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    天滅計劃

    June 25th, 2020

    這篇於2020-06-25在臉書發表

    (一)前言
    公元二一三七年。
    沒有所謂的反引力飛行車、沒有能在超空間跳躍的太空船、沒有星際航行、更沒有星球大戰。十四萬顆各式各樣的人造衛星在不同高度的軌道上執行不同的任務。相對科幻小說裡渴望的無止盡能源,實際上,人們的科技大躍進是在通訊上。立體高速實時通訊讓會議變得迅速有效,量子電腦伺服器讓所有手機和電腦變成終端機,所有運算都在伺服器上運行,就像兩百年前初期的電腦伺服器那樣。因此穿戴配件越來越小,也越來越精緻。每個人變成生物電腦,渾身上下都是電子穿戴物。
    公路上,磁浮車道代替了骯髒的柏油路,靠摩擦力來前進的橡膠輪胎變成了博物館裡的展覽品,大大減低了化學與噪音污染,也提高運輸速度。利用量子科技計算,所有的車子都是遠端全控式的,消除了人為的意外。
    人口已經突破飽和、空間越來越少,絕大部份的人都擠在狹小的空間,超過一公里高度的摩天大樓也越來越多,有的甚至超越二公里高,這大概是人類唯一感到自豪的成就吧。在這樣的高度,兩百年前電纜式的升降機已經不能有效的負荷這樣的高度,電纜本身的重量已經遠遠超過負載的重量,而輕而韌的納米管的穩定性在這樣的長度還是不可靠。平民式高樓的升降機主要靠氣壓操作,有氣壓機噪音、大體積及不穩定性問題。而高檔次的高樓則靠超導磁浮操作,無聲、穩定。
    貧富之間的差異變得空前的大。富人擁有數十代花不完的金錢,貧窮的家庭唯有把精神寄託在對他們噓寒問暖兼帶給他們希望的宗教上,導致生育率從未下降過。數百年來貧富之間的矛盾與衝突不但未曾間斷,反之還不斷的攀升,因此恐怖組織的成員變得空前的多。激進派的團體,宗教與否,採取的手段通常都會造成社會的動盪,但讓信徒以奉獻生命及濫殺無辜的手段這一點一直是所有政府都感到頭痛的事。
    過去數百年賴以生存的石油已經被開採得所剩無幾,都被強國政府囤積起來當軍事用途。太陽能的效益還是突破不了瓶頸,而且為了儲存太陽能源所製造出來的蓄電池造成二次污染。相對上世紀的核分裂技術,以核融合為基礎的高效率核子反應爐成了唯一乾淨的最佳替代能源,幾乎每個國家都有超過一台以上的核子反應爐。但也因此,核爆跟輻射污染已經是司空見慣的事了。地球上被限定為輻射區域的地點越來越多,人民也被逼搬遷到輻射潛在危險最低的地區。
    僧多粥少的情況下,大部份的食物幾乎都是合成的,人民的平均健康水平也開始下滑。地球上的森林幾乎都被夷平,變成一棟棟冷冰冰的建築物。
    一群科學家還是致力於研究在普羅大眾眼中是天馬行空的量子科學、弦理論、膜理論,以尋求逃離這宇宙的方法。雖然如此,科幻小說裡所提到的時光旅行完全沒有實現、反引力在我們的三維空間還是沒被證實、無止盡的能源還是沒被發掘、愛因斯坦相對論下的空間跳躍只能在量子尺度下證實,在人類尺度下還只是一個科幻小說情節。
    (二)國際太空站
    儘管民間哀嚎不斷、政治上也處於緊張的位置,然而強國與強國之間在科技上還是不間斷的緊密合作,並投入大量的資金。
    位於日內瓦的歐洲核子研究組織的粒子對撞機也來到了第四代。造價五千七百億美金,深入地底五十公里、直徑一百零二公里、周長達到三百二十公里的粒子對撞機在五年前開始籌備,希望能更進一步解開基本粒子的神秘面紗。
    二十八年前開始,國際間一致同意加強國際太空站的合作,啟動一項名為天滅計劃的長期合作計劃。不同於過往,這項計劃是在很低調的情況下通過。在一連串緊湊的研究下,突破了重重障礙跟限制,終於把長期處在四百公里高的近地軌道的國際太空站搬到了三萬公里高的同步軌道,僅低於三萬五千公里的墓地軌道。再利用軌道上負二百到正三百度的極端高低溫生產能源,並在超導科技下永續的運作。此外,太空站的設計運行壽命上限也提高到一百年,並且能無限的擴充。
    自此,各個國家都緊鑼密鼓的開發與發射各個部件。來到今天,國際太空站已經能負載六百人,糧食也足夠支撐三年。設計的最終目標是能負載三十萬人,六百人只能算是滄海一瓢。
    由於計劃的開支龐大,各國的人民開始鼓噪,畢竟這一大筆金錢如果能拿來建設國家,能造福不少的民眾,不少政權因此而易手。但奇怪的是,計劃沒有因此而被擱置下來。不但如此,還有加快的跡象。
    各種謠言應聲四起,人民不滿的情緒達到了高峰。示威暴動此起彼落,讓政府貧於應付。
    某日,國際間政府突然召開了為期三天的緊急高峰會議。所有軍警也接到命令而處於備戰的狀態。
    三天後,由聯合國秘書長代表同步向全球發言。
    (二)小行星帶
    離開地球,穿越火星,來到火星跟木星之間,有一個小行星帶,這區域上有多達五十幾萬顆大小不一的小行星,最小的可以是灰塵般大小、最大的直徑大約九百五十公里。天文學家在公元一八零一年發現小行星帶時,掀起了一陣傳說,說這是人類最初居住的太陽系第五科星球,因為人類之間的戰爭而被摧毀,碎裂成為一顆顆的小行星。而一部份人類在這第五顆行星被摧毀之前逃離到地球,建立了文明。後來還牽涉入瑪雅文化,言之鑿鑿的說這是人類來自第五顆行星人的證明。
    後來科學家當然排除了這個說法。研究證明小行星帶上的小行星在太陽系成行初期就已經存在,但由於它們處於太陽跟木星引力影響區之間,木星的攝動讓小行星帶上的小行星自生的引力聚集不起來成為行星。
    (三)近地天體
    在上兩個世紀一九八零年代,在收集了大量資料後,科學家一致同意恐龍大滅絕是因為被一顆直徑十到十五公里的小行星撞擊。自此科學家識意到,直徑超過一公里的小行星撞擊地球會造成很大的破壞力。因此開始監視所有直徑超過一公里的近地天體。
    所謂近地天體,就是在距離地球一點三天文單位,約二億公里,以內的太空物體。
    (四)聯合國秘書長演說
    三十年前,科學家發現小行星帶的小行星的軌道開始變得不穩定。由於某種未知緣故,不少小行星開始互相撞擊。在互相撞擊之下,有些體積較小的小行星被拋離小行星帶,有些則被體積較大的小行星吸收。大部份被拋離小行星帶的內緣小行星都被火星的引力牽引,掉到火星去。
    而小行星帶內緣的一顆直徑十五公里,名為匈牙利 434的小行星,距離地球約一點八天文單位,或三億公里,則逃過了被火星捕獲的引力範圍,朝地球飛來。
    儘管緩慢,匈牙利434在過去的三十年來,朝地球推進了好一段距離,已經達到到達一天文單位,或一點五億公里的距離。
    科學家通過模擬計算跟監視,匈牙利434撞擊地球的機率達到百分之六十三。而即使到今天,還沒有一個科技能阻止這一個悲劇的發生。
    因此,各國政府合作開啟了一項天滅計劃。
    天滅計劃其實隱含了三個子計劃,名為天宮計劃、天刃計劃、以及天舟計劃。
    天宮計劃是公開讓普羅大眾知曉的國際太空站計劃,藉以轉移焦點。
    天刃計劃是以發射火箭到太空站為藉口,把含有核子彈頭的導彈讓太空船帶到匈牙利434上方引爆,以期改變匈牙利434的航道,但目前證實效果其微。有一部份科學家建議直接炸了匈牙利434,但這方案不被接受,背後的原因是核彈不足以將匈牙利434炸碎,而被炸裂的碎片會對地球帶來更多的威脅。
    天舟計劃,是計劃裡最後的計劃,把有能力改變世界的三十萬人集聚起來送到太空站去。在這個高度能把撞擊的衝擊波減低。撞擊的兩年後,當地表環境回复到適合人類居住的時候,這三十萬人就可以再度回到地球上重建人類文明。
    但把三十萬人送回地球不是一個簡單的數學,最基本是地球上必須有相應的平台,否則無異自殺。其中的關鍵就是這第四代粒子對撞機。各國政府致力投入大量金錢不是為了粒子對撞機,而是背後不對外公佈的功能。它的基本功能是地下防空洞與儲存倉。科學家把所有建設文明所需的材料都秘密運往這環形防空洞。由於這個原因,防空洞只能容納二千人。
    那為甚麽不直接造一座能容納三十萬人的防空洞?
    其中一個原因是因為天刃計劃,科學家期望能一石二鳥。如果成功改變匈牙利434的軌道,那就不需要執行其他的子計劃了。
    另外一個原因是地下防空洞有一定的危險性,比如地表空氣的污染滲透。在最糟糕的情況下,地下防空洞只能留下五十人在防空洞裡的緊急倉。科學家在防空洞某處已經建妥三艘火箭及平台,在必要的時候這五十人必須能操作這些火箭,依照名單次序到太空站把人接回來。
    但如今這個計劃面臨最大的難題就是執行的速度不夠快,而小行星匈牙利 434 的速度則在不斷增加,本來預計十二年後才會撞擊地球,現在被更正為五年。以這樣的建設速度,五年後太空站的容量提升只能負載六萬人,比目標中的三十萬人少太多。
    而秉持著所有人都有知情權的原則,聯合國最後決定公佈這個消息,讓所有人自行決定如何渡過未來的五年。
    (五)毀滅
    此後,絕大部份人民自我放逐。短短三個月時間,原本就相對頹廢的社會變成弱肉強食的原始森林。宗教勢力進一步強大,大家都抱著姑且一試的心態加入宗教團體,以讓心靈好過一些。
    幾乎沒有人從事生產,因為已經不必要了。自殺率、搶劫謀殺率大大增加。
    天滅計劃在軍方滴水不漏的保護下仍舊照常執行。所有被選中的精英已經被集中起來,火箭也不斷的升空。
    四年過去,匈牙利434已經能以業餘望遠鏡辨認到了。
    宗教團體因為互相攻擊而變得支離破碎,朝匈牙利434膜拜的、朝太陽膜拜的、信我者生的、極樂世界等著你的、莫宗一是。眼見匈牙利434的體積在視線裡逐漸變大,宗教卻無能為力,信徒開始失去耐心與信心,開始暴動,群起攻擊的攻擊、自殺的自殺。
    離小行星撞擊還有五個月,但地表早已滿目瘡痍。一百四十億人口的地球在短短四年間剩下五十億。
    (六)聯合國報告
    公元二一零七年。
    機密:天滅計劃
    匈牙利434小行星在公元二零四一年劃過地球,撞擊地球的機率是零點零三。
    地球人口目前一百二十億人,已經遠遠超過地球能負荷的一百億頂限。全世界政府強制的人口計劃在宗教團體的反對下更本無效。統計顯示五十年後地球的人口會增加到一百七十億,糧食水源根本不夠分配。
    目前全世界有九千七百台核子反應爐,由於維修費昂貴,超過百分之四十沒有良好維修,是地球潛在的危險。在未來五十年,反應爐數目會增加二倍,根據過往記錄,爆炸的危險增加八倍。
    總結:地球在五十年內自我毀滅的機率是百分之六十三。
    解決方案:為了拯救地球的未來,如今恰好碰上匈牙利434劃過地球,專案小組提出了能在短期內迅速減少人口的天滅計劃。。

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    國能電費單

    June 17th, 2020

    這篇於 2020-06-17 在臉書發表

    結果還是寫了。。
    電費暴漲嗎?大家都向國家能源局投訴,還要求半價折扣。人云亦云、還是貪小便宜?
    既然在行動管制之前沒人投訴,那表示電錶讀數應該沒有問題。
    問題在於計算方式?全部疊起來一起算是暴漲的原因?
    完全錯誤。
    我看過電費單,計算方式不但對用戶非常合理,而且還有折扣。問題在這折扣不是跟著用量等級(tier)來計算,而是以總用量來衡量:
    0-200 kWh 折扣 50%201-300 kWh 折扣 25%301-600 kWh 折扣 15%> 600 kWh 折扣 2%
    再強調一次,是 總用量,沒有分等級。
    比如總用量是 600 kWh 的話,所得的折扣是 15%,並不是 (200 x 50%) + (100 x 25%) + (300 x 15%)。
    這樣的機制是典型『劫富濟貧』的方式,即用得越少,折扣越高。當然,前提是假設用電量多的都是有錢人。
    真的是這樣嗎?
    是的。
    家用電器中,耗電量最高的是冷氣機,或在溫帶國家說『空調系統』。熱帶國家只有冷,沒有熱,所以『冷氣機』是正確的說法。就像冰箱、雪櫃,不說成『空調箱』一樣的道理。
    我們常說的1馬力(horse power)冷氣機相等於 0.746 kW。也就是說,讓冷氣機不停工作1小時,總電量是 0.746 kWh。一天開足10個小時就是 7.46 kWh。
    但是,冷氣機不是長時間都開足馬力的。傳統冷氣機的壓縮機在達到設定的溫度時會停止運轉,直到溫度回升時又再度運轉。這樣的設計當然是為了省電,因為一般交流電(Alternating Current,AC)壓縮機的速度是基於 50/60 Hz 的電源頻率恆定運轉的。但如果這一開一關的次數變得頻密的話,反而會增加用電量,因為壓縮機啟動時所需的電量是非常高的,再者這也會減低壓縮機的壽命。
    由於以上原因,傳統冷氣機操作的環境溫度波動幅度比較大,比如設定溫度是 25 度,但實際波動可能是 24 到 26 度之間。這讓使用者感到不舒服,進而把溫度設定得更低。
    新穎的變頻(inverter)冷氣機在這一方面有優勢,因為它不利用電源的頻率,而是自生頻率來控制壓縮機運轉的速度。當環境溫度接近設定溫度時,壓縮機運轉就變慢,但不會停止。反之壓縮機運轉就增加。這樣一來,溫度波幅就不會太大,在 1 度之間。這樣一來,使用者就會覺得比較舒適。
    但這些都是功能的設計,以達到紙上談兵最優化的效果。而事實上,使用者的用法才是決定總耗電量的關鍵。用法錯誤並不會讓變頻冷氣機變得比傳統冷氣機省電。
    首先,當然是使用時間。長時間使用當然比短時間使用來得耗電。
    然後就是冷氣機馬力的選擇。
    空間太大使用太小馬力的冷氣會造成冷氣機因為達不到設定溫度而不停的運轉。
    馬力太大的冷氣機其實也不一定就比較好。這裡牽涉到另一個關鍵詞『濕度』(humidity)。
    濕度是讓我們覺的黏嗒嗒的重要因素。在同樣溫度(乾球溫度,dry bulb temperature。為了文章簡潔,這裡先不談)下濕度越高,人就會覺得越悶熱。我們說的『乾爽乾爽』就是這個原因,空氣濕度低(乾),人會覺得比較爽.
    冷氣機不但抽取熱氣,同時也把空氣中的濕度抽離。馬力過大的冷氣機把溫度很快降低到設定溫度之後就停止運轉,這讓濕氣有時間重新回升,造成不乾爽。
    再來是溫度的設定。25 度跟 24 度有差嗎?當然有。室內跟室外的溫差是造成溫度上升速度的原因。溫差越大,上升速度越快。當室外是 30 度,室內是 25 度,那 5 度的溫差跟當室內是 24 度時的 6 度溫差相比,當然是 24 度時的溫差上升速度比較快。
    你在說甚麽。。。
    換句簡單的說法,室內室外的溫差越大,冷氣機需要運轉得更頻密,耗電量也更大。這耗電量是不是線性的,而是指數性增長。
    白天跟夜晚的耗電量當然也不一樣。由於白天有日照,溫差相對大,室內溫度上升的速度比越晚快許多,冷氣機要抽取的熱氣也相對多。
    說了那麼多,還沒有看到重點。。。好吧。
    由於太多不確定性,室外溫度、設定溫度、空間大小、冷氣容量、變頻傳統、白天黑夜、日照方位、等等,不可能計算得出準確的用量,不過一個粗略的估計還是可以的。
    上面說過了,1 馬力的冷氣機每個小時耗電量是 0.746 kWh。假設溫度設定 23 度,冷氣機實際工作時間為 90%
    假設1天開足 10 小時,總耗電量是 0.746 x 10 小時 x 90% = 6.7 kWh。
    每個月30 天,總耗電量大約是 200 kWh。
    如果不計算冷氣機的話,一般家庭的每個月耗電量不會超過 300 kWh,屬於第二等級(Tier 2),也就是基本電費不會超過 RM77,看最後的附錄吧。
    假設一個家庭每個月的電費是 RM300,該家庭的耗電量是處於第3等級(Tier 3),也就是說每千瓦時(kWh)的費用是 RM0.516。換算起來就是:
    每開足一小時的費用是 RM0.516 x 0.746 x 90% = RM0.35
    每開足一天(10小時)的費用是 RM0.35 x 10 = RM3.50
    每個月的費用就是RM3.5 x 30 天 = RM105。
    如果每月電費處於第5等級(Tier 5),那麼冷氣每小時費用相對是 RM0.43,或每個月 RM116。
    為了便於計算,我們粗略的簡化成:
    (a) 1馬力的冷氣機一小時的費用是 RM0.35。(b) 1馬力的冷氣機每天十小時,每個月電費是 RM100。
    不難記吧?
    在行動管制期間大家都在大開特開,夜晚開、白天也開,而且開的還是客廳那 2.5 馬力的冷氣機。不但如此,客廳空間也相對大、溫差也比夜晚大得多,耗電量大許多。但大家還是開得不亦樂乎、樂不可支,一直到收到電費單的那一刻。。。
    1.5 馬力的冷氣費用當然是以上乘與 1.5 = RM150,2.5馬力乘與 2.5 = RM250。
    所以,在向國能投訴之前,看看自己比平常開多了幾小時的冷氣吧。
    以下是附錄:
    一台 500L 左右的冰箱,除非每 5 分鐘開關冰箱門一次,要不然每個月的耗電量也不會超過 100 kWh。
    一台 750w的熱水機也不是長時間處於 750w 的狀態。除非喝水頻密,要不然它的平均耗電量不超過 20%,也就是每個月大約 50kWh。
    洗澡的熱水器倒是相當耗電,因為要很快的把水熱起來。一般連泵的設計大約是 4kW,不過當然那是開到最高溫度的耗電量。一般實際耗電量大約 1kW。假設每次使用15分鐘,一般4個人家庭的用量,每個月大約 30 kWh。
    一般風扇最大功率大約是 150W。一般只開一半的風量,就是 75W。2盞風扇每天開足10小時,每個月的耗電量大約為 50 kWh。
    電磁爐一般大約 3 kW,但實際耗電量大約30%。假設每天使用1小時,每個月大約 30kWh。
    現在還有人用40W的燈泡嗎?假設5盞 18W的燈每天開足10小時,每個月耗電量大約為 30kWh。
    洗衣機的耗電量其實不多。平均一台洗衣機的最大功率是 400W,運轉一次大約為一個小時。除非有熱水功能或清洗最大負載量,要不然它的耗電量不會超過 40%,也就是160 Wh,每個月大約是 160 Wh x 30 天 = 5 kWh。
    其他零零總總算 5kWh。
    以上合計 300 kWh,Tier 2 的界限,總數RM77。
    用那麼多電才 RM77,你還抱怨甚麽?

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    力力力力

    June 11th, 2020

    這篇於 2020-06-09 在臉書發表

    說說宇宙四個基本力(force)。

    電磁力(electromagnetic)、重力(gravity)、強核力(strong nuclear force)、弱核力(weak nuclear force)。

    相信嗎?整個宇宙就只由這四個基本力在粒子間產生的相互作用而建立起來的。

    電磁力之前談過了,包括我們所說的光在內的都屬於電磁力。

    重力就是我們熟悉的地心引力,在愛因斯坦的相對論裡佔了很大的角色。在相對論之前,毫無質量的光子(photon)是不會受重力影響的。相對論基於等效原理(equivalence principle)改變了這個觀念。在相對論裡,重力彎曲了物體周圍的時空,光子就在這個彎曲的時空運行。

    岔開題目說一下,等效原理是指在局限的區域內,重力跟慣性(inertia)是相等的。舉個簡單的例子,當一艘太空船以相等於地心引力 9.8 m/s2 的加速度飛行時,船艙內的太空人分辨不出到底是地心引力還是慣性的作用,兩者之間是相等的(雖然事實上不然,兩者之間還是有差別的,有機會再談)。

    再岔開一下,2012年在 CERN 的強子對撞機(LHC)撞出來的『神的粒子』(Higgs Boson)證實了宇宙中所有粒子質量(mass)的來源,而光子和膠子(Gluon,把基本粒子夸克,Quark,結合起來形成質子跟中子的粒子)是兩個對希克斯場(Higgs Field)沒有反應的粒子。

    原子是由帶正電的質子(proton)跟帶負電的電子(electron)組成。質子跟中子(neutron)集中在原子核(nucleus)內,強核力是負責把原子核裡的中子與質子困綁在一起。由於質子之間同性相斥,如果沒有強核力,原子核就不能存在,也就沒有所謂的原子,這個世界也就不會存在。但是強核力的有效距離很短,所以影響不到電子,要不然電子會被吸到原子核,這世界也不會存在。而在原子序大於 82(也就是鉛) 的元素裡,由於原子核體積太大,強核力變得比質子之間的電磁排斥力弱,原子核開始變得不穩定。
    弱核力比較不容易了解,但它就是碳-14 定年法背後的功臣,也是廣島原子彈,核裂變(nuclear fission),由理論變成日本人夢魘的原因。

    弱核力,顧名思義,非常微弱,只能在近距離下作用,比如把中子(neutron)變成質子(proton),這就是衰變(decay)的成因。

    弱核力跟其他力有著顯著的不同,它是唯一不遵守CPT(Charge,Parity,Time)守恆定律的力。也就是正負電荷(C)、旋轉方向(P)、時間流向(T)都不對稱。

    在華人世界名氣很響亮的兩位理論派物理學家楊振寧跟李政道,就是在 1956 年的論文裡質疑弱核力的 P(宇稱,我想破頭也想不出為甚麽翻譯成這個詞)不守恆而榮獲諾貝爾物理獎。而在 1957 年通過觀察鈷-6(Cobalt-60)的衰變實驗證實這一點的是吳健雄女士,但很可惜卻沒得到甚麽獎項,這令實踐派科學家相當不滿,因為他們總是認為實踐派的功勞比理論派高。

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    談談超空間

    June 2nd, 2020

    這篇於 2020-06-02 在臉書發表。

    談完外星人,談談超空間。

    到底有沒有超空間、或平行宇宙,的生物存在?

    來看看科學無聊、缺乏想像力嗎。

    超空間就是在我們三度(或說三維)空間之外的空間。

    三維,通俗來說是指長、寬、高組成的定位系統。基本上我們存在的宇宙的任何一個點都能以三維來定位。

    愛因斯坦顛覆了這個概念,他把時間當成第四個概念,所以我們有了四維時空(space-time)。

    幾乎所有物理學家都相信宇宙中的四個基本力,電磁力(Electromagnetism)、強作用力(Strong force)、弱作用力(Weak force)、重力(Gravity),都是統一的,稱萬有理論(Theory of Everything, ToE)。但到目前為止科學家只成功統一了除重力之外的三個力。

    在 1921 年發表的卡魯扎-克萊因理論(Kaluza–Klein theory)裡,為了統一重力跟電磁力而加入第五空間。但很抱歉的,想要移居到這個第五空間是完全不可能的。在這理論裡,第五空間彎曲或捲成一個直徑為10的負30次方的空間,超越任何科技所能探測的極限。

    在弦理論(String Theory)裡,空間有 10 維度,在M理論(M Theory)裡,空間有 11 維度,在玻色弦理論(Bosonic String Theory)裡,空間維度更進一步提高到 26 維度,才能把程式中的不一致性消除掉。

    這些高維度空間(Hyperspace)存在於數學方程式裡,導出符合我們三維空間(或四維時空)所觀察的結果,不直接表示這些高維度空間以跟我們的世界一樣的形式存在著。

    在弦理論裡,這十維的空間在早期分裂成兩個部份,一個是六維、另一個就是我們身處的四維空間。這斷裂的一大片六維空間也被捲成了非常小的空間,連原子也塞不進,更甭談住人。
    所以在這些理論裡,這些高維度空間都存在你我左右,只是我們觀察不到。

    在弦理論中,弦是非常微小的,在普朗克常數(Planck’s Constant,10的負34次方)尺度範圍裡。而在 M 理論裡,這些弦卻可以張開成無限大,變成一片片的『膜』(所以有說 M 就代表『膜』,Membrane,但它的創立者愛德華·維騰,Edward Witten,卻保持神秘),在高維空間裡漂浮擺動著。當兩片鄰近的膜擺動得太靠近而相撞時,就會創造出一個低維度的宇宙,我們宇宙的大爆炸(Big Bang)就是在這個前提下產生的。

    所以無數的宇宙在高維度空間裡一直不斷的被創造出來,就像肥皂泡沫一樣。每一個被創造出來的宇宙都有著一套不一樣的常數,大部份的常數導致宇宙很快的癱縮或過份膨脹而消失,只有很少的宇宙能保持比較長久一點的時間,就像我們身處的宇宙。而連接這些宇宙的只有超空間,所以宇宙之間的通行(或通訊)在量子尺度裡或許有一天能辦得到(還是非常非常困難的),但想要跨越超空間到另一個宇宙去旅行,在人類尺度裡是辦不到的,因為所需的能量是整個宇宙。

    在科學精神下,弦理論和M 理論或許永遠不能被證實。因為在超微小的量子界,所有的觀察活動都會直接影響被觀察的的對象,進而影響觀察結果。量子物理學創始人之一維爾納·海森(Werner Heisenberg)在他的測不准原理(Uncertainty Principle)就已經提到了。

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    談談外星人

    May 24th, 2020

    這篇於 2020-05-24 在臉書發表。

    談談外星人。

    外星人存在嗎?

    不是你我坐在茶餐室口沫橫飛大談『我認為外星人存在的可能性是xxxx』的那種,一般上科學家對這種問題的態度是『大膽假設,小心求證』。

    但是。。。!

    1961 年德國天文學家家法蘭克·德雷克(Frank Drake)提出了一條推測銀河系內外星人可能與我們通訊之文明數量的公式,被稱為德雷克公式(Drake Equation),看圖一。


    圖一 雷德克方程式
    https://en.wikipedia.org/wiki/Drake_equation#Range_of_results
    1. 銀河內恆星形成的速率,R*
    2. 該恆星有行星的可能性,Fp
    3. 該行星有可能發展出生命的平均數,Ne
    4. 該行星發展出生命的可能性,Fl
    5. 該生命演化出高智生物的可能性,Fi
    6. 該高智生命能夠進行通訊的可能性,Fc
    7. 該通訊時間的窗口,L

    顯而易見的,這條方程式並不很嚴謹,因為以上這方程式裡的所有變數的估計值誤差範圍太廣,導出的答案也失之千里。比如德雷克本身推測這些值為:

    1. 每年都會有1顆新恆星形成
    2. 0.2 到 0.5 的恆星會有行星
    3. 這些恆星有 1 到 5 顆行星有可能發展出生命
    4. 100% 的以上行星都發展出生命
    5. 100% 以上的生命都演化出高智生物
    6. 0.1 到 0.2 的高智生物能夠進行通訊
    7. 該通訊的窗口介於 1 千年到 1億年之間。

    答案的最低值為 20 顆,最高值為 5 千萬顆能跟我們通訊的高度文明行星。但可以看出以上除了(1)和(2)之外的值基本上都是根據自己喜好的、很粗略的、不著邊際的假設。

    即使以目前最新的估計值,導出來的答案還是介於 0.00000000000091(基本上表示地球是唯一有高度文明的行星)到 15,600,000 顆之間,跟茶餐室胡說八道的數字沒有差別。

    德雷克本身解釋了這條公式的用意是為了拋磚引玉,促進更多關於外星人存在性的討論,其本身並沒有學術上的價值。

    要注意的是,這方程式並沒有考慮相對人類文明(有能力檢測外太空電磁波)的窗口。舉個例子,假設有符合德雷克方程式的外星人存在,但在 135 億年的漫長銀河系歲月裡,他們或許在地球還沒進入文明之前就已經毀滅了。也就是說,實際上有外星人的行星或許遠比德雷克方程式所預測的還多。

    但是。。!

    比雷德克方程式所預測的還多並就不令人振奮,任何數字乘以 0 結果還是 0,這是最悲觀的結果。

    拋開雷德克方程式不說,我們的科學家們到底對外星人的存在探討得怎樣了?

    有個叫搜尋地外文明(Search for Extra-Terrestrial Intelligence,SETI)的計劃,德雷克就是首個完成 SETI 實驗的天文學家。

    1977 年,美國天文學家傑里·R·埃曼(Jerry R. Ehman)檢測來自人馬座的訊號,發現了一組明顯不屬於雜訊的電磁波,就是出名的 Wow! 訊號。這是目前史上唯一檢測到的符合來自地球之外的訊號模式。看圖二。

    圖二 Wow! 訊號
    https://en.wikipedia.org/wiki/Wow!_signal#/media/File:Wow_signal.jpg

    此外 SETI 還啟動了 SETI@home 的計劃,利用自願者自家電腦來幫助運算。

    今年初,SETI 發佈了 2,000 TB(2後面加15個0,相等於 8000 台 256GB 手機的容量)的檢測資料,結果當然還是是零。
    銀河系有大約 1,000-4,000 億(100-400後面加九個0)顆恆星,科學家也在目前科學限制下發現了大約47顆位於『宜居帶』,Goldilocks zone,附近的類似地球的行星。

    甚麽是『宜居帶』?科學家相信外星生物的演化很大可能性跟地球生物沒有多大差別。

    首先是碳。前一陣子說過,碳是宇宙中最有彈性的元素,可以結合成不同的,由簡單到複雜的,分子。由於不需要在質量非常大的恆星爆炸中產生,碳在宇宙中也是相對豐富的。

    其次是要有大量的液體,因為液體是孕育生命的溫床。記得在化學實驗室裡拿著試管晃呀晃的嗎?元素在液體中融合的機率比在氣體或真空中來得有效。宇宙中含量最多的就是氫跟氧結合成的水(H2O)。

    雖然說液體不一定非得是水,液態氧、液態氮,等也是液體。但是由於這些元素跟碳碰不出甚麽火花,所以孕育生命的可能性相對非常低。而水分子中的氫跟氧元素則能跟碳產生不同複雜的分子,從而提高產生生命的可能性。

    既然水是那麼的重要,那麼行星的表面溫度不能太高或太低。溫度太高水都蒸發成氣體,溫度太低變成固體冰。這決定了行星跟恆星之間的距離,太靠近或太遠都不能讓水維持在液體狀態。

    再者,行星的體積不能太小,因為需要足夠的引力牽引着水,防止水氣流失到外太空。

    這範圍之內就是宜居帶。看圖三。

    圖三 宜居帶
    https://exoplanets.nasa.gov/internal_resources/154

    凡事都有列外,當然,統計學上它的可能性,無論多麼渺小,還是存在的。但即使在符合所有條件下的行星上都找不到外星人存在的證據,宜居帶之外的行星目前都不是科學家著重的地方,畢竟研究也需要經費。

    對了,火星處在宜居帶外圍,過去也曾有水的證據,很有潛力成為第二個地球,所有科學家正在探討將火星改造成適合人類居住的星球。

    到時人類的後代就是名副其實的火星人了。

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