关于世界末日所应该澄清的科学知识
2012-12-18 23:28阅读：
2012年的冬至将近，应了科幻电影《2012》，很多人都多了几分末日情怀。但很多人却是在无知中去相信了一些不科学的结论，令人遗憾。我不否定电影中的故事，也不否定其科学依据，但既然是科幻，必然有很多内容是现在的科技不允许的或者是解释不了的。关于世界末日的理性的知识，我想说说我所知道的。
首先我想说的，如果世界末日要发生，应该满足一些自然界的原则。
第一是周期的问题。
对于大宏观的宇宙来说，各种元素的运行是有想当严格的规律的，不然我们就没法控制我们的人造卫星。地球的自转公转，是历史上各种太阳历的基础，包括我们现在通行的公历。而月亮的公转则是各种月亮历的基础，如我们的农历。还有一些古代的族群使用了金星历、火星历，甚至什么天狼星历，无论从何而来，其依据也都是这种很长时间能够保持稳定的轨道，周期运行的现象。
进一步来说，我们现在的公历，即格里高利历，由于某些历史原因和不精确的因素，经过了改动，目前的日期主要是用于计算一些宗教节日，如复活节。而元旦，每月第一天等等，则已经失去了对应自然事件的作用，仅存其中的分至还能表示地球公转的特定位置。而古代的历法则不同，其起始终了的日期常常对应很明显的天象或者一些自然变化。例如我们的农历，每月首日即朔日，是月亮由亏生光的开始。关于玛雅历的大循环，也就是太阳纪（我们现在是其历法中第五太阳纪的结束），从玛雅传说中大致能够感受到有从旧世界走向新世界的情形，这也就是2012世界末日之说的来源之一，但我们目前的研究并没有确切知道其对应什么。
那么我们目前了解到的周期事件有哪些呢？首先肯定是大家所熟悉的地球的公转自转和月球的公转，这些在公历农历的历法里是已经明确的。另外几个稍微长点的有关轨道的周期有（一些天文学的名词含义自己可以查查）：
1.
地轴的近动形成岁差，周期大约2.58万年，这个近动还伴随章动，周期我不太清楚。岁差影响的主要是回归线的维度，也就是太阳直射的区域，也就会对季节变化的强弱形成影响。
2.
太阳系围绕银心（银河系中心）的公转，周期有点长，大约2亿年，但其在公转轨道中要多次通过银河系的悬臂，大概几千万年通过一个。悬臂是星系中天体的密集区，相当于堵车的地方，星体聚集，气体多，只要有星体的扰动，就容易聚合形成新星。在天文学上有一种说法是，由于这些星际气体尘埃的疏密变化，使得地球接受
太阳的辐射强度变化，就造成了地球历史中的大冰期和间冰期。
3.
如同地球的自转和公转有夹角一样，太阳系的自转（也就是各行星的公转）相对于太阳围绕银心的公转也有个夹角，这同样会有四季的变化，只不过这个时间周期是2亿年，这样的“季节”变化，当然会对地球的冰期间冰期的转变造成影响，但还有例如辐射的变化影响地磁和地幔等等的更深的物理影响。
至于其他星体直接对我们地球的周期性影响，从自然界来说，首先应该是彗星，古人就已经对其有所关注。目前已经有比较确定的影响是，彗星携带微生物，病毒到地球上，可以带来新的物种，也可能带来新的疾病，例如近代史上的几次大的传染病的流行部分就被怀疑是由彗星带来的，这也算作古人将其看作灾星的一个解释把。
而从现代科技来说，则主要是太阳活动的周期，大约11年，一个周期内，太阳的对外活动由强变弱再由弱变强。在此之上，还有比较大的周期变化，体现了太阳活动强的峰值的变化。太阳活动强的时候，太阳磁场变化激烈，黑子和耀斑增多，太阳风增强，引起地球上的极光。而最关键的是干扰甚至损坏我们的电子设备和电网，这是最可能发生的，历史上欧洲电网就有过被太阳风损坏瘫痪了一半的教训，我们现在的电网已经对这样的事做好了技术准备（当然也不排除准备的不足，例如我国那次记忆犹新的南方雪灾，困住了多少电力机车。）而太空中的各种卫星，我们也是常常将其关停避险，等太阳风减弱后再重启。
至于地球内部的地热、地磁以及地幔的运动，现在的研究还在探索状态，除了有板块学说之外，并不知道有什么周期性的时间，仅仅知道历史上有过地磁倒转等等情况。而其他的一些自然界影响较大的周期事件我还不甚了解，这里就不再展开。
第二是预测的问题。
从概率论的数理逻辑来说，越小的事物，牵涉的元素越少，整体不确定性越大。而越大的事物，牵涉的元素越多，由每个元素概率的乘积，整体的不确定性就越小，也就是越能预测。所以我们对宇宙尺度的宏观天体，能够很精确的计算出其下一步的情况，对地球上某个普通的事物也能大致定性的确定其变化过程，但对小到原子的尺度则不能确定而只能用概率来说。
从另一方面说，时间跨度越长，由于概率的累积，整体不确定性就越大。而牵涉的元素越多，每个元素相互影响越复杂，同样由于概率的累积，对个体的预测就越困难。再者，由于概率的发散，也就是元素的状态不能趋于稳定，例如在一个球上而不是在一个坑里放另一个球，那么对其状态的预测也是更困难。这就是混沌，或者称为蝴蝶效应。这也是天气和地震等等现象的宏观时间无法精确预测，而我们却能精确掌控一辆列车的时刻表。
总结来说，预测一个事件，如果能够缩小范围，减少因素，更多的了解其中元素的概率，并且掌握更多的趋于稳定的状态，则能较成功的预测一个短期事件。而如果牵涉因素多，很多都不了解，而且大都状态不稳定，还要预测一个时间跨度很长的事件，基本上是不可能的。
所以说，如果玛雅人的历法的结束日对应一个大事件，那么必定要满足：因素不多且都掌握，概率状态趋于稳定，而这个大事件对应的是一个大的整体，否则就是无稽之谈，仅仅历法而已。而目前的状态是，除了羡慕和疑惑其天文知识的丰富外，我们了解的玛雅人所拥有的知识并不多，这个大事件会不会有以及到底是什么也就有很大的争论。
第三是过程的问题
这个比较简单，所谓的世界末日灾难，其实就是范围极广事物，时间极端的状态变化极大的过程。首先，这样的情况必定伴随极其巨大的能量释放，所以之前必定有极其巨大的能量存储或者积累，然后还要有一个临界状态或者说是诱发事件，否则的话，能量很早就开始释放而不是存储，就不会存在突然的事件，那我们肯定很早就能感觉到，而不是等到临近了才在那里猜测，例如太阳，目前就是一个稳定的能量释放体。
对于这种灾难过程，有两种情况，一是外界影响，二是内部的能量释放。对于外界影响来说，如果我们根本就不知道外界的状态，那就无从谈起。例如在我们地球附近，如果有超新星爆发，那我们当然在劫难逃，但话说回来，如果有超新星离我们很近，那我们也是早就能察觉出来的。
对于内部能量的释放来说，同样是有征兆的。内部能量的积累，不可能对外部没有一点影响，除非是完全隔离的系统，也就是自身成体系的系统。这样的隔离系统在外部是看不到的，否则就是对外有影响了，所以在其内部有能量爆发的状态下也不会对外界有影响，于是就没什么意义。
那么，这种内部能量积累的过程，就一定会有征兆，而且能量积累的越多，越接近临界状态，征兆就越明显，例如火山爆发，常常是水蒸气、二氧化碳或者甲烷、硫磺等等气体的释放加剧，地热的释放加剧，而频繁出现微小地震，这就说明地下的岩浆库积累到了比较大的压力而又形成足够宽敞的通向地面的管道，如果有一次比较大的地震作为诱因，这座火山就很容易爆发。
由此可见，世界末日绝不会突然出现，地球上的极端现象会有一个逐渐加强的过程，而一旦末日来临，灾难也不会很快完结，要很长的时间才能恢复平静，所以末日当然就不会是一个时间点的问题。
第四是守恒的问题
守恒就是说无论多大的灾难，物质不会凭空增减，能量也不会凭空消失和出现。这就是质能守恒定律，对应着时空的对称性，即宇称守恒（具体细节由于需要很多概念的解释，我就不再展开，这种对称性与守恒定律的关系称为诺特定理，）这是物理中的核心理论，也是除弱相互作用之外万物适用的定律。
例如电影中2012的喜马拉雅山，海浪从印度洋冲过来的场景。试想如果青藏高原不塌，那就需要足够的能量将海水聚集到北半球才能让海浪涌到这么高这么远，而这样的能量并无来处，所以只能是高原塌陷。而塌陷的高原不会凭空消失，需要下面的岩石腾开地方，这样的腾挪要么之前就已经做到，也就是空洞，要么就需要足够的能量去转移那样巨量的物质（电影里的理论就是南非升高让开了地下的空间），而我们目前的地质数据告诉我们，印度次大陆还在以惊人的力量挤压亚欧板块，喜马拉雅山还在以每年几厘米的速度升高。
又如电影《后天》里所说的气温每秒下降十度的过程，也是几乎不可能的。首先我们呼吸的大气是不良导体，占了半个地球表面那么大的区域中的气体，即使拿到真空中辐射散热，也不易达到每秒十度，况且还是在已有的温度较稳定，温差相对不大的地面和对流层之间。而如果是对流换热，那样巨大的飓风，温度理应立马被置换，而飓风的动力来源却是温暖的海水，所以也不可能有那么低的温度。更何况是洪水被冻成冰川，要知道我们目前所常见的物质中，水的热容量是最大的，空气还不足以吸收那样多的热量。今年的飓风桑迪就给我们展示了一个现实中应该有的状态。
所以说，即使是世界末日，我们也不会遇到违反自然规律或者自相矛盾的事件。
然后我想说说我们在科学界所公认和猜测的可能的几种世界末日景象，我们由远及近地说。
首先是最远的，百亿年以后的情况。
这个时间跨度主要应该就是宇宙的衰亡，以目前的科技，我们无论如何都摆脱不了这个世界末日，也不清楚宇宙有没有重生的机会。至于到底在什么时候，则只是推测。
以我们现在所常见的宇宙大爆炸和膨胀理论来说，我们的宇宙目前是一直在胀大的，平均来说，物质和能量越来越稀松。而宇宙的膨胀速度一直接近临界值，也就是永远膨胀下去和最终收缩到大坍缩的分界线，所以我们目前并不能确定这个世界末日到底去向如何，但有一点能够肯定的就是，这个过程相当的漫长。
而近来的天文学界又有一些证据和猜想正在否定传统的大爆炸理论，虽然还没有成为定论，但已经让我们有些盼头，毕竟有可能不会经历这种漫长而无聊的末日。
然后较近的，是我们太阳系的衰亡，大约在50亿年以后。
我们的太阳是在各种天体家族的普通恒星中个头较小的一个，按照现在的星体的核动力理论，我们这个太阳的质量，第一阶段的氢燃烧大约能够稳定持续约100亿年，之后是动荡的燃料转换过程，也就是生成的氦开始主导燃烧。往后形成白矮星直至熄灭等等的过程这里就不说了。
根据目前太阳成分中氢氦的比例理论计算，我们知道太阳的年龄正是壮年时期，大约是50亿年。（我们的地球年龄稍小，大约45亿年。）也就是说，大约再过50亿年，我们的太阳将出现第一次，也是最大的一次衰亡，内部的氦层坍缩后被点燃，释放的能量将表面的氢层膨胀出去，成为红巨星。
届时，太阳的体积将膨胀到超过我们地球的公转轨道。由于其膨胀的氢层相当稀薄，并不会影响地球的轨道公转，但绝对会使得地球上变得炙热，水不会存在，稳定的遗传物质也将在高温中瓦解，我们将不复存在，但我们总是相信，50亿年的时间足够我们发展出自己逃离地球，生根其他星体的技术。
稍微近一点的灾难，主要是地球上的重大的地质灾害和气候灾害。包括火山、地震、洪水、严寒、飓风、尘暴等等。
火山和地震
重大的地质灾害中，大家所熟悉的主要是地震和火山。总的来说，地质灾害应该是比较稳定的，因为地幔的稳定流动，带动各大板块稳定的碰撞，所以说火山地震活动目前都不会有太大的变化，我们近几年所看到的火山地震的增加，从长远来看并不出奇，主要是媒体报道对人们的末日情怀有些推波助澜罢了。而历史上的许多地震火山比你想象的要厉害得多。
比如西伯利亚地盾，是在约2.5亿年前的二三叠纪间持续喷发百万年的火山活动造成的，这是目前可见的地球历史上最大的火山喷发，喷涌出的岩浆覆盖了700万平方公里，相当于一个澳大利亚。据考古推测，这次爆发导致地球上90%的生物灭绝。当然，现在的西伯利亚已经成为全球的一个冷库，其中的火山早已沉寂。
另外重点要说的就是电影《2012》情节中最初遇到的火山爆发地：美国的黄石国家公园，占地面积近9000平方公里，是世界上最大的活火山。其火山口最窄处大约宽24公里，而其下的岩浆库，直径约70公里（应该已经能覆盖下整个北京市），厚约10公里（比珠穆朗玛峰海拔还高一公里多）。其在历史上可考察的记录已经喷发了3次，喷发周期约60万年。（也有说80万年的，取决于地址年代测定和火山理论的过程。）
鉴于其上次的喷发是在约64万年前，再加上近几十年公园地面的上升，小地震的增加，以及太阳活动对地底状态的影响，有很多科学家认为，黄石火山喷发在即。这个结论基本被大家所接受，但喷发时间还无法确定，有可能2012的冬至就爆发，也可能还要几千年，而其喷发规模也是未知数。所以美国在黄石公园建立里相当全面的火山地震监测系统，随时探查地下的异动，希望能够给转移民众留出足够的时间。
黄石公园一旦剧烈喷发，美国三分之二的地区将无法居住，而其漂浮火山灰将在高空中遮挡阳光，数月到数年不见天日。其硫化物会形成酸层，使得全球在数年内急剧降温（平均大约降19℃），这就是所谓的核冬天，水汽循环都将停止，地球将立即进入漫长的冰期。这是电影中的科学来源，也是很多人相信的要黑几天的一种情况（如果发生核战争，同样也会造成核冬天的情形），但是持续的就不仅仅是几天的事了。
当然，还有一些稍小的火山，如果其剧烈喷发，威力也足以对当地造成毁灭，例如印尼的坦博拉火山，掩埋古罗马著名的庞贝城的维苏威火山等等。
对于地震来说，大家已经比较熟悉的几个巨大地震是：04年的印尼9.3级地震（引发印度洋大海啸），08年的汶川8级地震，11年的日本9级地震，从媒体的报道中亲眼见到其威力，包括地震后的海啸。有记录以来最大的地震是1960年智利的9.5级地震，震后一个月内就有7次7级以上的余震，造成6座死火山复活，3座新火山出现，智利2万人丧生，其引起的海啸也是有记录以来最大的，甚至传到太平洋对岸的日本时还有6至8米高。
全球90%的地震都发生的环太平洋地震带上，主要是太平洋的大洋板块俯冲到周边的陆地板块下的作用结果。地震除了对震源周围造成破坏外，常常产生海啸，能够波及太平洋周边广阔的区域。近几周，这个地震带上已经连续发生数起6至7级地震，可以说是十分活跃，未来可能由于太平洋板块的能量已经有所释放，不会有更大的地震，但如果这个能量的释放还刚刚开始，那等来的可能就是更加剧烈的地震，美日的专家就在预测，美国西海岸和日本东部海底，具体发生时间说不准，但极有可能再发生9级以上的地震。不过对于诸如日本、印尼、新西兰、智利以及美国的加州和夏威夷等等这些地震多发地带来说，这就是家常便饭，一日三餐都是5级地震都不稀奇，当地的人们也懂得地震逃生的技能，官方也已经建立了广泛的地震预警机制。
目前对地震的精确预测，由于混沌效应的影响，成功率并不高。但大的趋势以及有重大征兆的地震，是能够有把握预测到的。主要的技术就是测量地底岩石应力应变以及监测地磁和空间电离指数等等，再辅助局部空气的成分和状态异常等等状况，我们就能预先知道“哪里”“很快”会发生地震，当然这个地点是在宏观地质上来说的，一般能精确到200公里以内就算精确了，关于震级，一般会预报偏低，但在一两级的误差是能做到的（虽然从能量上来说一级之差就有33倍左右），而这个时间预报，则要看其各种监测数据异常的程度，几乎没有精确到天的，除非是临震预报。而目前我所知道的一些预报可能有大地震的地方，主要还是在环太平洋带上，喜马拉雅山到地中海的地震带也有几个，但都没法确定时间，可能很快就爆发，也可能几百年以后才爆发。
气候灾害
目前人们面临的现实的气候灾害，当然主要就是全球变暖，其威力已经初现端倪。科学家首先开始警惕的是上世纪九十年代，全球各地的厄尔尼诺现象和伴生的拉尼娜现象频频出现，其根源可能就是气候变暖。特别是极地气候变暖，南北极存储的大面积的冰开始崩塌断裂，由于地球自转的离心力，这些断裂的自由漂浮的冰山将逐渐远离极地而向低纬度靠近，其逐渐融化，吸收大量的热量，致使冷空气频繁向赤道方向进发，与热带过来的暖湿气流形成强烈的碰撞，由此引发了所见的全球性的极端气象灾害的频发。
目前可见的冰川消亡包括：南极冰盖的不断崩裂散开，格林兰冰盖奇迹般地在今年夏天完全消失，北极冰川已缩小至常年极小值的四分之一，NASA上周已经发出警告，今年北极冰川将完全消失。而近十年的各种气候异常的灾害，如极端的洪涝和干旱，超过历史记录的巨型飓风，频频出现的双台风，龙卷风，以及可怕的巨型沙尘暴。
更让人担心的是，不久的将来，由于极地温度的升高，冰川的消亡，冷乱海水的温差减小，于是各大冷暖洋流均失去动力，进而失去洋流对大气温度平衡和水汽循环的支持，造成极地和热带的海水和大气无法对流，最终极地由暖转寒。而这时极地气温的恢复，已没有立即将洋流重新启动的力量，极地的冷空气往外扩散，形成的冰川又将阳光的热量反射到太空，由此恶性循环，冰川将一直往赤道侵蚀，地球从此进入新的冰期。
当然，这样进入冰期的过程，可能少则要十年，多则要百年。在地球的历史上，地质学家所的公认的就有前寒武纪晚期、石炭纪-二叠纪和第四纪三个大冰期，其造成的全球性冰冻均持续了大约一百万年，而期间还存在各种不同程度的冰期。在前面我谈到，大冰期是由于太阳系对银心的公转，时常穿过悬臂所造成，而小的冰期则基本上就是类似这样的全球变暖的机制引发的。所以如果我们再不加以控制，我们，或者一两代人以后，将面对冰冻的世界。
至于面对那些未知的猜测的末日危险，我们已经有了初步的准备，但还很不够充分，这里就不再展开。例如对小行星的威胁，我们人类已经建立了监测网和一些可能可行的解决方案，但并没有确切的检验。对于核战的威胁，全球各国已经为此做出了很多的努力，但我们人类野蛮的政治还将以此为筹码（就目前俄美现存的核弹数量，够炸毁十个地球），这种威胁必定还将存在一段时间。还有可能的是外星人入侵，这就真的不好说了，我们现在就连外星人到底什么样，有什么样的技术水平这些底细都不清楚，就真不能确定这场保卫战是什么情形了。
总的说来，我们面临的世界末日，可能很快就来临，也可能有几代人的漫长等待，可能是火山地震，可能是海啸洪涝，也可能是小行星撞地球，或者是自己造成的全球变暖。但无论如何，我们人类都还将坚强地生活在我们的地球母亲的怀抱，既然自然选择选上了我们，我们就不能辜负自然对我的信任，在末日来临之前，解决掉我们对环境的破坏，在末日来临之时，为我们的逃生做好准备。
买蜡烛应急仅仅是地震逃生中的很小的知识，应付几天黑夜那是有知中的无知，希望无论对末日信还是不信的人们，都能够积累丰富的见识，都能够懂得各种逃生的知识，在真正灾难来临的时候，临危不惧，从容应对。
