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测量宇宙
价值中国推荐 2018-05-08 17:06 小康2017年第12期 解读此文 收藏此文

  日地距离就是测量恒星距离的尺子,这样,天文学家能够测量数亿亿公里,这些数亿亿公里后来成为更大的尺子,我们丈量宇宙的过程,也是人类利用工具和大脑不断延伸我们能力的过程。

  文|李淼

  使用工具让人类的发展与地球上其他物种完全不同。旧石器时代,那些看上去和普通石头差别不大的石头工具成为人类手的延伸,后来的金属工具也是如此。轮子的发明,让人类的腿有了延伸。科学理论的发明,让人类的大脑也有了延伸。事实上,从人类使用语言交流起,我们的大脑就有了延伸:我们从别人的经验那里丰富了自己的大脑;我们用语言讲述一些故事,构筑自然现象的解释,都让我们的大脑延伸了很多倍。


  进入计算机时代,人类大脑的延伸更是难以想象,现在最快的计算机每秒的运算速度可以达到亿亿次级别,这是全人类加在一起花很多年才能完成的计算。正是因为如此,阿里巴巴和京东在“双十一”才可以完成海量的交易。

  最近一段时间,时常有一些关于人工智能和量子计算机的消息,有些消息可靠,有些不可靠,但人们常常将这些消息解读为对人类构成的威胁。事实上,轮子发明之后,人类的腿并没有受到威胁,相反,我们的双腿被解放出来了。我们的大脑并没有因为科学理论的发明和计算机的出现发生退化,一切工具,只不过是我们自己器官的延伸。

  可以看到,人工智能也好,量子计算机也好,它们的出现也仅仅是我们自己能力的延伸。

  接下来谈谈人类是如何发现我们身处的宇宙的尺度的。我们丈量宇宙的过程,其实也是人类利用工具和大脑不断延伸我们能力的过程。首先,人类在古代时期已经发现地球是球状这个事实,比如说,古希腊的亚里士多德在《论天》中就用几种办法论证地球是球状的,其中最简单直观的办法是,我们在大海上眺望,如果远方有一艘船出现,一般是先看到船上桅杆的顶端,然后,整个桅杆和船身才出现。这个现象说明大海的表面是弯曲的,而远方的船只要足够远,我们就会看不到。

  后来,一位在亚历山大图书馆工作的古希腊哲学家埃拉托色尼测量出了地球的直径。他是怎么测量的?很简单,两个位于地球表面上不同地点的建筑物,只要和地面垂直,就会有一个夹角,这是因为地球的表面是弯曲的。测出两地的太阳光与当地建筑物之间的夹角,这个夹角和两地的距离,就能告诉我们地球的直径,这是几何学原理。埃拉托色尼得出的地球周长非常接近四万公里。

  当然,现在我们有更加直接的方式测量地球周长,因为我们可以在大约两天内周游地球一圈。

  古代人有了地球周长的知识之后,下一步就是测量太阳与地球的距离。这个结果我们现在都知道了,大约是1.5亿公里。这个数字是地球直径的一万余倍。第一个测得太阳和地球距离的人是怎么做到的呢?毕竟,我们既没有那么大的尺子,也不可能坐飞机飞向太阳(当然,现在的航天器是可以飞出更加遥远的距离之外了)。

  天文学家发现,当金星位于太阳和地球之间时,我们会看到金星凌日的现象。在地球不同的地方看金星凌日,也会产生一个微小的夹角。尽管很多天文学家知道这个方法,直到十九世纪,美国天文学家纽康才测出了太阳和地球之间的距离。

  有了日地距离,我们就可以测量一个比较遥远的恒星的距离了。日地距离就是测量恒星距离的尺子,测量的方式还是几何学原理。这样,天文学家能够测量数亿亿公里。

  这些数亿亿公里后来成为更大的尺子,利用这些尺子和物理学原理,天文学家慢慢地发现,银河系居然有十万光年大小,而整个宇宙有四百亿光年那么大。
责任编辑:Karen
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