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外星人块头大体重接近北极熊能量守恒定律

来源:网络 编辑:小彩 更新:2026-09-08

人们往往将外星人描绘成小个子生物,但“事实”上,它们很可能比科幻电影中的外星人要大得多,也重得多。

为了得出上述结论,科学家弗格斯·辛普森运用了一个数学公式,其中假设外星人与地球生物一样,也遵守能量守恒定律。

辛普森先生认为,从地球上猿类和人类的体型来看,智慧生物要想存活下去,体型必须大于一定程度。

他发现,如果外星球存在智慧生物的话,这些生物的体重要达到650磅(约合300千克),相当于一只中等体重的北极熊。

研究认为外星人的体型并非像科幻片中描绘的那样瘦小,但并未将外星球表面引力考虑在内。

据国外媒体报道,人们往往将外星人描绘成小个子生物,但“事实”上,它们很可能比科幻电影中的外星人要大得多,也重得多。

科学家弗格斯·辛普森(Fergus Simpson)在能量守恒定律的基础之上,计算出了智慧生物在宇宙中生存所需的最小体型。

他发现,如果外星球存在智慧生物的话,这些生物的体重要达到650磅(约合300千克),相当于一只中等体重的北极熊。

为了得出上述结论,辛普森先生运用了一个数学公式,其中假设外星人与地球生物一样,也遵守能量守恒定律。

这意味着,体型更大的动物需要耗费更多的能源才能存活下来,因此它们不如蚂蚁之类体型纤细的动物那么常见。

他的计算依据还包括,智慧生物的体型大小存在其下限。

但他并未将外星球上的地心引力考虑在内。

他在一篇论文中写道:“在动物界中,体型较大的物种密度往往较低,可能因为它们需要消耗大量的能量。

”

辛普森先生认为,从地球上猿类和人类的体型来看,智慧生物要想存活下去,体型必须大于一定程度。

“因此,我们应当做出这样的预期,人类的体型比大多数高级物种都要小。

”

“……我们总结出,大多数高级物种的体重都在300公斤以上,接近于北极熊的体重中位数。

”

他认为,和地球上一样,宇宙中体型较小的生物可能比体型较大的生物要多,但体型较大的生物更有可能演变成智慧生物。

他还声称,如果这些有智慧的外星人体型较大的话,它们的数量也许很少,因为只有降低种群密度,才能保证必需的能量。

圣安德鲁斯大学(the University of St Andrews)的研究员邓肯·福根(Duncan Forgan)针对这一研究做出了评论,认为这一计算结论是合情合理的。

加州搜寻地外文明研究所(SETI Institute)的赛斯·肖斯达克(Seth Shostak)补充道,这并非科学家首次提出外星人可能体型较大的观点,因为体型较大的生物通常能活得更久。

而外星人的寿命越长,它们便越有可能积累知识、发明相关科技,并终有一日与人类取得联系。

辛普森先生还说:“更高的科技水平也能使它们维持更大的人口数量。

“

虽然肖斯达克博士认为这项研究很有趣,但他也表示,“目前还没有精确的数据可供使用“,而且地球在其中扮演的是一个模型的角色,用来预测宇宙中其它星球上的条件,但外星人和人类很可能大相径庭。

他指出,人类是靠着自己的大拇指、直立行走方式和大脑的思考,才得以在地球上存活下来的,而非靠肉体的蛮力,因此在判断是否存在智慧生物中,体型只是众多因素之一而已。

“北极熊个子是很大,但它们无法创造出辉煌的文学,也建不成无线信号塔,这很可能是因为它们是四肢行走的。

”

福根先生也发现,辛普森的研究并未将外星球表面的引力考虑进去。

他认为,行星表面的引力更强,就越适合体型较小的生物生存,说明辛普森的计算是不全面的。

(杜杜)

量子信息+熵,能解释宇宙的演化吗

热力学第二定律,也许是物理里最根本的几条原理之一。

它说,一个系统的熵只会随时间增加,不会减少。

这也是唯一一条能指明"时间箭头"朝哪走的物理定律。

熵,说白了就是无序的程度:熵越低,结构越有序;熵越高,越散乱。

糖从浓处向淡处扩散、气体膨胀、咖啡放凉,背后都是熵在增加。

人们相信,宇宙的演化也遵循这条定律。

宇宙早年处于低熵状态,一路演化到高熵。

可就在这个过程中,宇宙造出了一些极其复杂的结构——星系就是代表。

星系的熵很低,却是在一个高熵的环境里形成的。

这看起来像是在违反第二定律。

这个存在已久的矛盾,正是物理学家金妮斯特拉·比安科尼想解决的难题。

引力、熵与量子信息的交织,是比安科尼理论的视觉主题(图片来源:Physics World) 在爱因斯坦的广义相对论里,有个叫"度规"的数学对象,描述时空是怎么弯曲的;物质沿着这条弯曲走,就表现成了引力。

而在量子力学里,"算符"是对量子态做变换的数学工具。

比安科尼的关键一步,就是把这个"度规"当成量子算符来用,用量子化的方式描述时空的几何。

这样一来,会冒出两个"度规":一个是"真实"的时空度规,一个是由物质和能量诱导出来的度规。

两者之间"差多少",用量子信息论里的一个量来度量,叫量子相对熵。

正是这两个几何之间的量子相对熵,决定了时空怎么演化——换句话说,它给出的运动方程,就是引力。

在低曲率极限下,这套方程能精确还原爱因斯坦的广义相对论。

可一旦超出这个极限,方程就得被一个叫"G场"的对象修正。

G场生出一个暗能量项,而且是动态的。

暗能量被认为是直接推动宇宙膨胀的东西;在标准广义相对论里,它由静态的宇宙学常数驱动。

现在冒出一个动态的暗能量项,就有了被实验检验的机会。

比安科尼又把这套理论用到了弗里德曼-罗伯逊-沃克(FRW)宇宙模型上。

这是广义相对论对宇宙行为的一级近似,假设宇宙各向同性、处处均匀、且在膨胀。

膨胀由宇宙的主导成分驱动——暗物质、普通物质,或辐射。

宇宙膨胀时,体积变大,总熵也跟着变大。

但正因为体积涨得更快,单位体积里的熵——也就是熵密度——反而随时间下降。

总熵在涨,局部熵密度却在降,这就给了星系、甚至生命这类低熵结构一个在膨胀宇宙里被造出来的机制。

那这算不算违反第二定律?比安科尼用非空的 FRW 宇宙算了一遍总熵:要把熵密度在整个时空区域上积分,而因为体积随时间变大,总熵成了时间的函数——膨胀的速度超过了熵密度衰减的速度。

所以对辐射主导和物质主导的宇宙,总熵依然随时间增加,第二定律照样成立,尽管局部熵密度在下降。

比安科尼强调,GfE 理论还很年轻,需要实验来验证。

但这项工作揭示了它内在的热力学本质,为经典引力与量子引力都打开了新路——把引力用"量子信息"和"熵"来表述,也许正是通向"量子化引力"这个百年难题的另一条路径。

引力,也许并不是什么神秘的基本力,而只是信息与熵的必然结果。

若真如此,宇宙为什么要演化、为什么能长出星系和生命,答案也许就藏在这条最普通的第二定律里。

来源:S. Jones, "Could quantum information theory explain universe evolution?" Physics World, 14 Sep 2026. 报道所引研究:G. Bianconi, Physical Review D.

引力弹弓不用遵守能量守恒定律?为什么绕着行星转一下可以加速?

核废料是人类长期面临的一大难题,它数量庞大,其危险性会持续数万年之久,而人们至今仍未真正找到妥善处置的办法。

既然如此,为什么不干脆用火箭把核废料送上太空,直接扔进太阳里烧掉呢? 这个设想看似简单直接,但仔细分析就会发现问题重重。

首先,把核废料装上火箭本身就极其危险。

火箭在发射过程中偶尔会发生爆炸事故,一旦装载核废料的火箭在升空时爆炸,就会瞬间变成一枚威力巨大的"脏弹",把放射性物质散布到广阔区域,后果不堪设想。

不过,除了发射风险之外,还有一个更为根本的原因——想要真正把物体送进太阳,其实非常非常困难。

乍看上去,飞向太阳应当是件容易的事,毕竟太阳的引力一直在把万物往它那里拉。

然而事实并非如此。

地球以及地球上的一切物体,都在以极高的速度绕着太阳做侧向运动。

当我们朝太阳"下落"的同时,也在以惊人的横向速度从它旁边掠过,结果就是一次次与太阳擦肩而过。

要想真正撞进太阳,就必须把这种侧向速度降下来,让飞行器不再横着飞。

而且这种减速必须彻底——只要还残留哪怕一点点侧向速度,飞行器就会与太阳失之交臂,绕着它兜一圈甩出去,而不是一头栽进去。

那么,需要把速度降低多少呢? 地球连同地球上的一切,都在以大约每秒30公里的速度围绕太阳运行。

这意味着,要让飞行器停止绕日运动、直接坠入太阳,就必须让它相对于地球以每秒30公里的速度向后加速,才能抵消这份公转速度,实现"太阳跳水"。

而且必须减到几乎为零,一点都不能剩。

每秒30公里究竟有多快?做个对比就一目了然。

从地球轨道出发,只需要比地球再快约每秒11公里,就足以彻底摆脱太阳的引力束缚,飞出整个太阳系。

换言之,把飞行器送出太阳系,比让它撞进太阳还要容易得多。

这一点值得再重复一遍:从能量消耗的角度看,前往其他恒星所需要的加速度,竟然比抵达身边这颗太阳还要小。

听起来匪夷所思,但事实确实如此。

而事情还可以变得更加违反直觉。

由于天体引力的强弱与距离密切相关,物体离太阳越近,所在轨道就越小,绕太阳的公转速度也就越快。

以太阳系的行星为例,水星绕太阳一圈的速度大约是地球的一点五倍,而遥远的冥王星速度只有地球的六分之一。

这就带来一个有趣的推论:从水星出发反而比从地球出发更难撞进太阳,尽管水星离太阳近得多。

原因在于,要在水星轨道上停下来,飞行器需要以每秒48公里的速度向后加速,比在地球轨道上所需的每秒30公里还要大得多。

相反,从冥王星轨道出发反而轻松得多——只需要以每秒5公里的速度反向加速,就足以让飞行器摆脱缓慢的公转速度,径直坠入太阳。

正因为如此,如果单纯依靠火箭动力来完成撞日任务,最高效的做法反倒是先把飞行器送到外太阳系去。

因为在外太阳系公转速度大幅降低,随后再进行第二次点火,抵消掉那微弱的横向速度,飞行器就能沿着近乎笔直的路径直接落向太阳。

这也正是美国国家航空航天局早期在规划太阳探测任务时,之所以曾提出让探测器先飞往木星轨道的原因——绕道外太阳系反而更容易减速、更容易接近太阳。

不过,任务规划人员最终并未采用这一方案,而是选择让探测器多次借助金星的引力弹弓效应逐步减速,从而节省宝贵的燃料,一步步靠近太阳。

至于引力弹弓具体是如何运作的,那就是一个值得单独展开的话题。

它是人类发射太空探测器时经常会使用到的一种加速方式,简单来讲,这种方式能够利用行星的引力把探测器"甩"出去,从而为探测器提供额外的速度。

借助这一手段,探测任务所需要的燃料和飞行时间都能被大幅压缩,因此几乎成了深空探测的标配技术。

不过,如果对这个过程稍作推敲,就会发现它并不像"绕一圈就加速"那样简单。

在多数人的印象中,引力弹弓的画面大致是这样的:探测器首先朝着某颗行星飞近,然后被行星的引力抓住、绕着它转上一圈,等到被甩出来的时候,速度就比进入时更快了。

听起来顺理成章,可只要多想一步,就会隐隐觉得有点不对劲。

问题的关键在于能量守恒。

当探测器靠近行星时,行星的引力做正功,探测器会被加速;可当它绕过近拱点、再从行星旁边远离时,同一份引力又会做负功,把刚刚获得的动能重新拉回去。

一进一出、加加减减,探测器相对于行星的速度理应回到原点,怎么会平白多出一截呢? 真正让这个"魔术"成立的,是参考系的切换。

相对于行星本身,探测器的速率进出确实几乎不变,弹弓过程只改变了它的飞行方向;但相对于太阳来说,行星本身也在高速公转,探测器借用的其实是行星绕日运动的那份动能。

行星在把探测器"甩"出去的同时,自身的公转速度会被极其微弱地拖慢一点,只不过行星的质量远远大于探测器,这份损失小到根本无法察觉。

所以,引力弹弓从来没有违反能量守恒定律,它只是把行星公转的动能借了一小勺给探测器。

理解了这一点,再回头看撞日任务为何要反复利用金星减速,也就顺理成章了——同样是引力弹弓,一次次借用行星的动量,就能把公转速度这道最难迈过去的坎,一点点悄悄磨掉。