未必以你为荣。大学最希望你好好赚钱,将来给母校捐款。

为什么出生在美国的Michael Wang上不了藤校,而一所中国高中,南京外国语学校,却有多名学生被藤校录取?这可能恰恰是藤校布局未来校友捐款的策略 — 新兴经济体国家的精英学生未来有更大的赚钱潜力,对藤校来说“金砖五国”的高中生比西欧国家的更有吸引力。

总而言之,美国名校找到了一种很好的商业模式。在这个模式里最重要的东西是排名、科研、录取和校友捐款,教学根本不在此列。

而鉴于中国名牌大学 — 尽管没有一所是私立的 — 一直把美国名校当做榜样,甚至还可能把这些事实上的问题当成优点去学习,我们有理由相信中国大学的未来也是如此。

有清华教授程曜,出于对学校种种不满,竟曾经以绝食抗争[8]。Deresiewicz的愤怒可能还没到这么极端。他认为大学应该培养学生的人生观价值观和真正的思考能力,推崇博雅教育,甚至号召学生不要去名校。

但如果小明和Joe跑来问我,我不知道应该给他们什么建议。也许大学根本就不是教人生观价值观和思考能力的地方。也许你应该自己学那些东西,也许你根本就没必要学。Deresiewicz说他有好几个学生最终决定放弃华尔街工作,宁可拿低薪为理想而活,我想小明未必需要这样的建议。

但我的确觉得这个世界哪怕分工再细,专业化程度再高,也不太可能完全靠绵羊来运行。

何况绵羊的生活其实并不怎么愉快。

————————-
[1] 威廉·德雷谢维奇,现已离开耶鲁,全职写作。
[2] 这个剧情并非完全虚构,参见一篇引起轰动的报道《知情者揭秘:北大清华为抢生源到底怎么掐?》
[3] 清华学霸谈迷茫引高晓松怒批 仅是一个人的迷茫?
[4] Washington Monthly 杂志,September/October 2014, Why Are Harvard Grads Still Flocking to Wall Street? 作者Amy J. Binder。/why_are_harvard_grads_still_fl051758.php
[5] Solidot:完美的ACT成绩也无法让这名亚裔学生进入斯坦福、耶鲁或普林斯顿,2015年06月03日。更原始的报道见于Business Insider
[6] The Low-Income Experience at Stanford By Heather Buckelew
[7] 纽约时报,Harvard Admissions Needs ‘Moneyball for Life’ By MICHAEL LEWIS JUNE 21, 2015.
[8] 南方人物周刊,清华教授程曜 绝食抗议背后

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三体航天考zz

January 2, 2015 Leave a comment

这是三篇果壳的文章合并起来的,原文位置:
http://www.guokr.com/article/439591/
http://www.guokr.com/article/439592/
http://www.guokr.com/article/439593/很久之前就看过,转载备份。

(一)太空电梯与阶梯计划

刘慈欣的科幻著作《三体》可谓中国科幻近年来的扛鼎之作。该书讲述了外星人——也就是“三体人”与地球人类之间长达百年的故事。它所蕴含的庞大设定,对宇宙的恢宏描写以及跌宕起伏的剧情,无一不深深抓住了读者的心。

既然是关于地球和宇宙的故事,书中自然不乏刘慈欣对未来航天科技的设想。这里,我们将探讨书中提到的航天技术,比如太空电梯、核聚变火箭和曲率驱动,并对这些航天科技进行或现实、或科幻的考据。

1、合理的航天技术路线图

在得知外星人的入侵舰队——三体舰队——将于三四百年后抵达地球的消息后,人类的“危机纪元”来临了。为了打造太阳系防御圈,抵御侵略,人们把打造大吨位长续航作战平台(万吨级太空战舰)作为终极目标,把有待开发的技术分为关键技术和辅助技术。分清主次后,有限资源集中于技术瓶颈,逐级向技术顶峰攀登。其中,关键技术就是核聚变发动机和太空电梯。

核聚变发动机,工质or非工质?

在物理学基础研究被三体人锁定,基础理论无法发展的情况下,人们只能根据各学科现有发展情况确定指标参数,推测人类可能达到的各种技术层次。据此,中国太空军规划出万吨级太空战舰的三个技术层次,如下表所示:

技术层次 最高速度(公里/秒) 作战半径 生态循环能力

低技术层次 800 海王星轨道内 无

中技术层次 4800 柯依伯带以外 部分循环

高技术层次 16000(光速5%) 奥尔特星云附近 完全循环

为保证太空战舰拥有足够的推力和续航动力,战舰上只能配备人类掌握的最高密度能量——核聚变能。这时,在推进方式的选择上,航天界出现了分歧,航天实力派主张发展工质推进飞船。航空母舰指挥官出身的中国太空军军官章北海认为,在强大的三体舰队面前,人类舰队采用工质推进就是死路一条,太阳系将变成威海卫,人类太空军将成为第二个北洋水师。最终他单枪匹马,用一种有争议的独特方式解决了这一分歧,航天科研人员终于沿着无工质推进飞船的路径前进了。可以说,没有章北海选择的正确道路,地球人就没有未来。

在“危机纪元”最初的日子里,化学燃料火箭、航天飞机、空天飞机等航天器纷纷登场又匆匆谢幕。它们或是因为性价比低,或是因为不能满足未来星际战争的需要而被淘汰了。最后的胜利者属于集中所有资源攻关的无工质核聚变发动机。

新突破,可能在哪里?

太空舰队需有天地往返系统、太空港口等基础设施支持。于是太空电梯和大型永久式空间站应运而生。

辅助技术包括循环生态系统、深海状态、人体冷冻、离子发动机、电磁发射器等。辅助技术与关键技术一样不可或缺,只是它们处于技术舞台的聚光灯之外,不那么引人注意。以舰载循环生态系统为例,这是小说中人类实现的最重要的技术突破之一。如果没有自给自足的循环能力,人类后来的星舰文明、太空城、银河系文明都不会出现,地球人或三体人也根本无法走出自己的家园,成为真正的太空文明。

大刘构造了这样一个合理的航天关键技术发展链条,链条的每个环节又与辅助技术形成技术网络,共同勾勒出完整的技术画卷。

2、太空电梯,扶摇直上九万里

太空电梯想象图。图片来源:io9.com

理论基础

太空电梯是“危机纪元”中最先实现的航天关键技术。太空电梯源自一个古老的梦想——用天梯连接地面与天空,人可以通过此梯往返天地之间。这个梦想可以追溯至《圣经》时代。《圣经·创世纪》中有这样一个故事:雅各布做梦沿着登天的梯子取得了“圣火”。后人便把这梦想中的梯子,称之为雅各布天梯。

大刘在小说里这样描述了太空电梯在21世纪二三十年代的试运行:

“所有的太空电梯都只铺设了一条初级导轨,与设计中的四条导轨相比,运载能力小许多,但与化学火箭时代已不可同日而语,如果不考虑天梯的建造费用,现在进入太空的成本已经大大低于民航飞机了。”(《三体II》第216页)

1979年科幻大师阿瑟-克拉克出版了《天堂的喷泉》一书。该书讲述了人类靠一种强度极大但质量极轻的碳纤维材料把地球和同步轨道卫星连接起来的故事。书中的主人公为了这一工程耗尽心血,终于殉职于太空电梯上。在小说的结尾,人类已将所有的人造卫星都横向相连并将它们与地球纵向连接,这个巨大的人造环带好似给地球围上一条项链。这听起来更像天方夜谭而非务实的太空计划。以至于当美国物理学家皮尔森于1970年提出太空电梯的概念时,人们对他的建议就是“改行写科幻小说去吧”。

但工程师经过论证发现,以现有技术为基础,太空电梯的梦想是能够实现的。太空电梯的本质是建设一座永久性的“缆绳”式建筑,将地面与地球轨道上的某一点连接起来,并允许运输工具沿着这条缆绳行驶。听起来这和我们常见的电梯确实大同小异,问题在于我们要连接哪两个点和怎样连接。

“天梯三号是唯一一部基点在海上的太空电梯,它的基点是在太平洋赤道上的一座人工浮岛,浮岛可以借助自身的核动力在海上航行,因此可以报据需要沿着赤道改变太空电梯的位置。”(《三体II》第217页)

同步轨道卫星相对它正下方的地面静止不动。这种卫星都定点于赤道上空三万六千公里处。要保证太空电梯相对于地面不发生漂移,只能一端建在赤道上,另一端连接同步轨道卫星。

太空电梯实现的难度仍然很大

在真实世界中,要实现太空电梯的梦想,要比神话和小说中困难得多。建造太空电梯最大的挑战在于找到制造电梯缆绳的材料。缆绳应该是一根高强度的长索。普通的钢丝如果从9公里的高空中垂下来,它就会被自己的重量拉断。好在碳纳米管的发明使人们看到了希望。碳纳米管非常细小,但强度可与金刚石媲美,而且柔韧性很好,可制成纤维。理论上说,宽1米、像纸一样薄的纳米管缆带就可以支撑13吨的重量。《三体》中“只有六十厘米宽”的天梯导轨是用别名“飞刃”的纳米材料制成的。主持“飞刃”研制的科学家汪淼也因此成为整部小说中最先出场的人物,汪淼的生活和工作均被三体人干扰。这是因为三体人担心地球人从这种材料入手,造出太空电梯,进而发展出太空防御系统,影响三体人的殖民地球计划。

大刘进一步描述道:

天梯三号的终点站是“车轮形状的(黄河)空间站……位于电梯终点上方三百公里处,是作为电梯的平衡配重物建造的。”(《三体II》第226页)

太空电梯为何要有平衡配重物呢?这是因为细长物体承受拉力的本领比承受压力的本领大得多。为避免太空电梯的缆绳被自身重量压垮,工程师想出了一个主意,从同步轨道卫星上垂下三万六千公里长的缆绳,直达地面,在缆绳的另一头还有“平衡锤”。平衡锤以极大的速度绕地球运转,因为离心作用的缘故,它能给缆绳施加很大的拉力,确保缆绳绷紧。

与大多数公共交通一样,目前航天工程师设计的太空电梯舱也是双向对开的,并在适当的高度安装“站台”以方便乘客和货物上下。这些站台实际是固定在太空电梯上的空间站,它们的重量应该从最初设计时就考虑在内,甚至电梯舱的载重和行驶位置也需要精确计算,以保证缆绳的平稳。

如何防范攻击与破坏?

在《三体》故事里,每次地球遭遇袭击时,太空电梯都成为逃难者争抢的交通工具,如果得不到座位,暴民就会攻击太空电梯:

“随着水滴(三体人发出的探测器)向地球的逼近……所有太空电梯的基点和航天发射基地周围都有大量的人群在聚集,扬言要关闭所有进入太空的通道。……当发现(太空电梯)运载舱上升或航天器起飞时,这些人会同时拔抢照射,激光的直线弹道使瞄准很精确,大部分的光束都会聚集在目标上并将其摧毁。”(《三体2》第428页)

当“黑暗森林”打击警报响起时:“在太空电梯的基站也发生了武装冲突……部分国家试图派军队控制赤道海洋上的国际基站。”(《三体3》329页)

如果当代的恐怖分子能将民用航空器作为攻击对象,那么未来的恐怖分子完全可能把太空电梯作为袭击目标。将太空电梯置于偏远位置将是降低风险的最佳方法。比如,太空电梯的锚定点可以位于赤道附近的太平洋海域的移动平台上,它与任何空中航线或船舶航路的距离至少为650公里。无论恐怖分子从哪里发动袭击,太空电梯的防卫者都会有足够的预警时间。此外,太空电梯的结构决定了从地面发起的恐怖袭击都只能威胁到电梯的一小部分,即15公里高度以下的部分。太空电梯耗资巨大、战略意义重要,拥有该设施的国家都将部署警卫部队把守这个太空港口。就像当今把守重要桥梁、隧道一样。

与空间站或宇宙飞船一样,太空电梯也应需具备避开太空垃圾的能力。太空电梯的缆绳将锚定在赤道附近海域的移动平台上。这个移动平台就像放大版的海上石油钻井平台。移动平台上装有推进器,可以来回变换位置,从而挪动太空电梯,避开来袭的太空碎片或陨石。

太空电梯基座想象图。图片来源:www.reddit.com

天体之间,以电梯相连

据太空电梯研究者布拉德利•爱德华兹估算,太空电梯建造成本不会低于100亿美元,维护费用也不是小数目。《三体3》的女主人公程心与男主人公云天明会面时“乘坐的是人类建成的第一部太空电梯,这个终端站建于危机纪元15年”。也就是说人类第一部太空电梯落成于21世纪二三十年代。当时,为支持太空电梯的建设,各国都实行战时经济,生活必需品实行配给。以人类目前的技术发展水平和资源调动能力而言,这个时间估算是可信的。

虽然太空电梯的建造与维护耗资巨大,但投入运行后,它与传统航天器相比在运输成本有巨大优势。尽管电梯舱上升速度比火箭慢,但它却能将每千克货物的发射成本从现在的22000~44000美元降到900美元左右。最先拥有太空电梯的国家将率先获取太空资源,享受“电梯红利”。

几百年以后,当太空电梯这道通往宇宙的桥梁造好之后,地球上的居民大规模向外层空间移民,在地球的外围会建立数以万计的大大小小的空间城。届时,在空间城之间又会建立起宇宙索道,就像把城市连接起来的公路和铁路一样。就像大刘描述的那样——

“在地球的夜空中,移动的星星目益增多,那是人类在太空轨道上的大型建筑物。……随着太空电梯的建成,人类开始了对太阳系行星的大规模探索。”(《三体II》第217页,257页)

有科学家认为,随着太空电梯的广泛建设,在遥远的未来,从火星或金星上看去,地球周围将布满蛛丝般的网络,赤道上空耀眼的光环是连成一体的空间站。这个超级环形空间站由多台太空电梯与地球相连,仿佛自行车的辐条。与地球类似,太阳系中其它有人居住的星球——月球、火星、土卫六——也可以在自己的赤道上安装太空电梯,这将是太空居民点之间往来的桥梁。

3、阶梯计划:从引力跳板到核弹跳板

所谓阶梯计划,是危机时代人类向来袭的三体舰队发射探测飞船的尝试。根据该计划,预先把大量核弹用传统的推进方式发射至太空,核弹逐个分布在飞船的最初的航线上。飞船在经过每一颗核弹的一瞬间,核弹在飞船辐射帆后面爆炸,产生推进力。因为核弹的每一次爆炸都使飞船的速度增加一级,很像在登一道阶梯,所以叫做阶梯计划。

这个计划是由《三体III》女主人公程心提出的,当时这个中国女孩正效力于行星防御理事会战略情报局(PIA)。

很久以后,程心在自传《时间之外的往事》中这样评价自己的计划:“火龙出水和连发弩都是把落后的技术以先进的方式组合起来,试图产生貌似超越时代的能力。……阶梯计划也难以把人类带入宇航新时代,它只是用当时的技术所进行的孤注一掷的努力。”

我们可以把这段文字看做程心的自谦,但这个巧妙的低技术组合的确产生了奇伟的效果,造就了人类有史以来最高速的飞行器。从这个意义上讲,大刘应为这个技术构思感到自豪。

引力跳板:借着引力,飞得更快

在现实中,的确有航天器不带燃料却能加速飞行的方式,这就是“引力跳板”技术。因为航天器是借助航线上经过的行星加速,所以引力跳板也被形象地称作“借力飞行”。不知大刘是否参考了引力跳板原理,构造出“核弹跳板”+“辐射帆”的情节,用低技术组合的方式把自愿参与探测的云天明送出了太阳系。

只要飞船飞越行星的速度和位置合适,就能利用行星引力跳板加速。但能量不会凭空产生,利用引力跳板加速的航天器,是从哪里“借”来的动能呢?

行星并非真的静止不动,自转和公转使其携带了巨大的角动量。在太阳系整体角动量中,太阳自身的角动量只占2%,其它98%的角动量掌握在围绕太阳的星体手中。当飞船切入行星轨道后,它也分得了行星的一部分角动量。转移的角动量体现在飞船飞出行星引力场时的速度变化中。以太阳为参照物,此时飞船飞出行星的速度不仅改变了方向,也增加了大小。根据能量守恒定律,航天器增加的动能也就是行星减少的动能。只不过行星的动能太过庞大,小小的航天器分得的动能与之相比不过九牛一毛而已,并不会影响行星的运转。这就好比我们使用风力发电机从空气流动中获取能量,却不必担心风会因此停止一样。

引力跳板可以节省探测器所带的燃料,大大缩短行星际航行时间。如果航天器选择最经济的双切椭圆轨道飞行,飞向土星需要6年,飞向天王星需要16年,飞抵海王星需要31年。而假如使用木星做引力跳板,飞抵土星只需3~4年,飞到天王星只需8~9年,飞抵海王星也只需12年。

“旅行者1”号和“旅行者2”号探测器就曾利用1982年“九星联珠”的机会,先后把木星、土星、天王星当作“跳板”,一次又一次地从木星跳到土星,又从土星跳到天王星,继而跳到海王星。成为探测行星最多的探测器。1990年发射的“尤利西斯”号太阳探测器,在飞近木星之后借助木星引力,偏转90度而跳入太阳极区,对从未近距接触过的太阳两极进行了探测。1997年发射的“卡西尼”号土星探测器质量太大,运载火箭无法将其直接发往土星,遂采用引力跳板。它两次掠过金星,而后又掠过地球和木星,最后才飞往土星。地球距土星只有12.5亿公里,“卡西尼”号的行程却达32亿公里。2006年发射的“新视野”号探测器也借助木星飞向冥王星,若不绕过木星加速、直飞冥王星的话反而会多用四年时间。

电影《星际穿越》最后,男主人公利用黑洞引力的弹弓效应前往遥远的星球。图为《星际穿越》配套游戏里,飞船利用引力跳板加速的一幕。图片来源:appdp.com

核弹跳板,优势何在?

有读者会问:阶梯计划里把核弹逐个发射到预定位置并进行位置保持也需消耗火箭燃料,干嘛费这个劲?为何不把这些燃料攒到一起,把所有核弹和载有云天明的飞船一并发射出去?这样飞船可以把自身携带的核弹一个个丢到后面,逐个爆炸,推动飞船前进。如此利用燃料的效率不是更高吗?

其实不然。如果把所有N枚核弹都装在飞船上,变成一个整体发射,那么首枚爆炸的核弹需推进其余(N-1)枚核弹及飞船的质量,第二枚核弹需推进(N-2)枚核弹及飞船的质量……飞船携带的尚未爆炸的核弹成了阻碍飞船加速的“死重”,这当然不如每枚核弹只负责推进飞船效率高。在对重量锱铢必较的航天工程师看来,宁可费些事把全部核弹部署到推进航段上,也不能图省事影响飞船的最终速度,使其不能尽早与三体舰队接触。

4、轻舟一叶翔天宇:从核爆动力到光压驱动

在《三体3》的“阶梯计划”中,人类举全球之力,发射了一艘辐射帆飞船,它先后承受了上千次核爆的力量,将云天明推往三体舰队的方向。辐射帆这个概念绝非空穴来风,其身世最早可追溯至科学革命时期。

四百年前,开普勒就曾经提出利用帆船来探索星空的设想。他猜测彗星尾部会受到某种微弱“太阳风”的吹拂,于是设想可以利用这种风来推进带帆的飞行器,就像海风推动帆船一样。尽管开普勒关于太阳风的解释后来被证实是错误的,但后世的科学家们却由此受到启发,发现太阳光确实可以施加足够的作用力来移动物体。

太阳光的力量十分微弱,在地球轨道上,每平方公里表面接受的太阳光压才有4.55牛顿,也就是一个苹果的重量而已。虽然力量微弱,但太阳帆提供的推力贵在持久。只要有阳光照耀,它就可以一直工作,在太阳光的压力下缓慢加速,并通过调整帆面相对太阳的角度来控制速度及方向。日复一日,年复一年,太阳帆总有一天会达到惊人的高速度。

这一天也并不遥远,假如有一艘帆面7万平方米的太阳帆飞船,飞船质量是500千克,那么它离开地球轨道时每秒的速度增加值是1毫米/秒。但日积月累,等到抵达火星轨道时,时间才过去284天。算下来这个速度比许多化学火箭还要快。

太阳帆飞船,可能实现吗?

太阳帆飞船已不再是停留在蓝图上的构想,不少国家都在进行太阳帆飞船试验。在《三体》故事中,程心提出阶梯计划构想后,行星防御理事会战略情报局(PIA)的专家展开了热烈的讨论。一位曾主持“那次”失败的太阳帆试验的俄罗斯专家指出:

“辐射帆可以做得很薄很轻,按现有的材料技术,五十平方公里的面积可控制在五十公斤左右,这么大应该够了。”(《三体3》144页)

“那次”失败的试验应该是指第一艘太阳帆飞船“宇宙1号”试验。“宇宙1号”由美国行星学会、俄罗斯科学院和莫斯科拉沃奇金太空工业设计所花费数年联合建造而成,重50公斤,由8片长度为15米的三角形聚酯薄膜帆板组成花瓣形,帆板总面积600平方米。每张帆板的厚度比普通的塑料垃圾袋还薄,但它们异常牢固,并且表面上涂满了高效反光物质。帆板与支撑杆的结构就像直升机旋翼一样,可以通过调整来改变飞船的飞行方向和速度。

据计算,在阳光微弱的压力推动下,“宇宙1号”太阳帆将会以每秒1毫米的速度慢慢地加速移动。在帆面展开24小时后,太阳帆的速度将增至每小时100英里;到第100天时,它的速度将达到每小时1万英里。如果“宇宙1号”能持续飞行3年,速度会提升到每小时10万英里,这是任何人造飞行器都没有达到过的速度,相当于目前飞得最远的“旅行者号”探测器飞行速度的3倍。如果用“宇宙1号”来探测冥王星的话,可以在不到5年的时间里完成从地球到冥王星的旅程,而美国宇航局使用常规推进技术探测冥王星的“地平线计划”预期需要的时间却是十多年。

2005年6月21日,“宇宙1号”于从位于巴伦支海水下的俄罗斯核潜艇上通过“波浪”运载火箭发射升空。不幸的是,火箭在发射升空后83秒就与地面失去了联系。

到目前为止,最成功的太阳帆试验是日本2010年发射的“伊卡洛斯”号试验太阳帆。2011年1月,完全依靠太阳能驱动的“伊卡洛斯”已成功完成全部实验项目,包括利用阳光实现加速和改变轨道等。“伊卡洛斯”有一面对角线长度20米的方形帆,由聚酰亚胺树脂材料制成,厚度仅0.0075毫米。它在飞行中将不断旋转,依靠离心力使帆保持张力。

除了在太阳系内飞行,太阳帆还可以作为恒星际探测器。因为成本低、飞行速度快,它是在低技术条件下飞出太阳系、飞向恒星空间的首选航天器。1984年罗伯特-弗沃德做出的工程分析表明,进行长期太空飞行的最佳方法是向一个大型薄帆发射大功率激光。当激光帆采用整体式圆盘布局并搭载1吨的有效载荷时,最大速度能达到光速的十分之一,飞抵半人马座α星(这正是《三体》中地球人的死敌——三体人的故乡)仅需40年或更少的时间。此时的光帆直径为3.6公里,帆面材料为纯铝镜面。

虽然光帆面积庞大,帆面支撑等技术要求较高,但较其他形式的恒星际飞船而言,光帆仍是技术和经济上最容易实现的方案。据估算,如使用金属铍作为帆面材料时,上述飞行的耗电费用为66.3亿美元。这只相当于阿波罗计划投资的1/4而已。因为地球大气会使激光衰减,理想的发射站应当位于月球等天体。如果未来能够开采月球上的He-3资源并实现受控核聚变,发自月球的激光就可以射向宇宙深处的一叶孤帆。届时,人类就真正地向深空跨出了一大步。

科幻中的帆飞船

阿瑟•克拉克的科幻小说《太阳帆船》中设想的太阳帆船。图片来源:frponline.com.cn

1921年,俄国航天先驱齐奥尔科夫斯基(Konstantin E.Tsiolkovsky)提出了太阳帆的概念。1963年,阿瑟•克拉克出版了科幻小说《太阳帆船》,在小说中,主人公驾驶太阳帆飞船参加了从地球到月球的飞行竞赛,其景象颇似当今流行的帆船比赛。克拉克的这个故事令太阳帆的概念深入人心。

进入21世纪,好莱坞科幻片《星球大战前传:克隆人的进攻》中,杜库伯爵乘坐一艘张着大帆的星际飞船离开吉奥诺西斯星球,从克隆战争的风暴中逃脱。他乘着这艘飞船来到柯洛桑星球废弃的郊外,会见了他的黑暗导师。这艘种子形的飞船外壳打开后可释放出精致的太阳帆。星际间的高能粒子风给太阳帆施加了强大的推进力,使太阳帆船能高速航行。影片导演乔治·卢卡斯将它命名为吉奥诺西斯太阳帆船,这种外形奇特的交通工具与片中杜库伯爵谜一般的性格正相符。

回到《三体》的世界,云天明乘坐的辐射帆是太阳帆/光帆的自然延续。可见光是电磁辐射的一种,辐射帆则特指使用其它种类辐射驱动的帆式飞船,包含这各种粒子和射线的核辐射自然可以驱动辐射帆。只是这种帆飞船目前还处于概念研究阶段。

小说里,为避免核爆辐射影响云天明的座舱,连接帆和座舱的帆索长达五百公里(《三体3》58页)。仔细分析我们会发现,如此长的帆索,弹性形变不可忽略。在脉冲式的核爆冲击作用下,帆体和座舱会在帆索张力的作用下围绕系统质心来回振动,飞行方向难以保持不说,甚至可能令飞船彻底损坏。大刘考虑到了这一点,他这样安排该飞船的命运:

“在木星轨道附近,阶梯飞行器的一根帆索断裂,飞行器偏离了预定航线……迷失于茫茫太空中。”

(二)推进系统

1、核聚变推进

核聚变火箭发动机

一种核聚变发动机设计图。图片来源:www.gizmag.com

进入三体危机纪元后,为尽早造出核聚变火箭发动机,人类的可控核聚变项目设立了四个研究分支,分别按不同的研究方向进行。在现实中,受控核聚变的常用方式有两种,对应这两种方式,工程师提出了两种核聚变火箭发动机方案,它们各有优劣:

磁约束聚变发动机。磁约束聚变也叫做持续性聚变,是将核燃料变成数百万度的高温等离子体,使原子核活跃到能相互碰撞。由于等离子是带电的,所以可以用强磁场来束缚它们,否则高温离子体会熔化任何束缚它们的容器。《三体2》这样描述了磁约束聚变发动机试验失败的场景:

在人类太空舰队的发展方向确定为无工质辐射推进后,大功率反应堆开始进行太空实验。这时地面上的人们常常能看到三万公里的高空发出炫目的光芒。这被称作“核星”的光芒是失控的聚变堆失控产生的。核星爆发并不是聚变堆发生爆炸,只是反应器的外壳被核聚变产生的高温烧熔了,把聚变核心暴露出来。聚变核心像一个小太阳,地球上最耐高温的材料在它面前就像蜡一般熔化,所以只能用电磁场来约束它。(《三体2》242页)

磁约束聚变或许是核能发电的最佳方式,但未必适用于用于太空飞行。要约束住高温等离子体,必须安装一个磁场发生装置。这种装置由永久磁铁和电磁线圈组成,体积庞大,重量惊人。这意味着火箭发动机必须造得很大。大刘的态度很明确:小说中,首次实现可控核聚变发电后,物理学家丁仪对章北海说,“我早就感觉到托卡马克方式是一条死路,方向对了,突破肯定会产生。(《三体2》220页)”这里的托卡马克方式就是磁约束聚变。

惯性约束聚变发动机。惯性约束聚变也被称作脉冲性聚变,利用激光或者粒子束来照射核燃料球产生超高温,生成比磁约束聚变时密度更高的离子体,从而引发聚变反应。由于此时反应时间非常快,小燃料球自身的惯性就可以维持热度足够长的时间来进行反应,所以无需强磁场束缚。在太空的真空环境中使用粒子束比在地球上具有明显的优势,可以不受大气分子的干扰。从这一点来说,此方案更为可行。不过,采用惯性约束还需安装激光器或粒子束发生器,并且需要给它们提供能量。虽然如此,此方案很可能比磁约束聚变发动机要轻。

稳定功率输出的可控核聚变虽然还未实现,但其原理是明确的,障碍只存在与技术领域。假以时日,定能取得突破。而且航天器的尺寸、结构与功能也得在现有基础上有很大提升。目前的聚变反应堆容器非常大而且重,这使得其并不好用于星际旅行,在未来如磁约束或惯性约束和等离子不稳定性等技术问题解决后,小型的聚变反应堆有可能被设计制造出来。

在探测三体舰队虚实的“阶梯计划”进行的同时,人类开始研究太阳系防御事宜。首当其冲的问题就是,用什么动力推进庞大的太空战舰?核聚变是当时人类最有可能掌握的高密度能源,该怎样使用核聚变能呢?固守化学燃料火箭思路的航天界实力派主张研发工质推进飞船,以核聚变能推动有质量的工质,产生反推力推进飞船。而太空军则力主研发不需要工质的辐射驱动飞船。

要理解二者的分歧所在,需要考察核火箭的发展历程。

2、工质推进,还是无工质推进?

《三体》中,为了确立无工质发动机的发展方向,章北海使用了极端手段:狙杀固守工质推进思路的领头人,并伪装成陨石袭击。作者:COLTZ

工质推进也许并不被看好

核能推进的设想最早是由参与曼哈顿工程的斯塔尼斯拉夫•乌拉姆(Stanisław Marcin Ulam)和弗雷德里克•霍夫曼(Frederic de Hoffmann)在1944年提出的。后来,美国原子能委员会与NASA联合实施了NERVA(火箭飞行器用核发动机)项目,该项目主要研究工质推进核火箭。其原理是核反应堆内的核燃料产生热量,推进工质流经反应堆吸收热量后,通过火箭喷嘴喷射出去。

NERVA采用氢气作为工质兼冷却剂。氢气具有优良的导热性能,在高温低压状态下容易离解为原子氢,并吸收大量的热。而且氢的导热性能可与金属材料相媲美,是最好的冷却介质之一,同时由于其分子量小而成为最优良的推进工质。1955年到1968年间,美国政府投资15亿美元,在在内华达州核试验场进行了多次核火箭测试。最后制出了重200千克,推力达到100吨的核火箭发动机,可使宇航员乘坐通勤飞船在24小时内到达月球或从月球返回地球。

然而,就在功率4000兆瓦的核火箭发动机开始测试时,阿波罗登月计划遭到了尼克松政府大幅度的预算裁减。将更多的宇航员送上月球和载人火星计划被无限期推迟。1972年,已无用武之地的NERVA计划被取消。

后来,航天工程师,载人火星计划的大力鼓吹者罗伯特•祖布林(Robert Zubrin)又提出了一种核盐水火箭的构思。这种火箭以溶解了含有钚或铀235的盐水作为燃料。这些含核燃料的盐水存储在特殊设计的容器内,通过几何构造或中子吸收的方法来保证其不达到核反应所需的临界质量。推力通过加热这些放射性盐水来产生核裂变,并通过喷嘴排出产生推力。水在这里既作为中子减速剂也被当作推进工质。

无论是用氢还是盐水,工质核火箭都无法摆脱工质的束缚。核动力虽给飞船带来持久的续航力,但工质的消耗却令飞船难以远离补给站,就像蒸汽时代的铁路机车无法摆脱加水站一样。正是在这种情况下,太空军的灵魂人物章北海激愤地如是说:

“工质推进飞船不过是个大火箭,要用超过三分之二的运载能力运载推进工质,且工质消耗很快,这种飞船只能以行星基地为依托,在太阳系内航行。这样做,是在重复甲午战争的悲剧,太阳系就是威海卫!”(《三体2》221页)

无工质核动力推进

《三体2》中对“自然选择”号的描写令人神往。大刘设想把核聚变产生的辐射能直接导向飞船后方,用反冲作用推进飞船前进。如果说太阳帆飞船是借助太阳的辐射飞行,那么无工质核动力推进就是把“小太阳”带在了身上:

“自然选择”号是亚洲舰队第三分舰队的旗舰,拥有最新一代的无工质聚变推进系统,全功率推进时,可以加速到光速的百分之十五。它的舰内生态循环系统十分完美,能够进行超长时间续航。(《三体2》327页)

其实,早在四十年前,就有人提出了速度类似“自然选择”号的无工质核聚变推进飞船构想。

1970年,美国内华达大学的弗里德瓦特•温特伯格(Friedwardt Winterberg)提出了用高能电子束引发核聚变(即“惯性约束”)的思路。他设计的火箭发动机在每次核聚变时可释放出约100亿焦耳的能量,可实现每秒300公里的高速飞行。几年后,参与“代达罗斯计划”的前罗尔斯-罗伊斯公司火箭工程师阿兰•邦德率领13人的研究小组提出了核聚变火箭的构思。这种核聚变火箭内有一个磁场构筑的燃烧室,通过向燃烧室的核燃料球发射电子束,产生高温等离子体,这些等离子体就是推力来源。

发动机工作时,每秒钟向燃烧室发射250颗核燃料小球。在第一颗核燃料小球射入的时候,分布于燃烧室内腔的几十个电子束发生器射出电子束,轰击核燃料小球,氘和氦-3等核燃料发生每秒250次的核聚变反应,瞬间产生巨大的能量,推动火箭高速向前飞行。当第一级火箭工作完毕后会自动脱落,第二级火箭接着继续工作,这两级火箭可工作近4年的时间,能使火箭达到36000公里/秒的速度。如果只是高速掠过目标恒星,不采取减速措施,该火箭可以在一个人的有生之年——五十年——之内,抵达距地球5.9光年的巴纳德星。

3、巴萨德冲压发动机,吞云吐雾遨游星际

巴萨德冲压发动机想象图。

在太阳系中,光压和太阳风无处不在,光帆飞船可以畅游无阻;在远离太阳的航天基地附近,核燃料可以适时补充,核动力飞船的巡航半径可以预期。要航行更远的距离,比如从“三体行星”到地球的4光年航程,途中既没有充足光照,也没有燃料补给站,上面两种推进方式就不再是合适的选择。满怀雄心、想要征服地球的三体舰队究竟采用了什么办法驱动庞大的太空船呢?

大刘直接给出了答案。地球“三体组织”领袖叶文洁被捕后接受审讯时透露:“三体飞船推进的动力是正反物质的湮灭,飞船前方有一个巨大的磁力场,形成一个漏斗形的磁罩,用于收集太空中的反物质粒子,这种收集过程十分缓慢,经过相当长的时间,才能得到供飞船进行一段时间加速的反物质数量,因此舰队的加速是间断进行的,很长时间的收集后才能进行一次。”(《三体1》245页)

叶文洁的“供述”对于21世纪的地球保卫者没有多少价值。因为早在“红岸基地”尚未立项的1960年,人类就参透了三体第一舰队的动力之谜。那一年,在美国洛斯阿拉莫斯实验室工作的物理学家罗伯特•巴萨德(Robert Bussard)发表了一篇名为《星际物质与星际飞行》的论文,里面构想了一种全新的航天器推进方式——飞船前方漏斗状的收集器收集星际物质中的氢元素,氢元素可作为飞船核聚变发动机的燃料使用。飞船飞行速度越高,收集效率也越高,这就像是蓝鲸张开大口过滤海洋中的浮游生物一样。

这种航天发动机被后人命名为“巴萨德冲压发动机”。其理论基础是在恒星间并非完全的真空,通常都有一种稀薄的气体弥漫其间,这就是星际物质。虽然这种物质密度极低(每立方厘米约有100个氢原子),但聊胜于无。如果能采集无处不在的星际物质作为发动机燃料,则飞船的理论续航能力可以达到无限远。

工作原理和重重障碍

目前得到公认的巴萨德冲压发动机是一种冲压核聚变反应堆,它利用巨大的电磁场(直径从数公里至数千公里不等)作为“漏斗”来收集并压缩星际物质中的氢,飞船前方的漏斗吸入沿途的星际物质,极高的相对速度和磁场作用使反应物质在核反应腔中压缩,直到温度和密度足以发生核聚变。这样产生的巨大能量再通过另一个磁场导引至发动机的排气方向,并借反作用力原理推进飞船。如果该飞船能够保持10米/秒2的加速度(略大于地球表面的重力加速度),不到一年时间,速度即可达到光速的77%。在《三体》中,三体第一舰队正是使用了巴萨德冲压发动机,才能以十分之一光速飞行。

1974年,参与“代达罗斯”核聚变火箭计划的阿兰•邦德(Alan Bond)提出了巴萨德冲压发动机的改进方案“RAIR”。该方案将收集到的氢作为反应物质而不是推进工质。进入发动机的质子流被减速到一兆电子伏,然后引导质子流轰击锂-6或硼-11。锂-质子聚变或硼-质子聚变不但更容易发生,而且释放的能量高于其他种类的核聚变。聚变产生的能量被导入前方漏斗吸入的物质中,被“加热”的物质高速喷出,驱动飞船前进。

“RAIR”另一种改型——“催化RAIR”发动机的效率更高。当进入收集器的物质流被压缩后,人为加入一小块反物质。与核聚变相比,这种湮灭反应的反应截面更小,所需温度也更低。据计算,要驱动一万吨重的飞船以1g加速度飞行,所需的反物质催化RAIR 发动机直径仅为3.5米!当然,乘这种“微型”发动机遨游宇宙,得自备足够的反物质供催化用。

巴萨德最初的设想是用机械方式收集氢。根据他的计算,为达到理想的1g加速度,质量一千吨的飞船前方需要有面积达一万平方公里的收集器。即便未来的材料科学取得巨大进步,这么大面积的收集器也将十分沉重——即使收集器采用10毫米厚的Mylar制作,质量也将达到二十五万吨。

而且巴萨德假设星际物质都是离子化的,本身带有电荷,容易被磁场捕获。实际上,恒星间的星际物质主要是中性的原子与分子,磁场对它们毫无作用。解决方案是先用大功率激光将飞船前方的氢原子离子化。离子化的氢失去电子成为单个质子(带正电荷),可以被收集器产生的磁场收集。如果采用这种电磁方式收集,那么收集器甚至不必做成纯固体形态(可以是网状的),收集器的实体面积也可以大大缩小,只要保证磁场范围很大就可以了。

即便如此,依然存在困难。生成激光和磁场都需要巨大能量,这个能量得事先预备。磁漏斗也不像听起来那么简单。因为磁力线汇聚于漏斗进口处,它们会把进来的带电粒子弹开,而不是将其拽入漏斗。结果就是,磁收集器就像一个磁瓶,收集了飞船前方圆锥区域的粒子,却阻碍其进入反应堆。解决方案之一是制造脉动磁场,模拟“张嘴”和“吞咽”的过程,但操作起来并不容易。还有个问题是,大部分收集进来的都是氢离子,它不像氘和氚那么容易发生核聚变。最后,巴萨德发动机只能在飞船达到一定速度时使用,只有做高速飞行时,收集器才能收集足够多的燃料供冲压发动机启动。因此,需预先启动一个助推发动机使飞船达到巴萨德发动机点火的临界速度——约为光速的6%——然后更具效率的冲压发动机才能正常运转。

星际间的尘埃颗粒对高速飞行的飞船船体是一个巨大威胁,除此之外,星际物质中的带电粒子也会给船员的健康和电子设备带来致命的损伤。具体来说,以光速30%运动的一千克物体蕴含的动能相当于百万吨TNT炸药的能量;以亚光速飞行的飞船,撞上静止的尘埃颗粒也会因巨大的相对速度而被击毁。而没能被磁漏斗阻挡的带电粒子则会形成高能粒子雨,损伤船员的DNA和精密电子设备。

正是由于这个原因,三体第一舰队在穿越星际尘埃云时才会露出颓势:

“队形变得稀稀拉拉,溃不成军,有一大半战舰早就停止了加速,穿过尘埃时又减速了不少”(《三体2》p280)——这些舰只都在尘埃颗粒及高能粒子雨点般的轰击下垮掉了。

科幻中的巴萨德冲压发动机

尽管巴萨德冲压发动机面临诸多现实困难,但因其完全使用已知技术就可以达到亚光速,所以深得硬科幻作家的喜爱。科幻迷广为知晓“巴萨德冲压发动机”这个概念要拜美国科幻大师拉里•尼文所赐,他在系列科幻小说《已知宇宙》中使用了这种发动机。在尼文笔下的文明世界,星际殖民的早期阶段派出了装备巴萨德冲压发动机的自动探测器,随着时间的推移,富人们也可以采购这种发动机,举家搬离拥挤的地球。在他的另一部名著《环形世界》中,尼文则使用这种发动机做航程推进和位置维持用。

在《星际迷航》系列影片中,一种名为“巴萨德氢收集器”的装置作为“正反物质推进系统”的一部分出现在星舰上,它可以使星舰加速到超光速。这种收集器装在曲速引擎的前方,当星舰中储存的氘减少时,收集器就会采集星际物质中的氢,并将其转化为氘和反氘,供曲速引擎使用。在影片中,巴萨德氢收集器的低收集率和星际物质拖曳问题都因为超光速飞行迎刃而解。

关于巴萨德冲压发动机最瑰丽的幻想,则来自于波尔•安德森(Poul William Anderson)的小说《宇宙过河卒》(Tau Zero)。在这部作品中,安德森讲到冲压飞船“利奥诺拉-克里斯廷”号遭遇星际尘埃云后失去减速装置,进入了无法停止的无休止加速状态。在逐渐趋近光速的航程里,由于相对论的时间膨胀效应,船员们发现他们已经飞入了“未来”,并亲眼见证了宇宙的瓦解和消亡。这个小说的影响力非常之大,以至于美国国家航空航天局“突破推进物理项目”主管马克•米利斯(Marc Millis)离开航天局创立了一个组织“τ0基金会”专门研究超光速飞行。

4、高速星际航行的防护措施

对于长期星际飞行来说,速度不是唯一需要解决的问题。由于代达罗斯在旅途中不能与地球进行实时通讯,其本身必须拥有足够的应变能力才能保证顺利走完全程。其中一个最致命的问题是星际尘埃的轰击。虽然尘埃的密度并不高,颗粒也很小,但是在0.12倍光速下,这一影响不可忽略。

在《三体》中,三体舰队穿越星际尘埃时,飞船数量减少了,有的飞船掉队了,这就是星际尘埃的阻滞力量。“代达罗斯”的解决方案是在飞船前方设置50吨重、7毫米厚的铍质防护罩,并可以通过携带的大量“尘埃虫”微型机器人在母船前方200公里处生成高速运行的粒子防护云,以“自我牺牲”的方式扫除前进道路上的障碍。如果有个别“漏网之鱼”撞到了飞船,还可以利用小型遥控机械装置“看守”在途中随时修复。这样一来,就可以避免三体舰队的厄运。

除了使用核聚变实现无工质推进外,核裂变也可达到这一效果。《核动力火箭征服太空》一文曾介绍了“乘坐”不断引爆的原子弹上天的猎户座核火箭,它就属于无工质核裂变脉冲推进。只不过这种推进方式有害辐射太多,属于“脏”火箭,为珍惜生命和环境的人们所不齿。

代达罗斯计划飞船艺术图。飞船使用核聚变推进,目标是6光年以外的巴纳德星,并用50年的时间到达那里。

迄今为止,代达罗斯计划仍是论证最完备的核聚变火箭方案。它的构想影响了许多科幻影片:从《异形》到《阿凡达》,从《Wall-E》到《冲出宁静号》,这些影片都把核聚变发动机作为推动庞大飞船的“常规”推进方式。这也说明,科幻界认同这样一个观点:只要有足够的资源和决心,“前进!前进!!不择手段地前进!!!”,造出核聚变火箭并非不可能的任务。

(三)曲率驱动

在《三体》小说引述的“红岸工程”文件中,把科学基础理论研究成果转化为实用技术分为两种模式:渐进型和突变型。其中,宇航技术的发展与突破属于渐进性,核武器的出现属于突变型。(《三体1》p121)这份文件载于20世纪60年代的《内部参考》,受时代局限,科学家并未预料到宇航技术也可能迎来“基础理论成果被迅速转化为实用技术”的突变。曲率驱动就是这样一种突变。

来势汹汹的三体第二舰队之所以能够后发先至,就是因为三体文明出现了技术突变,将曲率驱动技术实用化:

地球人“对三体第二舰队的观测表明,曲率驱动的宇宙飞行器加速到光速几乎不需要时间,光速飞船有可能在几十分钟的时间里从地球航行到木星。”(《三体3》p330)

利用时空特性进行光速乃至超光速飞行,绝非崭新的概念。在20世纪60年代的科幻系列剧《星际迷航》中,超光速飞船的推进装置叫做“曲速引擎”。影片中,只见星舰舰长一声令下,机器运转,飞船前方的星星都被拉成细线。片刻之后,星舰出现在遥远的目的地,速度比光速还快……

曲率驱动的原理

要理解空间曲率(或曲速)驱动的原理,不妨设想这样一幅场景:你和一只猫坐在一张地毯的两端,猫以速度c(这也是它在地毯上奔跑能达到的最高速度)向你跑来,这时你以速度z猛然拽动地毯,把地毯和在地毯上跑动的猫一并拽到跟前。在拽地毯时,猫相对于你的速度是c+z——超过了c,但猫与猫脚下的地毯是一并移动的,它并没有超过自己在那块区域的速度极限。现在,把猫替换成飞船,把地毯替换成宇宙空间,把拽地毯的动作替换成曲率驱动,把c设为光速,你就得到了曲率驱动的基本图景。

曲速引擎的原理是将空间拉伸,这与虫洞折叠空间正相反。有趣的是,近年来科学家发现,科幻片中的曲速引擎竟然并不违反物理法则。

1994年,物理学家米基尔•阿库别瑞(Miguel Alcubierre)提出可用波动方式拉伸空间,使飞船前方的空间收缩而后方的空间扩张,飞船在太空里“乘”着空间的“波浪”前进。这个“波浪”区间叫做“曲速泡”,里面是一块平坦时空。飞船在泡内并非真的在移动,而是被泡带着走,并不违反物理学中的“光速最快”限制。目前还不知道怎样引发这样的波动,或是一旦引发了,飞船该怎么离开它。因此,阿库别瑞发动机仍属于理论概念范畴。对此,美国国家航空航天局突破推进物理项目的前主管马克•米利斯指出,在宇宙大爆炸后早期的快速膨胀期间内,时空以远高于光速的速度向往膨胀,“如果大爆炸能做到,为什么我们的飞船做不到?”答案在于能量。宇宙大爆炸具有开天辟地的能量,如果人类也能掌握这种能量,拉伸空间就不是难事。

《星际迷航》中的曲率驱动飞船。图片来源:howsyourrobot.com

在《星际迷航》中,飞船首先使用曲速线圈产生“子空间场”,当其呈现不对称蠕动形式并达到一定场强之后,会成为“曲速场”。此时飞船就处在曲速泡中,从而完成超光速的星际旅行。至于其中的具体技术细节,只有天知道。

细细推敲起来,《三体》中的曲率驱动与在《星际迷航》里出现、又经阿库别瑞阐发的曲速驱动并不完全一样。大刘写道:“一艘处于太空中的飞船,如果能够用某种方式把它后面的一部分空间熨平,减小其曲率,那么飞船就会被前方曲率更大的空间拉过去,这就是曲率驱动。曲率驱动不可能像空间折叠那样瞬间到达目的地,但却有可能使飞船以无限接近光速的速度航行。”(《三体3》p301)可见,《三体》里只承认“无限接近光速”的扭曲空间飞行,没有涉及超光速的曲速飞行。

2008年7月,美国贝勒大学的两名物理学家宣布,人类可以借助巨大的能量控制更高的维度,并最终开发出速度可以超过光速的曲率驱动飞船。其中一位物理学家格罗德•克里夫(Gerald Cleaver)认为,可以根据广义相对论和弦理论研制出这种曲率驱动飞船。宇宙大爆炸发生后的很短时间内,空间构造的运行速度比光速要快,航天工程师所要做的只是在飞船四周重建这个宇宙膨胀期而已。尽管这个提法在理论上没有破绽,但接下来的问题是如何扩充飞船后面的空间和缩小飞船前面的空间。克里夫和他的合作者理查德•奥伯斯(Richard Obousy)认为,通过操控11维空间就可以构造出这种能否拉伸的空间。11维空间是M理论(弦理论的后继理论)中的一个特殊构想。如果飞船背后的11维空间能缩小,那么就可以构造出包含暗物质的气泡,这些暗物质能随着时间的推移而使宇宙加速运动。与此同时,在飞船前面扩充11维空间能够降低光的速度。这两个步骤需要独立进行,但是如何对11维进行扩充和缩小,目前还不得而知。

克里夫表示:“这些计算是基于一些相当超前和令人感到陌生的技术。使用这些技术并借助巨大的能量,我们就可以操控更高的维度。”科学家们目前需要测算所需能量的大小,在技术允许的情况下,改变维度需要1045焦耳能量。根据公式E= mc2,这些能量需要将整个木星的质量都化成纯能量才能获取,远远超出了当前人类能够掌控能量级别。

内在矛盾的局限性

曲率驱动堪称“终极”航天推进方式。但完美之物并不存在,它也有发明者未曾预料的局限性,其中,航迹暴露便是大刘设想出的一个主要弊端。

防范三体人来袭的人类观察者发现,三体舰队显然能够在极短的时间内达到或脱离光速,但它们却不敢在三体星系或太阳系附近这么做。舰队起航后,用了整整一年时以常规速度航行,直到与三体星系相距六千个天文单位时才进人光速;在距太阳系同样距离处脱离光速降至常规推进速度.这段距离光速航行只需一个月,舰队却不惜再花一年的时间用常规推进航行。这样,第二舰队的航行时间比完全光速航行整整多出了两年。(《三体3》p147)

能想到的解释只有一个:这是为了避免四百一十五艘飞船进入光速时对两个世界产生影响。……一个显而易见的事实:曲率驱动飞船在进人光速的加速段会留下航迹。三体第二舰队用了一年时间进行常规航行,在距母星系远达六千个天文单位时才启动曲率引擎进人光速,是为了避免因曲率驱动航迹暴露母星文明。第二舰队在距太阳系六千个天文单位的远方就匆匆脱离光速也是这个原因。(《三体3》p335)

时空扭曲会使光线“弯曲”,透过曲率驱动航迹观察后方天体,会产生哈哈镜一样的扭曲效果。这种扭曲将暴露曲率驱动飞船的航迹。

更可怕的是:

“在曲率驱动的航迹上,空间的结构也被改变了,如果把同样的第二艘曲率驱动飞船放在第一艘飞船的航迹范围里,它将寸步难行。”(《三体3》450页)

这将使宇宙的空间结构变得支离破碎,大大限制了曲率驱动的大规模应用。

除了会在科幻小说的时空中留下雪泥鸿爪外,现实世界的科学家也发现这种曲率驱动技术存在着不易克服的内在矛盾。

2002年,有研究表明,对于进入曲率飞行状态的飞船而言,无法向“曲速泡“的前方发送信号,这就意味着宇航员将无法操控飞船。

这还不是最糟糕的。更新的研究显示,曲率驱动飞船很可能无法安全脱离超光速状态。2012年初,悉尼大学物理学院的几位教授对阿库别瑞曲率驱动发动机进行计算机模拟时发现,扭曲时空是有风险的。在超光速飞行时,与“曲速泡“所含能量相反的粒子将在泡前方堆积,有些粒子甚至会进入到曲速泡中,形成累积效应,曲速泡飞行的距离越长,前方堆积的粒子就会越多。

当飞船最终到达目的地开始减速时,一路上积累的大量能量会在瞬间全部释放,足以毁灭任何与其接触的物体。一直隐藏在曲速泡中的粒子也会对飞船本身造成威胁。比如,飞船在路过尘埃云时意外脱离了曲速泡,灾难性的碰撞就会发生;如果飞船在距离目标行星过近的地方减速,意外释放的能量会在瞬间把这颗行星从星图上抹去。

尽管如此,能够达到甚至超越光速的曲率驱动堪称航天推进皇冠上的宝石,足以诱惑一切有实力的技术文明去探索。何况,它还是主动逃脱“黑暗森林“打击的最有效方式。其实,星际飞船的速度越高,生存概率越高。《三体3》中有记载为证:亚光速的三体第一舰队最终“建立了殖民地,就在距这里一百光年的范围内。”还有,“金牛座附近爆发了一场大规模战役,很惨烈,残骸形成了一片新的尘埃云。我们可以肯定其中的一方就是三体第二舰队,不知道另一方是谁,战役的结果也不清楚。”

从这只言片语的描述可知,配备巴萨德冲压发动机的三体第一舰队尽管在尘埃云中损失惨重,但总算找到了生息之所;掌握曲率驱动技术的三体第二舰队虽然航迹暴露,至少也获得了面对敌人拼死一搏的机会。若如小说中的地球人一样,固步自封、压制技术发展,只能连逃生的机会都葬送掉。

至此,《三体》三部曲里陆续登场的关键航天技术已基本“考证“完毕。地球人与三体人从分子间作用(化学火箭)起步,进入原子核(核火箭)以及核子范畴(巴萨德冲压火箭),最终达到物理学的基本层面——对时空本性的利用(曲率驱动)。随着他们对物理原理的利用越来越高超,航天器的速度也越来越高,直至超越光速。从现实向科幻一路走来,涉及的科技原理愈发天马行空,有些在工程上或许永无实现的可能。但穷尽科技的种种可能性,探讨人在其中的命运,恰是以《三体》为代表的科幻作品魅力之所在。

玻尔兹曼大脑:我们的世界是真实的吗?zz

September 12, 2014 Leave a comment

这是一个用物理和逻辑来对表面上看很难证明/证伪的问题进行讨论的例子。

相关参考:关于有热力学第二定律的一个悖论:洛施密特悖论
洛施密特悖论,又称可反演性悖论,指出如果对符合具有时间反演性的动力学规律的微观粒子进行反演,那么系统将产生熵减的结果,这是明显有悖于熵增加原理的。
针对这一悖论,玻尔兹曼提出:熵增过程确实并非一个单调过程,但对于一个宏观系统,熵增出现要比熵减出现的概率要大得多;即使达到热平衡,熵也会围绕着其最大值出现一定的涨落,且幅度越大的涨落出现概率越小。[1]:p.196现在已有的一些实验结果[12],与玻尔兹曼的叙述基本相符。(ref: wikipedia)

原文地址:http://songshuhui.net/archives/90494,删掉了无关图片。

几百年前,有个叫笛卡尔的人提出过一个著名的思想实验。设想有一个“邪恶魔鬼”既强大又聪明,而它整天不干别的、唯一的任务就是欺骗我。确切地说,是围绕我的一切感官制造一个幻觉,让我以为自己看见了一个完整的外部世界——但这个世界并不存在。事实上,它还营造出了我的全部身体,而我的身体也不存在。那么,我如何判断“现实”中的我感知到的一切是不是真实的呢?

那句人尽皆知的“我思,故我在”就出自这个思想实验——不管魔鬼怎么欺骗,我作为思考的主体一定是存在的。但是这不能解决外部世界是否为幻觉的问题。笛卡尔本人最后动用了上帝,这恐怕不能让现代读者满意。其它类似的思想实验也没有一个能干净利落解决这一问题的——印度哲学有摩耶,希腊哲学有洞穴隐喻,中国哲学有庄周梦蝶,科幻读者会想到缸中之脑,电影爱好者会想到黑客帝国和盗梦空间……不过不管怎么看,这都是个纯粹的哲学命题吧。

但是事实上,物理学也堂堂正正在里面掺和了一脚。而这个邪恶魔鬼的物理学版本,就叫做玻尔兹曼大脑。

宇宙的起源为什么是低熵的?

路德维希·玻尔兹曼这个名字通常会和19世纪末的热力学联系在一起,玻尔兹曼大脑也不例外。事实上,它是源自热力学第二定律的产物。

我们都听说过墨菲定律:事情只要能变得更糟,总会变得更糟。这时热力学第二定律会冒出来半开玩笑地解释说,因为孤立体系里事物的无序度(熵)不可能自发减少嘛。杯子能自动变成碎片,碎片不能自动变成杯子;空气分子会均匀分布在屋子里,而不会突然全跑到左半边、让右边的人憋死。但是,为什么会这样呢?

玻尔兹曼提出过一个巧妙的基于概率的解释。假如所有的空气分子都龟缩在房间的一个小角落,那么这样可能的分布方式数量很小。假如空气分子均匀分布在房间里,可能的分布方式数量就超级大。现在你任选一个时刻看一眼这间屋子,你看到它的气体非常不均匀的概率,几乎就是零。事实上,你就在这里等上一千亿年,也不见得能等到气体全跑到左半边的那一瞬间。之所以孤立系统的熵不会自发减少,因为熵高的状态出现的概率大。

但是这个解释有一个严重的麻烦。如果熵高的状态概率大,那么它不管什么时候的概率都应该很大——概率是数学,数学可是无视时间流逝的。可是熵又在随时间增加,所以我们如果一路推回过去,宇宙起源的时候熵应该很小才对。那么,这个起源点何德何能,凭啥就可以占据一个概率小的低熵状态?

一般人的第一反应是人择原理。如果没有低熵的开端,我们就不会存在,也就不会问出“为啥我们看到了低熵宇宙起源”这个问题。这个回答没有错,但并没有解决问题:初始的那个低熵态,是哪来的[注]?就算我们把它推给上帝或超级智慧外星生命体,也不过是变成了上帝的低熵是哪来的新问题……

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图片修改自Sean Carroll From Eternity to Here

对此,玻尔兹曼本人给出了另一个巧妙的解释:涨落。

玻尔兹曼和他的涨落理论

他说,按照概率,确实高熵的容易出现——但我可没说低熵的就绝对不能出现。再小的概率,也不是时间的对手,一群猴子敲打字机都能敲出莎士比亚呢。只要你等得足够久,总有一天你能等到小概率事件,看到气体全聚在半边、碎片自动变成玻璃的那一天。这种小概率事件就是“涨落”的结果。既然等得越久,越可能出现大的涨落,那么全宇宙这么大的涨落也不是不可能的嘛。

的确,这种概率低得无以复加,如果我们是外来的观测者,一眼望过去不可能看到这么大的涨落和这么大的低熵态。但是,我们生活在宇宙内部。如果宇宙没有出现这样的涨落,我们就不能存在!既然我们已经存在了,那么我们必须存在于这个涨落之中,我们当然也就必须能看到涨落。

于是玻尔兹曼的宇宙是这个样子的:

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玻尔兹曼涨落理论的宇宙图景,修改自Sean Carroll

大部分时候,宇宙都待在高熵期。

少数时候,宇宙产生了小的涨落。

极少数时候,宇宙产生了巨大的涨落,允许智慧生命存在——所以有了ABC这些点。

注意,不管你生活在B和生活在A,宇宙对你看起来都是一样的——区别是在B点你会觉得“右边”是过去、是低熵,而在A点你会觉得“左边”是过去、是低熵。但是放眼整个时间线,左和右没有区别,两个方向上物理定律都能用,数学也是完美的。

多么美妙的解决方案啊。如果世界只停留在这一步该多好。

但是不行。你已经咬了第一口,就得整个儿吞下去。你不能只拿好处、不接受苦果。

而玻尔兹曼解释的苦果,就是玻尔兹曼大脑。

邪恶物理学家的缸中之脑,或玻尔兹曼脑

从概率上讲,小的涨落比大的涨落多。事实上是多得多得多。那么,既然前提是我们拥有意识,应当预测,我们身处所有能产生意识的涨落中,最小的那一批。好比说我现在告诉你气体真的都在屋子的左半边,那你还是应该预测气体在左半边均匀分布,而不是进一步聚集到左四分之一。

但是我们现在的宇宙里有那么多的恒星和星系,甚至很多都可能支持生命。要这么多干嘛?明明一个银河系,不,甚至一个成分合适的太阳系就可以支持生命存在了啊?如果一切都是涨落,那么小小的太阳系独自涨落出来的次数显然比整个低熵宇宙涨落出来的概率大得多。

还没完。涨落是靠概率的,所以是无所不能的,那我们干脆让它涨落出来一个孤零零的大脑(或者电脑,或者任何意识的载体)就是了!确实很难,但是考虑到大脑这么小,里面的粒子数量这么有限,这应该要比涨落出来一个宇宙容易多了。这个大脑会像银河系搭车客指南里的那头鲸鱼一样,刚刚意识到自己的存在、并为之惊叹,转瞬之间就恢复到虚无状态之中。而这样的大脑,其总数量肯定比这太阳系里的七十亿大脑要多得多。从概率上讲,我们都应该是这样的大脑,正如概率上讲我们看到气体应该均匀分布一样。

什么,你说你的生活很丰富很充实,和那种瞬间体验截然不同?没关系,既然连大脑都能涨落出来,再涨落几个虚假的记忆又有何不可?连成套的感官输入也一起涨落出来又有何不可?区区一个大脑里面再怎么复杂,其概率还能比外面千亿太阳的概率更低?(假如真的更低,那你这个大脑是怎么从宇宙里“自然”诞生的?)你以为你是在屏幕前看这篇文章,焉知你不是一个缸中之脑,呃,不是一个虚无高熵宇宙中涨落出来的玻尔兹曼大脑?

这回不是空想出来的邪恶魔鬼或者邪恶科学家了。这看起来是堂堂正正的物理学给出的预测啊……怎么办?难道就这么向虚无主义投降么?

解铃还须系铃人

果子吃到一半,发现是苦的。怎么办?在这个例子里,可能还就得坚持吃完,依然靠物理学来解决问题。

物理学家对待这个问题有很多种路线。比如费曼就提出过一个著名反驳:绝大部分玻尔兹曼大脑看到的应该是四周一片虚无,能拥有完整感官输入的大脑所占比例微乎其微;不过这个反驳也有一个小小的弱点,那就是那些大脑应该一开始就面对虚无被逼疯掉了,根本不可能像我们这样安心思考,也就不会提出这个问题。更多的理论是从分析而非综合的角度出发,讨论其他已知物理事实如何影响玻尔兹曼大脑。不过,我最喜欢的一个理论——来自物理学家西恩·卡罗尔(Sean Carroll)——是以其人之道还治其人之身。他论仔细审查了涨落,发现它有一个大麻烦:虽然当初玻尔兹曼提出它是为了解释我们的过去,但其实它做不到这一点。

现在我们的宇宙处在熵“中等”的状态。请问我们宇宙的过去是什么样的?如果问的是“什么样的过去宇宙能自然演变为我们现在的宇宙”,那么当然是更低熵的宇宙。但是请问以下两种状态哪一种更为可能:先涨落出来了一个超级低熵的宇宙然后自然演变成我们现在的中等状态,还是直接就涨落出来了中等状态?
按照涨落理论,当然是熵越高的状态出现概率越大。而我们的宇宙的熵在增加,此时此刻的熵比一百年前的熵高。所以,最大的可能是,我们这个宇宙是在上一个瞬间刚刚涨落出来的产物,而不是在138亿年前涨落出来然后自然演变到今天的结果。我们应该处在最低点C上,而非A或者B;我们的过去和未来应该都是更高的熵。

但是这不是我们观测到的场景,我们看到的过去分明是大爆炸。当初我们引入涨落理论就是为了解释过去,但是细究之下它的预测和我们的观测不符,那么这个理论就该抛弃掉。

所以更加可能的解释是:我们生活在母体创造的虚$%@VQ$error42^#F@t,生活在一个不靠涨落就能存在的低熵世界里。我们看到的一切不是涨落的结果,而是某种比涨落概率大得多的事件的产物。在这个事件面前,不管玻尔兹曼太阳系还是玻尔兹曼大脑都重新变成了可以忽略不计的小概率。

可是这个新的事件是什么?老实说,我们还不清楚(不清楚=“我们有很多假说,只不过没有一个假说能说服大多数人”)。毕竟这一切都是有限框架下的一套推论,我们对于宇宙学和量子引力理论的了解还太浅,甚至最后发现整套玻尔兹曼理论都不成立也是有可能的。但至少,知道你不太可能是个虚空中的玻尔兹曼大脑,也许有助于睡个好觉——毕竟,按照某些哲学流派,物自体是不可知的,管好自己的感官就是了,何必在意它是“真”还是“假”呢。

  • [注]不错,很多人提出过很多方法,试图解释为啥一个低熵的开端是“自然”的。问题是,如果低熵作为开端是自然的,那么它作为结束、作为任何一个中间状态同样应该是自然的。要知道,我们有CPT对称定理:物理定律在时间+电荷+手性三重反演下,不会改变。如果在我们的宇宙中,随着时间流逝,低熵变成高熵是自然的、反之不自然,那么我们也能创造或者找到其中的一个小区域,在那里电荷相反,手性相反,高熵变成低熵是自然的。于是热力学第二定律就不满足CPT定理。那么我们要么扔掉热力学第二定律(没门),要么扔掉CPT定理(违背实验观测),要么就得承认低熵开端并不自然。物理学家休·普莱斯(Huw Price) 称之为“双重标准原则”:宇宙的任何初始状态如果是“自然”的,那么它作为最终状态也必须是自然的。玻尔兹曼的涨落解释就成功避免了这个问题——在涨落理论里,左和右是对称的,宇宙不管往前推还是往后推,大部分时间都在“自然”的高熵态,只不过偶尔出些小波动。

关于

本文首发于果壳网-科学人,编辑:Calo。源于亲王@马伯庸在微博的提问:哪位大侠能简洁明地解释一下什么叫玻尔兹曼大脑?网上搜了一下,还是似懂非懂一头雾水….

自然的阴谋论和不自然的科学思维zz同人于野

April 9, 2014 Leave a comment

你相信“巧合”吗?

当然相信。世界非常大而且非常复杂,每天要发生很多很多事,绝大多数事情之间并没有什么因果关系。可是正如人很善于在本来没有规律的地方寻找规律,我们也非常擅长在本来没有联系的事情中发现联系,并且用一个简单理论对这些事情进行解读。

我的理论没有什么进一步的证据,而且我也不需要什么进一步的证据,但是我的理论可以解释这些看似“自然”其实“不自然”的事件,我发现其背后有一个不可告人的目的。这种解读,就是阴谋论。


1. 美国的阴谋

比如2014年3月马航MH370航班事故发生之初,整个事件还在被定性为“失联”期间,互联网上充斥着各种阴谋论。其中有一个理论说,马航失联其实是中美“两个大佬”较量的结果,而且中方目前稳操胜券。这篇奇文把近期的国际形势 — 包括乌克兰局势紧张、日本右翼政府的态度软化、朝鲜半岛的微妙变化、西方阵营出现的裂痕和泰国局势未能朝预期方向发展 — 和国内形势 — 改革进展、两会前金融波动、昆明火车站恐怖袭击和河南隧道爆炸事故,都通通联系在一起,认为只有全盘考虑这些因素,还要结合“三年前发生在菲律宾马尼拉的人质事件与奥巴马即将在四月展开的访问活动”,才能理解一架客机为什么会失联。

如果你觉得这个逻辑实在太不可思议,那是因为你不经常上网看时事军事论坛。有人专门写这种文章。他们旁征博引无所不知,从国际政治讲到国内形势,最后主题归于两点:第一,所有坏事,都是国际敌对势力故意针对中国搞出来的;第二,所有好事,都是中国政府巧妙安排的。总而言之,中央正在跟美国下一盘很大的棋。

当然,也有人认为中美两国政府都不是世界上最强的力量 — 真正的大boss是罗斯柴尔德家族。我曾经兴冲冲地买过一本《货币战争》,而且真的被书中前面的阴谋故事所吸引,一直看到罗斯福才把书扔了。

中国流行国际大棋论,美国则流行专门针对美国政府的阴谋论,而且相信的人很可能并不比中国少。芝加哥大学的研究人员最近针对以下六个最流行的医学阴谋论对1300个美国人进行了调查

  1. FDA为了医药公司利益而禁止自然疗法;
  2. 政府明知手机致癌而不作为;
  3. CIA故意让美国黑人感染艾滋病毒;
  4. 转基因食品是削减人口的秘密手段;
  5. 医生和政府明知疫苗会导致孤独症;
  6. 公共饮用水加氟是化学公司排污的手段.

结果发现,49%的美国人至少相信其中一个,18%的美国人相信三个。所以这其实是一个人们普遍相信阴谋论的时代。

相信阴谋论很可能是人的一个思维本能。人们总是希望能给复杂而混乱的世界找个简单的解释,这个解释就是有某个强大的力量,怀着一个不可告人的目的,在控制一切。据Kent大学的几位心理学家研究 [Scientific American (September 2012), 307, 91. ]发现,相信一种阴谋论的人,往往也会相信其它阴谋论,甚至是互相矛盾的阴谋论。越相信戴安娜其实并没有死是假死的人,越容易相信戴安娜其实是被谋杀的 — 反正政府有些事没告诉我们!

所有这些阴谋论都有一个共同的思维模式。这个思维模式就是不承认巧合,不承认有些事情是自然发生的,认为一切的背后都是有联系,都有目的。

这种思维有道理吗?我们必须承认这个世界上的确有阴谋,不可能所有政府在任何时候都是无辜的。但是阴谋是有限度的。根据Business Insider一篇文章考证,以下这个九个美国政府的阴谋,是真实发生了的:

  1. 禁酒令期间,美国政府曾经故意往工业酒精中加入某些化学品使其不能被转化成可用于兑酒的普通酒精,这些化学品是致命的,而且造成超过一千人死亡;
  2. 公共卫生机构打着治病的旗号征召了感染梅毒的黑人来做研究,却从未真正给人治疗;
  3. 超过一亿美国人使用的小儿麻痹症疫苗被一种病毒感染,有研究认为这个病毒会导致癌症,但政府并没有采取有效行动;
  4. 导致越战全面升级的“北部湾事件”中的某些冲突其实并未发生,是美国故意夸大来作为战争借口;
  5. 军方曾经计划在国内搞恐怖袭击嫁祸古巴 — 未能实行,但的确计划了;
  6. 政府曾经在受试者不知情的情况下拿美国和加拿大公民做毒品人体实验;
  7. CIA曾秘密在太平洋打捞一艘苏联潜艇,其上有三颗带有核弹头的导弹;
  8. 美国政府曾经违反禁运协议向伊朗出售武器,并把钱用于资助尼加拉瓜武装;
  9. 海湾战争前夕,一个十五岁的科威特女孩在美国国会作证,说她目睹了伊拉克士兵把婴儿摔死在地上。事后证明这个女孩是科威特驻美大使的女儿,整个作证是公关公司导演的。

跟前面那六个最流行的(仅限于医学相关的)阴谋论相比,这九个真正的阴谋坏到了什么程度?光难度就至少低了一个数量级。

正如林肯说“你可以在所有的时间欺骗一部分人,也可以在一段时间欺骗所有的人,但你不可能在所有的时间欺骗所有的人。”想要完成一个阴谋非常困难,而且就算做成了也有很大的曝光风险。一个整天在军事论坛看阴谋论的人,如果看了这些真实发生了的阴谋,可能会觉得美国政府原来没有想象的那么坏。事实上,维基解密网站曝光了一批美国政府的外交密件之后,《金融时报》专栏作家吉迪恩·拉赫曼发表评论文章认为这反而提高了美国政府的形象,他说

无论是欧洲和拉美的左翼人士,还是中国和俄罗斯的民族主义右翼人士,长期以来都一直近乎肯定的认为,美国人关于其外交政策的一切公开说辞,只不过是在为某种秘密议程打掩护。该议程可因兴趣而变,或者为了照顾大公司(哈里伯顿(Halliburton)!)的利益,或者为了颠覆某个左翼政府,或者为了削弱对手国家。无论美国的秘密议程是什么,它肯定是存在的——只有那些天真到愚蠢的人才不这么认为。

……

然而,经过长达两周的曝料,维基解密非常充分地揭示出,美国在任何特定问题上所持的公开立场,通常与非公开立场并无两样。目前仍有许多电报尚未曝光,或许其中还潜藏着一些惊人的事件。但是,过去两周曝光的文件罕有证据证明,美国外交政策中存在耍两面派或背信弃义之处。世界各地的阴谋论者对此一定非常失望。


2. 合理性与可能性

想要对任何事情的真伪都给以正确判断是不可能的,我们只能在有限的条件下合理评估每件事的可能性。阴谋论之所以不足信,并不是因为我们不应该质疑政府 — 每个人都有权质疑政府 — 而是因为其成立的可能性很低。

诺贝尔经济学奖得主丹尼尔·卡尼曼在《思考,快与慢》这本书中总结了人的种种认知偏误,其中有一个偏误,在我看来非常适合说明阴谋论思维的错误。卡尼曼说,假设有一个叫Linda的单身女性,31岁,直率而聪明。作为哲学系学生的她曾经非常关注歧视和社会公正,并且参加过反核游行。根据这些情况,请你评估以下对Linda的种种描述之中,各自的可能性大小排名:

  • Linda是个小学老师;
  • ……
  • Linda是个银行出纳员;
  • Linda是个买保险的;
  • Linda是个热衷于女权运动的银行出纳员。

结果几乎所有受试者都认为“Linda是个热衷于女权运动的银行出纳员”的可能性,比“Linda是个银行出纳员”更高。但这是不对的!A和B同时成立的可能性小于等于A成立的可能性,这是概率论的常识啊!

如果你答错了,不要自责,因为这个问题就连斯坦福大学决策科学专业的博士研究生都有85%的人答错。卡尼曼最后干脆把其他选项都拿掉,就问受试者“Linda是个银行出纳员”和“Linda是个热衷于女权运动的银行出纳员”哪个可能性更大,仍然有85%到90%的本科生答错。这个错误的原因在于人们搞不清“合理性(plausibility)”和“可能性(probability)”的区别。“热衷于女权运动”增加了对Linda描述的合理性,但是却降低了可能性。另一个类似的例子是这样的:

  1. 明年北美会发生一场淹死一千人的大洪水;
  2. 明年加州地震,导致一场淹死一千人的大洪水。

2)比 1)更合理,但是显然,它的可能性更低。增加细节也许可以增加合理性,但是一定减少可能性。

现在我们可以回头谈阴谋论了。以下两个论断中,哪个可能性更高?

  1. 昆明恐怖袭击过后不久,又发生了马航失联事件;
  2. 大国博弈,导致昆明恐怖袭击过后不久,又发生了马航失联事件。


3. 目的与科学

世界非常复杂,很多事情似乎简直不可理解。为什么明明准备的很好的比赛也会输?为什么一个好人偏偏死于车祸?阴谋论可以让我们对这些事情至少找到一个理由。我们不但找理由,我们还找目的。

近代著名儿童心理学家让·皮亚杰(Jean Piaget)说,在儿童成长的某个阶段,他的世界观会有两个基本点。一个是“animism”,万物有灵。他认为每个物体都是活的,比如汽车之所以不走是因为它累了需要休息。更重要的是,东西有它自己的意愿,比如“太阳在跟着我们走”。另一个是“artificialism”,人为主义。小孩认为一切东西都是人出于某种目的造出来的。比如为什么会有太阳?太阳是人用火柴造出来照亮用的。

由此,在儿童的世界中根本就不存在随机现象,一切都是有目的的。生物学家Lewis Wolpert有本书叫The Unnatural Nature of Science,在此书中他指出,想要摆脱童稚状态搞科学,就必须首先抛弃这个目的论。

科学的标志,是对世界的运行给一套纯机械的机制。风怎么吹,石头怎么落下来,并不是说它有个目的,背后有个什么精神力量,而是物理定律决定了它就会这么做。有些事情发生就发生了,纯属自然,并不是谁“想让”它发生它才发生。比如艾滋病毒在黑人中传播最多,你可以去分析它的传播机制,但是这种传播并不一定有什么“目的”。

很多人研究自然科学为什么没有在中国发生。Ian Morris在Why The West Rules — For Now这本书中说,中国之所以没有自然科学,一个重要原因在于中国传统上认为天道是有目的的。我们认为上天有道德观,他降下自然灾害是对皇帝的警告,或者是对坏人的惩罚。孟子说“天将降大任于斯人也,必先苦其心志,劳其筋骨……”这段话什么意思?他说苦难是老天想考验你。

一般人可以含糊的把孟子的话解释成“我们可以把苦难当成上天对我们的考验”,而回避“上天是否真的会故意考验人”这个话题。但杨绛先生拒绝回避。在《走到人生边上》这本书的第八章一开头,她写道:

大自然的神明,我们已经肯定了。久经公认的科学定律,我们也都肯定了。牛顿在《原理》一书里说:“大自然不做徒劳无功的事 。不必要的,就是徒劳无功的 。”(Nature does nothing in vain。 The more is in vain when the less will do。 )(参看三联书店的《读书 》 2005年第三期 148页,何兆武《关于康德的第四批判》)哲学家从这条原理引导出他们的哲学 。我不懂哲学,只用来帮我自问自答,探索一些家常的道理。

大自然不做徒劳无功的事,那么,这个由造化小儿操纵的人世,这个累我们受委屈、受苦难的人世就是必要的了。

我不得不说,杨绛先生和何兆武都把牛顿的话给理解错了。这段话出自牛顿《原理》中“Rules of Reasoning in Philosophy”这一节,原文是

Rule I. We are to admit no more causes of natural things than such as are both true and sufficient to explain their appearances.

To this purpose the philosophers say that Nature does nothing in vain, and more is in vain when less will serve; for Nature is pleased with simplicity, and affects not the pomp of superfluous causes.

这里“more is in vain when less will serve”的意思是说,如果很少的理由就能解释自然,那么再列举更多的理由就是多余的了。整段话的意思实际是,解释自然界的一切,应该追求使用最少的原理。比如牛顿力学很简单,就足以解释自然届的各种现象 — 所以就没必要认为每个物体的每个运动背后都有它自己的特殊理由!而杨绛和何兆武这里把它解释成大自然是有“目的”的,他们理解成“大自然不会平白无故的让一些事情发生”了。

认为凡事都有个目的,是普通人思维区别于科学思维的根本之一。科学家会科学思维,但科学家也是普通人,脑子里有时候也会冒出目的论来。有研究曾经搞过一个目的论测试,拿一百个句子让受试者判断正误,其中有些句子是目的论的,比如“树生产氧气是为了让动物呼吸”。普通人会把50%的题目答错。这个研究让物理学家、化学家和地理学家来做这个测试,结果如果给他们足够多的时间思考,科学家的答错率只有(或者说“高达”,取决于你对科学家要求的严格程度)15%。

但是如果规定必须在三秒中内作出判断,科学家的答错率就会上升到29%。

既然最理性的人也有一颗阴谋论的心,我们就完全可以原谅中国文化、孟子和杨绛先生了。