圣奥古斯丁在公元 400 年问过一句话:时间是什么?
没人问我的时候我很清楚,可一旦有人要我解释,我就茫然了。
1600 年过去,爱因斯坦说时间是幻觉,约翰・惠勒说时间是防止所有事同时发生的东西。
今年 BBC 世界服务频道做了一期《Inside Science》,用 27 分钟聊了 4 件和 "时间" 有关的硬核事。
全是干货,一件比一件震撼。
一、日本要从火星带 10 克 "土特产" 回来日本时间周二凌晨 4 点 41 分,一枚火箭从种子岛宇宙中心升空。
目的地是火星。
人类往火星发过的探测器不少,但这一次有个关键不同:它打算回来,而且要带回起飞时身上没有的 10 克物质。
具体说,是从火卫一(福博斯)上采一小袋尘埃。
降落过程中,还会在火卫一表面留下一辆小漫游车,名字取自《高卢英雄历险记》里那条狗。
任务名叫 MMX,全称 "火星卫星探测任务",由日本主导。
科学团队成员娜奥米・默多克说,火星卫星的起源至今是太阳系未解之谜,这次采样就是奔着答案去的。
很多人觉得去火星已经不是新鲜事,各种漫游车都跑了好几年了。
但采样返回完全是另一回事 —— 从别的星球再把东西带回来,工程难度上了好几个量级。
好消息是,日本人有经验。隼鸟号、隼鸟 2 号已经从小行星上成功采样返回过两次。
MMX 就是把这套技术搬到火卫一上。
火卫一有个棘手问题:重力太小了,只有地球的 1/1500 到 1/2000。
车开起来靠牵引力,牵引力来自重力把车往下压。火卫一上几乎没重力,车轮根本抓不住地面。
这辆叫埃迪菲克斯的小漫游车只能以蜗牛速度挪动,100 天寿命里目标也就走几十米,最多 100 米。
它在表面干的事也很基础:摸摸表面是软是硬,颗粒多大,会不会陷进去。
这些数据全是给主航天器的着陆采样打前站。
人类从来没近距离看过火卫一,现有图像分辨率极低,谁都不知道降下去会碰到什么。
主航天器降落之后,会用不同采样机制取好几个样本,然后起飞,回环火卫一轨道。
那埃迪菲克斯呢?
它就留在火卫一表面了。
因为所有和地球的通信都靠主航天器中继。
等主航天器离开火卫一、飞去探测火星另一颗卫星火卫二的时候,埃迪菲克斯就彻底和地球断了联系,孤独地终结在那颗小卫星上。
为科学的牺牲。娜奥米说得很坦然:但这是人类第一次在这种低重力天体上开轮式车,光这一点就值回票价。
MMX 预计 2027 年 8 月抵达火星系统,2028 年底部署漫游车,整个任务周期五年。科学家们还要焦虑地等好几年。
二、"一秒" 要被重新定义了,精度夸张到什么程度?上周国际计量局投票,决定废除闰秒。
这事可能普通人没概念。闰秒是 1972 年发明的,目的是让我们的时钟和地球自转保持同步。
地球自转速度会忽快忽慢,不隔三差五拨一下,时钟就会和太阳在天空的位置对不上。
从 1972 年到现在,一共插过 27 次闰秒。
现在的决定是:不调了。让时钟和天文现实脱钩,脱到差整整一小时再一次性校正。可能是几百年之后的事。
为什么敢这么干?因为我们定义时间的方式早就变了。
现在一秒的定义,来自铯原子:用微波激发铯原子,9,192,631,770 次振荡就是一秒。这套定义已经能把一秒测到十亿分之一秒以内,平均时间拉长还能更准。
但物理学家还不满足。
BBC 去了英国国家物理实验室,那里有一批光原子钟,精度比铯钟高 100 倍。
为了让大家理解这个精度有多夸张,研究员蕾切尔・戈德温举了个例子:实验室地板上有一颗螺丝钉,他们连这颗螺丝钉的海拔高度都要测,误差不能超过几厘米。
原因是爱因斯坦的广义相对论 —— 时间在不同重力势下流逝速度不一样。钟放高一点、放低一点,频率就有差异。要和别的实验室的钟比,必须把高度差算进去。
更离谱的是月亮的影响。
大家都知道海洋潮汐,其实固体地球也在潮汐里 —— 整个地面每天因为月球引力上下波动 50 厘米(峰峰值)。光钟准到必须把这个形变算进去。
这种精度有什么用?
目前直接应用确实不多,没人会在日常生活里把一秒要求到小数点后 18 位。但科学家已经用光钟对狭义相对论做了限定,还用它搜寻暗物质、研究暗物质和普通物质的耦合方式。这些都是以前根本做不到的测量。
为什么叫 "光" 钟?因为激发原子用的不是微波,是光频。光的频率比微波高得多,相当于钟的 "滴答" 快了几百亿倍,能把时间切得更碎,精度自然上去了。
国际科学界已经定下目标:2030 年正式重新定义秒。
蕾切尔说了句很有意思的话:如果改完定义之后有人能察觉出差别,那说明我们没做好。重新定义的全部意义,就是在实验室里把一秒造得更准,普通人根本感觉不到。
三、数学家们集体 "起义":1000 多人加入反 AI 联盟数学界最近几个月被 AI 炸得底朝天。
纳维 - 斯托克斯千禧年大奖问题被 AI 解了,几百篇关于数学开放问题的论文一口气冒出来。 field(菲尔兹奖得主)们都在感叹变化来得太快。
但问题也来了:很多 AI 给出的解根本没经过验证。就算验证了,证明过程也是 AI 式的、人看不懂的那种。
这周爆出一个大新闻:超过 1000 名数学家加入了一个组织,名字起得特别直白 ——"人类数学协会"。
入会要承诺若干条款,大致分两派。
一派是 "强硬派":完全不用 AI。 另一派是 "温和派":不为 AI 公司工作,写论文、写教材的时候不用聊天机器人。
动机五花八门。有人提 AI 耗电的环境成本,有人担心饭碗。但最核心的一条是哲学层面的:数学是一种创造性的、本质上属于人类的事业。
主持人汤姆・惠普尔的评论很中肯。他说他对这些人抱有深切同情 —— 证明定理那一刻,你意识到某个东西一直是真的、永远是真的,而你作为一个人发现了它,这种感觉太美了。
但他又忍不住觉得,这些人有点像当年拒绝织布机的胡格诺派织工,等于在签自己的淘汰协议。
佩妮・萨切特接了一句:"如果不从解题的过程里有所收获,那解出来又有什么意义?" 这个论点到底站不站得住,她自己数学也不够深,但听起来很有说服力。
这期节目里还提了一个让人后背发凉的隐患。
菲尔兹奖得主彼得・舒尔茨最近说:现在最让他担忧的是密码学安全。破解标准密码协议本质是个数论问题,而以他的眼光看,这个问题的难度并没有显著超过当前 AI 的能力。
大家以前都担心量子计算机来搞崩互联网,结果 AI 先杀到了。
四、人类无意中叫停了下一个冰河世纪这个发现最颠覆认知。
联合国环境规划署本周刚警告:不使劲干,人为升温就要冲到 1.8℃。但很少有人知道,如果地球顺其自然,它现在其实正在缓慢变冷 —— 非常非常慢。
《科学》期刊这周发了一篇论文,说向新冰期的冰川推进,大约 2000 年前就已经启动了。
研究对象是巴芬岛上的巴恩斯冰盖。它是当年覆盖整个北美的劳伦冰盖最后一点残余。2 万年前劳伦冰盖厚到相当于全球海平面 70 到 80 米的水量,现在巴恩斯冰盖只剩相当于 5 毫米海平面当量的水,40 公里宽,几百年内就会彻底消失。
研究员尼古拉斯・杨的发现出乎意料:大约 3000 年前,这块残余冰盖达到了全新世(当前暖期)的最小规模。然后从 2000 年前开始,它居然重新扩张了。
这就是下一个冰河世纪的起点。
过去 250 万年,地球冰期是有固定节奏的。最近 100 万年左右,周期大约 10 万年:冰盖花 9 万年慢慢长,再花 1 万年退掉,然后重来。
按这个规律,人类本来应该亲眼见证下一个冰期慢慢启动。
但这个扩张只持续了大约 2000 年,到 20 世纪中叶被人类排放的温室气体一脚踩了刹车。现在冰盖反而在快速后退。
增长幅度其实很小 ——2000 年里也就长了相当于 1 毫米海平面当量的水,每年几米甚至更少。尼古拉斯说,就算人类没插手,短期内普通人也感觉不到什么。但放任几千年,冰盖变大、气候变冷的正反馈起来,农作物生产就会出大问题。这在 20 世纪 70 年代确实是科学界的真实担忧,当时大家还在算下一次冰期到底什么时候到。
现在答案清楚了:冰期已经开始,但被人类叫停了。大气里现有的温室气体量,加上未来还要排的量,已经足以让新冰期在可预见的未来彻底没戏。