苑明理
彩云天气联合创始人 瓦克星计划发起人

大家好，我是苑明理，一位工程师。今天我想给大家分享的题目是《凿空厚壁：得见星空》。
我想在开始之前先问一下大家，有多少人是刘慈欣“大刘”的读者？有一些朋友已经提到《三体》，但是我今天这个题目其实跟《三体》没有关系，是另外一部小说。
这个小说是刘慈欣的一部非常出色的作品叫做《山》。它讲述了一个故事中的故事。它从这样一个设定开始：有一个行星，在它的地核里，就是它最核心的那一部分里有一个文明世界。
这个文明世界里的人，通过一种叫做泡船的东西，就是我后面这幅图里的小泡泡，开始探索周围的世界。然后他们用了10万年的时间，终于抵达到了这个行星的表面。小说里描写了一个非常让人激动的场面：他们可以遥望星空，看到一幅非常壮美的夜空的景象。
所以我用这句话来作为我这次演讲的题目。我下面要讲的东西在内容上，其实跟这个行星完全不一样，可是在寓意层面上有很深的关联。
下面我先给大家简单地介绍一下我创造的瓦克星的设定。
我们的飞船马上就要出发了，飞往的目的地就是瓦克星的世界。
它是什么样的？它是一个比地球略微大一点的星球，我们可以在上面这部分看到地球和太阳系，下面就是瓦克星和它的太阳在一起。它有两个太阳，它围绕这两个太阳在旋转。
而且我们这两个太阳中一颗是黄星，是一颗较暗的星；一颗是蓝星，一个光亮程度比较高的一颗星。然后我们的飞船在逐渐逐渐飞临瓦克星，这是我用计算机模拟出来的一幅画。
大家可以看到它其实是像一个鸭梨一样的形状。为什么呢？我们在太阳系看到的形体都是像月牙一样的形状，或者是满月之后凸出来的那种形状，而不是这种鸭梨的形状。而这个星系里，它有两个太阳的光芒在照耀，所以就形成了这样一幅图案。
一句话来概括我这个计划就是：我想通过模拟一个有两个太阳的行星世界。把上面的山川、海洋、风雷雨点甚至生物都模拟出来。然后通过这样一个过程，我想促进物理、数学和计算机知识的教育。它是一个教育项目不是一个科研项目。
如果是实际科研的话，有太多的未知因素是我们无法确定的。但如果我们设定了这个场景，跟地球略微类似，却有稍有不同的话，我们在这个过程里能发现很多有意思的事情。
我设计了一条探索的路径。首先我们要进行行星系的建模，我们要确定一些几何关系。
确定一个行星的稳定的轨道，探索一下上面怎样才是一个适合生命居住的环境；然后我进行行星建模，把行星表面上的物理环境给刻画清楚，当光、热、水的条件都具备了，我们甚至可以去考虑上面的生命。
生命这个阶段我只是简单的想了一下，做了比较少的探索。最后我们甚至可以去探讨，在这样一种环境下，他们的文明会具有怎样的一个观念。
我先简单展示一下我模拟出来的初步成果。
这幅图是一个地图，大家可以看到黄色的部分和蓝色的部分，黄色的部分是黄星照射的区域，蓝色的部分是蓝星照耀的区域，而白色的部分是这两颗恒星同时照耀的区域。跟地球上稍微不一样的地方在哪里呢？
我们知道在地球上当我们的一个地极处于极昼的时候，那么另一个地级一定处于极夜。可是在这个恒星上，它一年中总会有那么短暂的几天，它的两极分别在两个太阳的照耀之下。我在设想，如果这个行星上有一个文明的话，这几天可能会成为他们的节日。这是第一点不太一样的地方。
下面进行到行星建模的部分，我考虑了怎么样把它的陆地和海洋，甚至山川、高原，低地这些都模拟出来。我通过一种分形算法，达到了这个目的。我还甚至考虑去模拟上面的大气。我们可以用一种非常简单的微分方程把大气的几种状态刻画出来，然后就让这个系统演化。
下面的这幅图是我们模拟的初期。它有红色和蓝色两部分。蓝色表示的是温度比较低，红色表示是温度比较高。这是一个大气的垂直的剖面图，我们看到下面是接近地表的部分，上面的部分就是高空。
高空是冷的，下面是热的。光线照耀到地表，然后地表去加热大气，这是模拟一开始的场景。随着模拟的推进，我们就会发现，慢慢的，中间这一层就变成一个低温层，越往高处温度越高，从中间层往低处走也是温度变高。这个结果其实刚好跟地球上是一样的。
就是说会出现两个层次的大气。第一个层次是底下的对流层，因为高空的空气是冷的，空气会往下降，而且形成对流，比较丰富的天气现象会在里面发生。上面的部分叫做平流层。在瓦克星上，这跟地球上是一模一样的。这个结论当时让我兴奋了好几天。
然后我做了简单的设计，尝试模拟上面的植物。我模拟了植物的生长，在数学里有一个完美的系统叫做L-system可以把植物的生长完美的刻画出来。
我更想去做但目前还没有去做的是：在这样的一个环境里，植物会是怎样的形态？它跟地球不一样，它的光线照射、水也是不一样的。怎样的植物形态才是更合适的形态？这是我目前想去探索的，但是还没有做的。
我们简单结束对瓦克星物理世界的一个描述。下面我想步入一个更有意思的环节，尝试去看一下它上面的文化系统。
我会带领大家去看一下他上面的空间观念、时间观念以及数字观念是什么样的？
我现在先进入到第一个环节：空间。
现在有一个非常热的词叫增强现实。大家可能会认为增强现实是一个非常酷的科技名词，比如说谷歌眼镜的例子。
那大家有没有问过自己，最早的增强现实是什么？是最近才发明出来的吗，还是很早以前就有？我有一个看法：最早的增强现实其实在很久很久之前就已经出现了。比如说方位感其实是生物内在的生理机制。但人类的空间秩序是一种文化的产物，它不是这个世界本身就具有的一种东西。

可以设想一下，很久很久很久之前，原始人走出了洞穴，他们看到远处有一座山，或者是一条河流，给它们命名比如黄浦江、佘山。这是人类赋予自然界，而不是自然世界固有的。这是命名。
我们出门要怎么走才能到佘山？比如说要往西走。这个“西”其实是人类赋予这个空间的命名，是赤裸裸的物理世界里没有的属性。所以我认为地名和四方位，就是最早的增强现实技术。它其实很久很久之前就发明了。

右侧这个图案是在金沙出土的一个四鸟环乌考古遗物，它告诉我们：古人是对太阳的运转有了深刻的观察和理解之后，才提出了四方位的概念。
大家可以看一下这幅图，这是国际空间站拍摄的上海和苏州的上空的夜景。大家可以看到苏州清晰的街区这种网状结构，而且街区是沿着东西和南北方向展开。
这说明其实是人类发明了东西南北观念之后，这种观念物化到我们的环境当中，我们后来人一出生就接触到了有东西南北这种观念的一个世界，可能就从来不奇怪，也不去想东西南北是什么，因为我们一生下来，地标里就有这种东西。但其实这就会使我们处于一种麻木的状态，体会不到事物最根本的本质是什么。
瓦克星给我们提供了一个机会，让我们可以问一下，在这个星球上，它的东西南北究竟是什么？
比如太阳从东边出从西边落，但在地球上我们要精确的定义正东和正西的话，必须在春秋分才能达到。但对瓦克星来说，怎么样定义它的春秋分呢？它的轨道是零乱的，不是那么规整的一个圆。
另外，我们说一天内日影最短的那个方向是南方。但瓦克星有两个太阳，你怎么定义正午时光？北极星指北是我们最常见的一个说法。但北极星的存在是一个偶然，地球是旋转的，在地球上某些时刻因为有岁差的原因，也可能看不到北极星，那我们怎么定义北？所有这一切，会迫使我们去思考究竟什么是东西南北。
我自己是走了一段弯路才认识到这个问题。
我当时认为北半球的中纬度地区的房子指向是朝南，因为采光量在这个方向上是最大的。我于是设计一个程序然后让它跑，跑了好久最后得出一个结论：算出来的方向刚好就是经线的方向，我那一刻才恍然大悟。原来东西南北的本质是来源于行星旋转那个稳定的地轴，地轴的指向稳定，它其实就可以把东西南北顺利地定义出来。
就是说我们因为生活在已经有东西南北的一个世界里，可能不去思考它怎么被创造出来。而这种不去思考的麻木僵化的思维，就是主题凿空厚壁里的“厚壁”。
这也符合刘慈欣小说里的原意，他说的厚壁不单是指要攻克的行星物理空间，从地核到地表的厚壁。还包括我们内心一开始没有认识到的真理。
我们一开始有一个错误的判断，但是随着探究把这个错误的判断消除了，我们认识到了一个更真实的，更真切的世界，这是我这次演讲主要想强调的东西。
好，下面我们看一下历法。
我们先看一下地球上的考古遗物。这是一个新石器时代的骨头，上面可以看到这些小点，它们记录了地球上月象的变化。这边是柏林的一个金属帽子，它是青铜时代人们记录时间的一种日历。
大家可以看到，通过对某种天文现象的观测，人类确定了地球上计时的一个周期。那瓦克星上最显著的天文现象是什么？
我经过一段时间的思考，得出这样的一个结论：大家现在看到的是地球上新西伯利亚地区的一次日食，这个日食的景象非常壮观。在瓦克星上其实最壮观的一个天文现象我认为就是日食，但它和地球略微不同——它是交错出现的两种日食。
一次是黄星从蓝星前面经过，一个是蓝星从黄星的前面经过。大家可以设想一下，它上面日食的场面是这样的：天空一开始有两颗恒星照耀是一种颜色，当黄星从蓝星前面经过的时候，这个世界的光线就会变得越来越暗，越来越黄。
光线颜色发生变化又慢慢复原，恢复到先前的光明程度和色彩。它会是另外一种非常壮观的情况，跟地球上先亮再变暗再变亮的过程不一样。
还有另外一个不同是它是交错的，也就是说，下一场日食的时候，天空先变暗，变蓝然后再变黄。它是交错出现的两种日食，这其实是一个非常有意思的现象，跟地球上非常不同。
看了两种日食后我们再想一下，就可以定义一种时间的周期。比如时历是一种历法。
地球上的文明成就还有一种：《尚书·尧典》里记载了先人怎么通过观测恒星的位置，来判断一年的四季。这里用到的方法就是判断恒星的位置。
在瓦克星上也可以通过观测背景的星空来确定它的时间，它不是一个简单的周期性，而是一个类周期的现象，这样我们可以定义另一种星历。
更有意思的问题是，地球上有四季的说法，它是一种农业历，农业历跟天文历的周期是吻合的。
那么在瓦克星上会成立吗？
看一下模拟。在这里我们看到两个星体的旋转，还有刚才说的光线在维度上的分布。底下这根线看到的是它能量接收大小的变化。通过分析能量接收的变化，我发现在这个星体上能量接收的周期是几年，而不是一年。
我们就可以得到一个结论：瓦克星上有着非常复杂的气候变化，它不是四季，它可能更复杂；它的周期也会远远大于一年，而是几年不重合的周期。
下面让我们进入到数学的部分。
可能很多人都有一个印象：数是非常坚实的一种东西。那我其实想让大家看一下，数其实可以有多种不同的选择。
古代埃及文明做乘法的一种方式，比如11×35，古代埃及人是先把11写在这一侧，然后35写在这一侧，然后他们一次把它们都扩大二倍，在左侧我们就得到了1248，在右侧我们得到了35、70、140、280，他们会发现1+2+8刚好是11，于是他们就把右侧的35跟70跟280加在一起，最后他们能得到一个正确的数。
这种方法可能显得非常笨非常原始，跟我们现代人用的方法不一样。我们现代人用的方法更多地依托于乘法表，我们从小就背的小九九，大九九，总共是81项。
如果地球上有古巴比伦这种文化。他是一种60进制的文明，那对于一个60进制的文明怎么去做乘法呢？难道还要背一个乘法表吗？如果背乘法表的话，总共有3600项，这是任何一个普通智力的人都做不到的。他们怎么样才能把乘法运算做出来呢？
其实是可以通过一些更巧妙的方法：通过记录一个平方表来实现。因为A+B的平方等于A的平方加上B的平方再加上2AB，用这个平方关系我们就发现，A+B和的平方，减去A的平方，再减去B的平方。这个差出来之后再除以2，刚好就是A×B。
换句话说，我们可以构造另外一种方法，只需要平方关系，然后只需要减法和除以2的操作，就能顺利的完成乘法。这其实是另外一种心路过程。
我想强调的就是：我们可以通过另外一种方法来实现乘法操作。
回到我的结语部分。
其实我们日常生活中有很多习以为常的一些观念。当来到另一个环境里时这些原有的观点就不能简单成立。我们得去设想的另外一些方法，来方便我们生活。
我想强调一种宇宙里的自省意识。古代中世纪时代的一个神学家Nicole Oresme，他的宇宙观是：上帝眷顾的世界，并不只有我们这一个世界，而是有很多很多的世界。这是一种形而上的哲学上的探讨。
头几年我们发射了Kepler卫星。上天之后，我们观测到天空中很小的一个区域，就是大家在图上看到的那个有方块的区域，已经发现了几千颗行星，这样的行星中，有一些可能还有类似地球这样有水存在的，也即是宜居带的行星。
我们的问题是：在如此浩缈的一个宇宙空间里，我们的位置究竟在哪里？
我希望我们保持一颗谦卑的心，意识到世界如此之大，有如此多的不同；同时保持一份敏感，这种敏感是可以让我们体会不同，去探究里面的东西。然后去探索这个更广阔的宇宙。
好，谢谢大家。
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