张双南：宇宙中遥远的相似性 | 科学人
张双南，中国科学院高能物理研究所研究员，中国科学院粒子天体物理重点实验室主任。1984获清华大学学士学位。1989年获英国南安普敦大学博士学位。1989－1992美国宾西法尼亚大学博士后。
他是分答上收入过万的科学家，他是会写诗的天文学家。
有人问，能否1分钟内和大家介绍下您的研究？他回答：“我的科学研究是通过天文观测和理论计算来理解黑洞、星系、星系团以及宇宙演化，另一方面是做空间天文仪器的研制。我对两件事很感兴趣，宇航员到黑洞旅行会发什么，还有就是宇宙中的物质最终是否都会归于黑洞。业余时，我还喜欢研究美学，也喜欢写写诗。”
科学人特推出张双南老师专栏，收集整理分答上张双南老师的提问及回答 , 好的答案应该共享。本文为张双南专栏第五则。
第五则 宇宙中遥远的相似性
霍金曾说过：“最令我感动的是，宇宙中遥远的相似性”。在这浩瀚无垠、亘古流转的宇宙当中，是否还存在另一个我，过着另外一种人生？抽象的美和客观理性的量子力学之间有什么关系吗？地球上是否也会出现类似于黑洞的物质？在这一期，给你答案。
您觉得存在平行宇宙或者说平行空间吗？是否相信另一个我的存在，另一个我过着另一种人生？
张双南：平行宇宙或者平行空间，是一种理论模型或者理论假说。从科学的角度上来讲，目前我们没有确切的证据证明，这个假说是正确的或者是不正确的。所以，我只能这么回答：我不知道它是否存在。但是，即使它是存在的。我也不相信另外一个宇宙当中有另外一个我的存在，另外一个我过着另外一种人生。因为我实在是太独特了，在宇宙当中只有一次，我只有这个我。我相信，您也是非常独特的，在宇宙当中也是独一无二的。每个人都要过好我们的这个人生，在别的地方不会再有了。
您觉得美和量子力学之间有必然联系吗？能举个例子说明一下吗？
张双南：根据我的美学理论，审美过程有两个要素，一个要素是审美者的价值观判断审美对象是否有缺陷，另一个要素是审美者的见识甄别审美对象是否常见。一旦审美者得出审美对象是没缺陷不常见，他就认为这是美的。因此审美过程是审美者对审美对象的主观判断，对同一个审美对象，不同的审美者会得出截然不同的结论，同一个审美者在不同的时间不同的情形也会得到不同的结论。但是量子力学是客观规律，谁做实验得到的结果都是一样的。因此美和量子力学没有关系，更没有必然联系。至于量子力学是否美以及美在何处，这和审美者的价值观以及见识有关，就不在这里回答了。
追问：那么说，美是主观的而不是客观的吗？
张双南：是的。虽然审美需要审美对象，但是很显然，审美过程是主观的判断过程，审美的结果，也就是某个审美对象美还是不美，也是因人而异而且随时间会变化，那么美必然就是主观的，而不是客观的。换句话说，虽然审美对象是客观存在的，但是美不是客观存在的，美是审美者主观判断的结果。
您觉得外星人会写诗吗？外星生物是否会有它们的艺术？
张双南：根据我的理解，诗就是虚拟现实,“虚拟”的目的是产生意境，需要“现实”是因为需要产生意境的对象。诗之“美”的体现就是在不寻常的意境中忘却现实的缺憾从而品味现实的没缺陷。而对艺术的追求大致也是如此。根据我的美学理论，人类社会的发展就是对美的追求。外星人的现实生活一定也有不少缺憾，因此也需要通过诗和艺术在不寻常的意境中忘却现实的缺憾从而品味现实的没缺陷。所以外星人应该也会而且也喜欢写诗，当然也因此会有艺术。只不过他们的诗歌艺术的形式很可能和我们的非常不同，因为他们的社会现实很可能和我们很不同，因此他们的诗歌艺术的意境应该很不同。
能用一分钟解释一下薛定谔的猫这个有趣的思维实验吗？
张双南：在量子力学里面，我们只能描述某一个事件出现某个状态的可能性，而不能确切地说它一定会发生什么。比如说，放射性元素的衰变就是这样。我们如果把猫放在一个盒子里面，里面有一个毒气罐，而用放射性元素的衰变来控制这个毒气罐。如果衰变，就放出毒气；不衰变，就不放出毒气。那么这样的话，在我们打开这个盒子之前，我们不知道是衰变了还是没有衰变，我们只能说猫是处在死和活两个状态的叠加状态，也就是处于不死不活的状态。在打开的一瞬间，猫或者是死或者是活着的，状态就确定了，我们就说，波函数坍缩了，给了我们一个确定的实验结果。
能用一分钟简单介绍说明下黑洞吗？
张双南：黑洞是广义相对论理论所预言的一类天体。它的基本性质就是，任何东西，包括光线，一旦落入到它的视界范围之内，就没有办法逃出来。因此，这是一个只进不出的东西。所以把它叫作黑洞。那么，在宇宙当中，我们今天知道有两类黑洞存在，一类是恒星演化的最后引力坍缩所导致的黑洞，这类黑洞的质量通常是10个太阳质量左右。另外一类是银河系和其他星系中心的超大质量黑洞，它们的质量通常是百万个太阳质量，甚至到百亿个太阳质量，它们的增长，我们知道是依靠吞噬星系的气体而长大的，但是初始怎么形成的，目前并不清楚。
黑洞问题，微观的来说，地球上是不是也会出现类似物质，在地球上，或者微生物空间中，会有类似的物质？
张双南：首先需要澄清的是，黑洞不是一种物质，黑洞是一种几何，也就是当某一空间区域里面的物质总质量达到一个值之后，这个区域就被视界所包围，以至于任何物体和物质，包括光线，也只能从这个视界进去而不能出来。比如，如果要把地球压缩到一个黑洞里面，这个黑洞的视界的直径就只有大约5厘米。因此地球上不可能有自然形成的黑洞，更不用说微生物空间中了。当然在地球上的实验室人造微观黑洞理论上是有可能的，比如在最高能的加速器里面，能量非常高的粒子碰撞有可能产生微观黑洞，只是今天的加速器技术还做不到。
如果宇宙一直膨胀下去，而宇宙的质量保持不变，那么宇宙的密度就会越来越小，最后宇宙会变成什么样子？
张双南：宇宙的密度的确变得越来越小，但是目前主导宇宙膨胀的因素却主要不是物质的密度，而是暗能量的性质，因为在宇宙的总物质和能量中，暗能量占大约四分之三，而物质只占大约四分之一。暗能量会产生大尺度的排斥力，但是暗能量的性质和本质到底是什么，目前还没有答案。未来宇宙的命运如何，就取决于暗能量的性质。一个可能性是宇宙一直膨胀下去，但是我们的银河系和太阳系安然无恙。另一个可能性是宇宙的膨胀导致大撕裂，也就是银河系、太阳系甚至地球以及地球的物质都被撕开。第三个可能性是宇宙膨胀到一定程度之后开始收缩，最后形成奇点，开始下一次大爆炸。还有一个模型就是宇宙的演化是振荡的，现在是膨胀，以后会收缩，然后再膨胀，无始无终。
引力波被证实了，那么空间扭曲也被证实，那么如果如果速度达到摆脱空间扭曲后，是不是就可以实现空间跳跃，星际旅行了？
张双南：的确，引力波的发现直接证实了空间不但扭曲，而且扭曲可以传播。但是其传播的速度是光速，要想速度达到摆脱空间扭曲，就需要超光速运动，而这是不可能做到的，因为从低于光速加速到光速需要的能量是无穷大。但是有一个方案是人为地制造空间扭曲，把飞船后面的一部分空间扭曲抹平，那么飞船就会被前方扭曲更大的空间拉过去，这样就等于骑在空间扭曲上以光速前进。但是人为产生空间扭曲以及抹平空间扭曲所需要的能量都非常大，目前没有办法做到，所以技术上也是不可行的。因此依靠空间扭曲实现空间跳跃，真的没有办法实现。
追问：那么，人类飞行器的终极速度就无法超越光速了吗？如此一来，人类不是永远没有希望飞跃到其他星系了？
张双南：是的，人类飞行器的终极速度无法超越光速，因此飞跃到其它星系的希望是很渺茫的。当然，也可能有其它的我们目前还不知道的方法。利用虫洞是一个可能性，因为进入虫洞穿越不需要超光速，关键问题在于现在我们不知道宇宙中是否有虫洞，也不知道虫洞是否稳定，更没有利用虫洞的技术。如果目标稍微小一些，比如不是到其它星系，而是利用低于光速的飞船到银河系内的其它行星，可能性就稍微大一些，但是利用目前的航天技术无法做到，需要全新的技术，也许还需要新的科学原理。
大爆炸理论里的大爆炸开始的时间，已及后续时间里的宇宙变化，是推测还是计算出来的呢？
张双南：大爆炸开始的时间是通过一系列的天文观测的数据，结合我们的科学理论模型计算出来的，用不同的理论模型有可能会得到不同的结果。这实际上是我们理解自然的一般方法，您问的关于宇宙的其它情况都是如此。很多我们关心的情况，比如一些量或者参数不可以或者不太容易直接测量，需要通过观测或者实验测量其它的一些量或者参数，然后再结合理论模型进行计算，而有些计算的结果有可能以后被观测或者实验测量到，如果符合计算结果，就是对理论模型的支持，如果不符合，就需要修改理论模型。如果没有科学理论模型，我们就没有办法深入理解我们的宇宙和世界，而观测和实验又是推动理论模型发展的必要条件。
我国在贵州的‘观天巨眼’射电望远镜即将完工，它能看什么看多远？什么秘密有可能被解开？
张双南：这个500米口径的射电望远镜是世界上单面口径最大的射电望远镜，非常灵敏，当然能够看得非常远。比如，它能够看到100多亿光年远的的宇宙氢原子的辐射，而宇宙的年龄也就不到140亿年。看到并且仔细测量这么远的氢原子的辐射对于理解宇宙的演化极为重要。当然看得远并不是它的唯一能力，它也将搜寻可能来自于地外文明的射电信号，它也将能够发现大批的射电脉冲星，并通过精确测量它们的射电脉冲信号测量来自于超大质量双黑洞系统的引力波，这对于理解星系以及黑洞的演化非常重要。
编辑整理：甘蔗西西、Sol_阳阳 排版：甘蔗西西
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