霍金的謬論
據(jù)英國(guó)媒體報(bào)道，物理學(xué)家霍金在最近拍攝的一部有關(guān)宇宙的紀(jì)錄片時(shí)提到，人類其實(shí)能建造出接近光速的宇宙飛船，并且能夠進(jìn)入未來。他指出，宇宙萬物非平坦或固體狀，貼近觀察會(huì)發(fā)現(xiàn)一切物體均會(huì)出現(xiàn)小孔或皺紋，這就是基本的物理法則，而且適用于時(shí)間。時(shí)間也有細(xì)微的裂縫、皺紋及空隙，比分子、原子還細(xì)小的空間則被命名為“量子泡沫”，“蟲洞”就存在于其中。霍金指出，理論上時(shí)光隧道或“蟲洞”不只能帶著人類前往其他行星，如果蟲洞兩端位于同一位置，且以時(shí)間而非距離間隔，那么宇宙飛船即可飛入，飛出后仍然接近地球，只是進(jìn)入所謂“遙遠(yuǎn)的過去”。不過霍金警告，不要搭時(shí)光機(jī)回去看歷史。
這里面他犯了二個(gè)錯(cuò)誤: 第一，人類永遠(yuǎn)建造不出接近光速的宇宙飛船。第二，人類永遠(yuǎn)不可能飛回遙遠(yuǎn)的過去，只會(huì)提前飛向未知的將來。霍金的名氣大，說了許多假設(shè)虛無的東西，現(xiàn)代人奉承他太過頭。他的《時(shí)間簡(jiǎn)史》，說是科普書，但卻是讓大部分人看不懂的胡編亂說的小冊(cè)子。我讀了幾年沒學(xué)會(huì)一點(diǎn)有關(guān)天文的知識(shí)，他是為了讓人看不懂才編造那些艱澀的術(shù)語，還是純粹學(xué)術(shù)性探討？
天文學(xué)是一門離我們個(gè)人既遙遠(yuǎn)又無實(shí)用價(jià)值的知識(shí)，既是最高大得不得了的知識(shí)，又是一個(gè)空洞得一文不值的知識(shí)。懂得一點(diǎn)這方面的知識(shí)純粹為了吹牛用，所以大部分中國(guó)人聰明得不關(guān)心此道，寧可摸清楚身上有多少經(jīng)脈穴道能治什么，每天耐心地敲打捏揉某塊皮肉，總認(rèn)為會(huì)對(duì)自己切切實(shí)實(shí)有益，中國(guó)人喜愛的東西外國(guó)人不明白。
人類為什么永遠(yuǎn)建造不出接近光速的宇宙飛船？因?yàn)檫_(dá)到光速的物體，本身已沒有重量了，現(xiàn)列舉有關(guān)五種宇宙速度，和光速是30萬千米/秒相比較，簡(jiǎn)直差得十萬八千里還要乘倍數(shù)! 更不可能以超光速使時(shí)間倒流，所以我說霍金在亂說一通。
第一宇宙速度是7.9千米/秒（環(huán)繞速度），這樣可以繞軌道飛行，計(jì)算方法是V=√(gR) , 即是 V= sqrt(gR)，(g是重力加速度，R是星球半徑) 環(huán)繞速度和逃逸速度也可應(yīng)用于其他天體。例如計(jì)算火星的環(huán)繞速度和逃逸速度，只需要把公式中的M,R,g換成火星的質(zhì)量、半徑、表面重力加速度即可。
第二宇宙速度是11.2千米/秒（逃逸速度）,可以沖出地球的束縛。V=2gR開根號(hào)，其中g(shù)為地球表面的重力加速度，其值為9.8牛頓/千克。地球半徑R約為6370千米，從而最終得到地球的脫離速度為11.17千米。逃逸速度（第二宇宙速度）恰好等于第一宇宙速度的根號(hào)2倍。
第三宇宙速度:從地球起飛的航天器飛行速度達(dá)到16.7千米/秒時(shí)，無需后續(xù)加速就可以擺脫太陽引力的束縛，脫離太陽系進(jìn)入更廣袤的宇宙空間。這個(gè)從地球起飛脫離太陽系的最低飛行初速度就是第三宇宙速度。
第四宇宙速度:是指在地球上發(fā)射的物體擺脫銀河系引力束縛，飛出銀河系所需的最小初始速度，約為110-120km/s，這個(gè)數(shù)據(jù)是指在銀河系內(nèi)絕大部分地方所需要的航行速度。但如充分利用太陽系的線速度以及地球的線速度，最低航行速度可減小為82km/s。
第五宇宙速度: 指的是航天器從地球發(fā)射，飛出本星系群的最小速度大小，由于本星系群的半徑、質(zhì)量均未有足夠精確的數(shù)據(jù)，所以無法估計(jì)數(shù)據(jù)大小。目前科學(xué)家估計(jì)大概有50--100億光年，照這樣算，應(yīng)該需要1500--2250公里/秒的速度才能飛離，但這個(gè)速度以人類目前的科學(xué)發(fā)展水平，至少要幾百年才能達(dá)到，所以現(xiàn)在只是個(gè)幻想。
人類發(fā)明空間航天器后，于1948年達(dá)到第一宇宙速度7.9Km/s，1955年達(dá)到第二宇宙速度/11.2km，1969年達(dá)到了第三宇宙速度16.7km/s，。目前，人類還沒能實(shí)現(xiàn)第四宇宙速度。
眾所周知，必須始終有一個(gè)力作用在航天器上，即必須始終有一個(gè)能夠維持航天器圓周運(yùn)動(dòng)的向心力作用在航天器上。其大小等于該航天器運(yùn)行線速度的平方乘以其質(zhì)量再除以公轉(zhuǎn)半徑，即F=mv^2/R.在這里，正好可以利用地球的引力。因?yàn)榈厍驅(qū)ξ矬w的引力，正好與物體作曲線運(yùn)動(dòng)所需要的向心力方向相同。經(jīng)過計(jì)算，在地面上，物體的運(yùn)動(dòng)速度達(dá)到7.9千米/秒時(shí)，它做圓周運(yùn)動(dòng)需要的向心力，恰好與地球?qū)λ囊ο嗟取＿@個(gè)速度被稱為環(huán)繞速度。根據(jù)萬有引力定律，兩個(gè)物體之間引力的大小與它們的距離平方成反比。因此，物體離地球中心的距離不同，其環(huán)繞速度(第一宇宙速度和脫離速度(第二宇宙速度)有不同的數(shù)值。
而事實(shí)上，宇宙速度的概念是發(fā)射航天器的初速度，也就是一次性給予航天器所需要的所有動(dòng)能。如果不這樣，比如說地球上發(fā)射火箭，火箭的初速度無法達(dá)到第一宇宙速度，但是只要它有不斷的動(dòng)力，也可以進(jìn)入外太空。
物體達(dá)到11.2千米/秒的運(yùn)動(dòng)速度時(shí)，在擺脫地球束縛的過程中，在地球引力的作用下它并不是直線飛離地球，而是按拋物線飛行。脫離地球引力后在太陽引力作用下繞太陽運(yùn)行。若要擺脫太陽引力的束縛飛出太陽系，物體的運(yùn)動(dòng)速度必須達(dá)到16.7千米/秒。那時(shí)將按雙曲線軌跡飛離地球，而相對(duì)太陽來說它將沿拋物線飛離太陽。
逃逸速度取決與星球的質(zhì)量。如果一個(gè)星球的質(zhì)量大，其引力就強(qiáng)，逃逸速度值就高。反之一個(gè)較輕的星球?qū)?huì)有較小的逃逸速度。逃逸速度還取決于物體與星球中心的距離。距離越近，逃逸速度越大。地球的逃逸速度是11.2公里/秒，太陽的逃逸速度大約為每秒一百英里。如果一個(gè)天體的質(zhì)量與表面引力很大，使得逃逸速度達(dá)到甚至超過了光速，該天體就是黑洞。黑洞的逃逸速度達(dá)30萬千米/秒。
不同天體有不同的逃逸速度，脫離速度公式也同樣適用于其他天體。
地球的逃逸速度為11.2千米/秒。太陽的逃逸速度為620千米/秒，黑洞的逃逸速度達(dá)30萬千米/秒。一般認(rèn)為宇宙沒有邊界，說宇宙中的物質(zhì)逃離到別的地方去這樣的問題沒有意義。因此，說宇宙的逃逸速度也似乎沒有意義。
不過，我們都說宇宙正在膨脹，即星系都在向遠(yuǎn)處運(yùn)動(dòng)（相互遠(yuǎn)離），這就存在這樣一個(gè)問題：如果宇宙的膨脹速度足夠大，星系就會(huì)克服宇宙的總引力而永遠(yuǎn)膨脹下去。這就好像星系在逃離一樣。這里，膨脹速度也就等同逃離速度了。當(dāng)然，如果膨脹速度不夠大，膨脹終將停止，宇宙的總引力將會(huì)使星系相互靠近，就像飛離地球的物體再掉回來一樣。
因此，這樣來理解宇宙的逃逸速度，就成了一個(gè)很有意義的問題。宇宙是永遠(yuǎn)膨脹還是轉(zhuǎn)而收縮，取決于膨脹速度和總引力的大小。由于膨脹速度可以測(cè)定，因而就取決于宇宙的總引力，實(shí)際上就是宇宙到底有多重。
2010.5.6
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