与霍金一起了解宇宙

第一集：时间旅行

知识点：

穿越到过去是不可能的。因为：

1、祖父悖论。

2、反馈（feedback）效应会把回到过去的虫洞给摧毁。本片用音箱的声音反馈来类比。音箱的反馈很好理解，因为音箱本身就是个放大器，但是本片并没有详说反馈是如何形成回路把虫洞摧毁的。我自己思考了一下，回路应该是这样的：未来的辐射通过虫洞到达过去，然后随着时间的自然流逝，辐射到了未来，然后在未来又通过虫洞回到过去，这样就形成了回路。如果所有到达过去的辐射都通过虫洞再回到过去（没有损耗），并且未来的时间点再加入其它的辐射，那么这个回路中的能量就会越来越大，最终把虫洞摧毁。

时间旅行到未来是可能的。有这样几种方法：

1、在大质量的物体周围时间会变慢。这在电影《星际穿越》中就有体现。

2、接近光速的物体时间会变慢。这在刘慈欣的小说《三体》中也有体现。

另外，霍金在本片中说微观存在虫洞可以回到过去。这种说法我在别处从没听到过，也无法理解。我后来在网上查了下，这种说法好像是激进的假说，把量子纠缠理解成虫洞。

第二集：外星人

银河系有1500～4000亿颗恒星，而宇宙中有上千亿个星系。我们地球只是银河系中太阳系的恒星。在如此大的数量级上，外星人的存在从概率上来说，是很正常的事情。

地球生命的起源，一种学说认为地球自发形成，一种学说叫做“有生源说”，认为是小行星带来的。

太阳系有可能有生命的地方：火星、木卫二。

类似地球的行星或者秘密的海洋（比如木卫二）并非生命存在形式的唯一可能。比如： 1、外星生物可能依赖氮气而不是水。在地球上氮气是一种气体，但是在温度非常低的时候，它就能以液态形式存在。 2、外星生物可能是硅基生物而不是碳基生物。 3、许多行星是巨大的气体行星，比如太阳系的木星和土星。或许会有外星人是由气体组成的。 如果这些极端情况成立，那么所有行星上都可能会有生命的存在，而不需要在恒星周围一小圈温度适宜的区域。

1977年8月16号，美国俄亥俄州一台无线电望远镜捕捉到的WOW信号。后来再也没捕捉到类似信号。（怎么感觉这一段是在演《三体》呢？年代也差不多？刘慈欣是以此为灵感创作的吗？）

人类已经掌握了控制自身进化的技术，发达的外星人可能已经达到类似永生的水平了。他们或许百万年前就达到这种水平了。他们也可能能够从一整个恒星中获得能量，比如，他们可以在太空中安置无数面镜子，环绕整个太阳，将其能量汇集到一处。如此惊人的能量也许能够改变时空结构，形成一个虫洞（空间通道），能让外星人瞬间穿越漫长的距离。如果这些外星人来到地球，那么可能将类似于哥伦布初次到达美洲。

第三集：一切的故事

所有的星系看上去都是红色的，由多普勒效应，得知宇宙在膨胀。引出宇宙大爆炸理论。宇宙产生后的早期阶段，万有引力发挥了很大的作用。氢气团由万有引力产生恒星，恒星又因为核聚变产生各种元素。在恒星的核聚变过程中，到了铁元素之后就终止，因为铁的聚变是吸收能量而不是放出能量。恒星中心越来越密，温度越来越高，甚至超过我们的太阳中心的一百多倍，这颗恒星就会塌陷并爆炸，这就是所谓的超新星爆炸——一颗恒星的灭亡。这时会产生巨大的冲击波，这种冲击波使得铁元素进一步聚合，在爆炸中的恒星内部进一步产生重元素比如金、铂、铅等。这一过程产生了我们周围的所有元素，就连我们身体里的物质也都是由恒星里的物质构成。

宇宙形成的3亿年后，早期的恒星开始形成星系。我们的银河系被认为是古老的星系之一，早在130亿年前就开始聚集。银河系中间就有一颗黑洞。黑洞在星系的形成过程中起到重要的作用，黑洞还能让我们一瞥宇宙可能的灭亡方式。当一颗20倍太阳质量的恒星灭亡时，黑洞就产生了。恒星的外围在超新星爆炸中向外扩散，但是恒星的中心不断收缩并最终形成一个奇点。当地球被压缩到一颗豌豆大小时，就会形成黑洞。黑洞越小，辐射越强。

超新星爆炸后形成星云，星云中的物质由于万有引力形成我们的岩态行星——地球。我们现在的太阳也在这个星云中产生。太阳形成时的能量辐射将周围的小行星赶到太阳系的周围。

宇宙是危险的。即使我们的地球也不能永远充当我们的庇护所，比如漂移的大陆板块在向南极靠近，没人知道将来地球是否还适合居住。太阳系周围的小行星也可能会对地球造成危险。有的小行星长达十余英里，大小堪比曼哈顿，每1亿年左右，就有一颗这样大小的小行星撞上地球。最近的一次撞击发生在65 million年之前，这很可能就是恐龙灭绝的原因。

我们人类自己就可能将自己毁灭，比如用核武器。10万年之后，我们发生核战争的几率将达到十分之一。

超新星爆发的伽马辐射也可能将人类毁灭。

太阳最终也会膨胀到吞噬地球，所以寻找外星家园是人类必经之路。霍金和许多宇宙学家认为，找出一种在太空中远距离航行的方法，是让人类在宇宙中幸存的关键。

现在我们还不理解暗物质是什么，也没能完全理解大爆炸。如果了解了这些，或许我们就能知道宇宙终结是什么样子。

不知为何的力量，宇宙发生爆炸，极端时间内，大爆炸从一团比原子还微小的极端高温的能量雾，开始膨胀和延伸，时间和空间因此而产生。爆炸产生巨量的辐射光，进而因冷却形成构成原子的次微粒，这些次微粒一部分是由物质构成，另一部分由反物质构成，幸运的是，物质略微多一点点，在物质和反物质相互结合湮灭后，残存的物质因为分布不均匀，在万有引力作用下，在不同区域相互聚集，形成最早的星系和恒星。

最早的气团由氢气构成，随着氢在万有引力的牵引下，聚集而成为大气球，而此时，内部的温度已经达到1000万度高温，因而产生核聚变，氢聚合成氦，并释放出大量能量，如恒星般耀眼的光，恒星因此而产生。在氢的聚合反应中，生成的氦更重，往球体内部堆积，从而在更高温度下产生了氧，并依次产生碳、铁。因此，恒星就像一个洋葱一样，越重的元素越往里层堆积，铁不能燃烧，当其余燃料烧尽后，铁在自身万有引力的挤压下，越来越紧密，最终在比太阳内温高百倍的温度下，恒星坍塌了，并产生爆炸，也就是超新星爆炸，恒星死亡了。同时，爆炸产生的冲击波将铁合成更高的元素，如铝、金，以及今天我们已知的所有元素，并抛向宇宙。