读量子霸权16模拟宇宙(上)

1. 模拟宇宙

1.1. 首次发现月球有很深的陨石坑、太阳有微小的黑点、土星有某种“耳朵”​(现在被称为星环)​、木星有四颗自己的卫星、金星有像月球一样的相位

1.2. 地球是绕着太阳转的,而不是太阳绕着地球转

1.3. 望远镜恐怕算得上是科学史上引入的最具煽动性的仪器,因为它挑战了当权者,并永远改变了我们与周围世界的关系

1.4. 伽利略用他的望远镜颠覆了人类对太阳、月亮和行星的一切认知

1.5. 发射了像哈勃和韦伯太空望远镜这样的巨型卫星来揭开宇宙的奥秘

  • 1.5.1. 距离地球100万英里的韦伯太空望远镜,从其在宇宙中有利的位置为天文学开辟了新的视野

1.6. 科学家现在淹没在数据的海洋中,量子计算机可能是组织和分析这场信息洪流所必需的

1.7. 通过计算恒星内部深处的聚变,量子计算机或许能够预测下一次巨大的太阳耀斑何时会使电网瘫痪

  • 1.7.1. 可以描述叛离的小行星、爆炸的恒星、膨胀的宇宙以及黑洞内部的情况

2. “杀手”小行星

2.1. 对这些离地球更近的天体进行分析是有实际原因的,其中一些天体实际上可能很危险,能够摧毁我们所知的地球

2.2. 6600万年前,一个直径约6英里的天体撞击了墨西哥的尤卡坦半岛

  • 2.2.1. 爆炸释放了大量能量,形成了一个直径近200英里的陨石坑,产生了近1英里高的潮汐,淹没了墨西哥湾

  • 2.2.2. 它还引发了一场炽热的流星风暴,随后在整个地区点燃了熊熊大火

  • 2.2.3. 厚厚的尘埃云遮住了阳光,将地球笼罩在黑暗中,气温骤降,直到笨重的恐龙无法再狩猎或进食

  • 2.2.4. 也许75%的生命形式在这次小行星撞击中丧生

2.3. 大约2.7万颗小行星

  • 2.3.1. 它们是近地天体,与地球的轨道相交,因此对地球构成长期威胁

2.4. 另一个危险是长周期彗星,它们在冥王星之外的位置未知,有一天它们可能会在未经通知和未被发现的情况下接近地球

  • 2.4.1. 在最坏的情况下,一颗来自深空的遥远彗星可能会开始前往我们太阳系内部的漫长旅程

  • 2.4.2. 如果没有尾巴,我们的望远镜将看不见它。当它在太阳后面掠过时,阳光最终加热了彗星的冰层,形成了一条彗尾

  • 2.4.3. 当它突然从太阳后面出现时,我们的望远镜最终会探测到彗星的彗尾,并在灾难性撞击发生之前向我们发出警告

2.5. 只有一小部分潜在危险天体被研究人员真正追踪到

  • 2.5.1. 阿波菲斯是一颗正在被仔细检查,并最终被认定为有威胁的小行星,它的直径约1000英尺,将于2029年4月掠过地球大气层

  • 2.5.1.1. 与地球的距离近到只有月球与地球距离的10%以内

  • 2.5.1.2. 由于它将掠过地球大气层,所以不确定它是不是会遇到一些不可预测的大气条件,从而也无法进一步确定到2036年晚些时候,当它再一次绕地球飞行时,它的轨迹会是什么样子

  • 2.5.1.3. 它也很可能在2036年错过地球,但这只是猜测

2.6. 地球位于一个“宇宙射击场”的中心,所以迟早有一天我们会遇到一颗可能毁灭地球的巨型小行星

  • 2.6.1. 天文学家卡尔·萨根

2.7. 量子计算机可能是跟踪和更好地推算潜在危险小行星轨迹所必需的

  • 2.7.1. 总有一天,一颗小行星将从地球附近经过,这会造成大规模恐慌,科学家试图确定它是会撞击地球还是无害地经过

  • 2.7.1.1. 这就是量子计算机可以发挥作用的地方

  • 2.7.2. 可能要由量子计算机来探测危险的、会“杀死”地球的小行星,并绘制出它们的精确轨迹,因为可能有数百万颗小行星对地球造成重大破坏,其中许多小行星还未被发现

  • 2.7.3. 量子计算机对撞击本身进行建模,这样我们就可以估计这些天体撞击地球时的危险程度

  • 2.7.3.1. 小行星可能会以接近每小时160000英里的速度撞击地球,而人们对计算它们在这些高超声速下可能造成的破坏知之甚少

  • 2.7.4. 如果地球最终被一颗我们无法偏转或摧毁的“杀手”小行星撞击,会发生什么

2.8. DART(双小行星重定向测试)探测器

  • 2.8.1. 历史上首次,人造物体成功地改变了小行星的轨道

  • 2.8.2. 其他类似DART的任务将撞击遥远的小行星,作为对有朝一日可能发生的事情的预演

3. 太阳系外行星

3.1. 展望太阳系之外,使用量子计算机还有另一个原因,那就是对所有环绕其他恒星的行星进行编目

  • 3.1.1. 开普勒太空望远镜和其他卫星以及地面望远镜已经在我们银河系的后院探测到了大约5000颗系外行星

  • 3.1.2. 大约20%的系外行星是类地行星,因此,除了我们已经发现的行星,我们的银河系可能还有数十亿颗类地行星

3.2. 太阳系很奇怪

  • 3.2.1. 太阳系的行星轨道高度近似椭圆

  • 3.2.2. 我们发现,比木星还大的气态巨行星在离太阳非常近的地方盘旋

  • 3.2.3. 我们还发现,有多个太阳的太阳系

3.3. 需要巨大的计算能力来分析它们的大气层、化学成分、温度、地质、风模式和其他特征,以及由此产生的堆积如山的数据

4. ET(外星人)

4.1. 量子计算机关注的一个目标是寻找其他智能生命形式

4.2. 我们将如何识别对我们而言可能是完全陌生的智慧生命呢?

  • 4.2.1. 需要量子计算机来识别那些传统计算机可能完全无法识别的模式

4.3. SETI(搜寻地外文明计划)项目没有发现任何来自外太空的智能无线电信号的证据

  • 4.3.1. 由于它们擅长研究大量数据以寻找隐藏的线索,而人工智能擅长学习通过提取模式来识别新事物,因此它们可能会学习挖掘大量数据以找到隐藏在其中的东西,即使这些东西很奇怪或完全出乎意料

4.4. 计算机最终得出结论,所有的鸣叫声背后都有其韵律和原因

4.5. 随着生物越来越原始,它们的智力也在下降

  • 4.5.1. 事实上,当人们对昆虫进行分析时,它们的智力迹象几乎为零

4.6. 量子计算机可以筛选大量数据,找到有趣的信号,人工智能系统经过训练,可以用于寻找意想不到的模式

  • 4.6.1. 人工智能和量子计算机协同工作,即使是在来自太空的混乱信号中,也可能找到智慧存在的证据

5. 恒星演化

5.1. 量子计算机的另一个直接应用是填补我们对恒星演化和恒星生命周期(从诞生到最终死亡)的认知空白

5.2. 可以模拟恒星从出生到死亡的生命周期

5.3. 以太阳为例,50亿年后,它将耗尽大部分氢燃料,并开始燃烧氦气

  • 5.3.1. 到那时,它将开始大幅膨胀,成为一个巨大的红巨星,布满天空,延伸到整个地平线

  • 5.3.2. 太阳会耗尽氦,收缩成一颗白矮星,它只有地球那么大,但重量几乎和原始太阳一样重

  • 5.3.3. 死亡黑矮星

  • 5.3.3.1. 这就是太阳的未来,死在“冰”里,而不是“火”里

5.4. 对于处于红巨星阶段的那些质量真的很大的恒星来说,它们将继续熔化越来越高的元素,直到最终遇到铁元素,由于铁元素的质子数量实在太多了,以至于它们之间会相互排斥,因此核聚变最终会停止

  • 5.4.1. 一旦没有核聚变反应,红巨星阶段的恒星就会在重力作用下坍缩,温度可能会一下子飙升至数万亿度

  • 5.4.2. 巨型恒星就会爆炸成超新星,这是自然界中最大的灾难之一

  • 5.4.2.1. 一颗巨型恒星也可能死于“火”​,而不是“冰”

5.5. 从气体云到超新星,这是一颗恒星的生命周期,而我们在这方面的计算能力仍存在许多差距

  • 5.5.1. 随着量子计算机对核聚变过程实现建模,也许其中的许多未知过程就可以被计算出来

5.6. 要预测致命的太阳耀斑的发生,我们需要深度了解恒星内部的动力学,而这种探索已经远远超出了传统计算机的计算能力

6. 卡林顿事件

6.1. 2022年2月,一股巨大的太阳辐射爆发,袭击了地球大气层,导致埃隆·马斯克的SpaceX(太空探索技术公司)送入轨道的49颗通信卫星中的40颗毁于一旦

6.2. 现代史上最大的太阳灾难,而且很可能再次发生,因为关于这些日冕物质大规模放电,我们还有很多东西需要学习

6.3. 1859年发生了有记录以来最大的太阳耀斑,称为卡林顿事件

  • 6.3.1. 当时,这场巨大的太阳耀斑导致欧洲和北美大部分地区的电报线起火

  • 6.3.2. 它在整个地球上造成了大气扰动,北极光覆盖了古巴、墨西哥、夏威夷、日本和中国的夜空

  • 6.3.3. 卡林顿事件发生在电气时代的萌芽阶段

  • 6.3.4. 从那时起,人们试图重建数据,然后估计如果现代再发生另一次卡林顿事件可能会发生什么

  • 6.3.5. 另一起卡林顿事件可能将造成高达2.6万亿美元的损失

6.4. 现代文明甚至会因此戛然而止

  • 6.4.1. 它将摧毁我们的卫星和互联网,导致电线短路,使所有金融通信瘫痪,并导致全球停电

  • 6.4.2. 被迫倒退到150年前的文明程度

  • 6.4.3. 救援队和维修队将无法前来救援,因为他们也将陷入全球停电

  • 6.4.4. 没有电,就没办法阻止易腐食品的腐烂,也会进一步引发食物匮乏而导致的大规模骚乱,社会秩序将遭到破坏,政府甚至会解体,因为人们为了活下去必须为自己抢到一口吃的

6.5. 对冰芯中碳-14和铍-10的浓度进行了研究,希望能找到史前太阳耀斑的证据

  • 6.5.1. 公元774—775年和公元993—994年可能爆发过太阳耀斑

  • 6.5.2. 公元774—775年的冰芯数据表明,它的能量可能是1859年卡林顿事件的10倍

  • 6.5.3. 公元993—994年的太阳耀斑爆发也非常强烈,以至于在古老的木头上都留下了永久印记,历史学家甚至可以用这些木头来确定美洲早期维京人定居的时间

  • 6.5.4. 近代历史上最大的太阳耀斑发生在2001年

  • 6.5.4.1. 巨大的日冕物质以每小时450万英里的速度从太空朝我们抛射而来

  • 6.5.5. 当太阳表面的磁力线相互交叉时,就会发生日冕物质放电,向太空喷出大量能量

  • 6.5.5.1. 在太阳内部求解这些方程,已经超出了数字计算机的能力范畴

  • 6.5.5.2. 有一天量子计算机或许能够解开太阳内部的复杂方程,并帮助预测下一次巨大的太阳耀斑何时可能威胁到人类文明

  • 6.5.5.3. 我们不知道下一次太阳耀斑将何时爆发,也不知道它是否会击中地球

6.6. 卡林顿事件可能至多只是让一个大陆陷入全面瘫痪,但伽马射线的爆发则可能造成更严重的后果,将整个太阳系付之一炬

7. 伽马射线暴

7.1. 伽马射线暴是整个宇宙中最大的爆炸,仅次于宇宙大爆炸本身

7.2. 1967年,维拉号(Vela)卫星是美国专门为探测未经授权的核弹引爆而发射的,它接收到了巨大的伽马射线暴产生的奇怪辐射

  • 7.2.1. 威胁不是来自苏联,而是来自遥远的星系

  • 7.2.2. 科学家惊讶地发现,伽马射线暴只持续了几秒钟,但释放的辐射却影响了整个星系

  • 7.2.3. 它们释放的能量比太阳在其整个100亿年的历史中所产生的能量总和还要多

7.3. 一个卫星网络还是被设计出来,能在这些现象发生时立即就检测到它们,并立即提醒地球上的探测器对它们进行实时跟踪

7.4. 最主要的理论认为,它们要么是中子星和黑洞之间的碰撞,要么是恒星坍缩成黑洞

7.5. 一些来自恒星爆炸的潜在危险离地球不远

  • 7.5.1. 像太阳这样的恒星本身没有足够的热量来产生铁以外的元素,如锌、铜、金、汞和钴

  • 7.5.1.1. 这些元素在我们体内的存在,本身就证明了一颗超新星爆发曾经就发生在我们银河系附近

  • 7.5.2. 这些元素是在太阳诞生前数十亿年发生的超新星爆发的高温下产生的

  • 7.5.3. 一些科学家推测,5亿年前的奥陶纪大灭绝正是由地球附近的伽马射线暴所引发的

  • 7.5.3.1. 当时,地球上85%的水生生物灭绝了

7.6. 在距离地球更近的地方,距离地球500~600光年的红巨星参宿四就很不稳定,恐怕在某个时间就会发生超新星爆发

  • 7.6.1. 参宿四是猎户座中第二亮的恒星

  • 7.6.2. 当它最终爆炸的时候,由于距离我们足够近,所以用肉眼就可以观察到,夜晚天空中会出现一颗比月亮还亮的星星,甚至会投下阴影

7.7. 总有一天,量子计算机将能够解释包括太阳在内的恒星的整个生命史,以及探测出地球附近正在产生潜在威胁的不稳定恒星

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