
制作一份全宇宙通用的禮物,一共分幾步?
簡介:來自人類的禮物已發貨,待查收…
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絕密★啟用前
2024年普通大學生統一考試(地球卷)
宇宙通訊學
一、暢享未來(滿分35分)
請結合材料自由發揮
來自20世紀晚期行星地球的李明想要給銀河系其他朋友們送一份禮物,假如你是李明,請用通用語言制作一份禮物介紹你的家鄉,并向大家問好。題材不限,成本有限。
假如我是李明…
第一步,分析題干:
李明來自行星地球,通訊對象是銀河系的其他朋友,所使用的語言是銀河系通用語言,禮物內容是介紹地球并向大家問好,同時要控制成本。
第二步,查閱地圖:
根據基礎知識可知,行星地球位于太陽系,查閱地圖發現太陽系位于獵戶支臂。結合題干,李明所處的時代是20世紀晚期,地球的星際間通訊技術還十分有限,所以向銀河系其他朋友運輸禮物的唯一選擇就是用飛行器攜帶,然后被通訊技術較為發達的朋友主動捕獲并簽收。沒錯,這樣最節約成本了!
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銀河系地圖
第三步,確定形式:
如果用飛行器攜帶,這個禮物注定不能太大,而且要引人注目,這樣的話……送金子怎么樣?!畢竟這種超新星爆發后的產物,在整個銀河系都是硬通貨吧!可是金子怎么攜帶信息呢?在金子里包一塊硬盤,收到后再解碼?恐怕經過那么長時間,硬盤都成了老古董了吧。不行,必須要選定一個耐長久運輸的形式。不如,直接在金子上寫字呢?
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先驅者10號和11號鍍金鋁板
可以,但是內容確實有點少了,畢竟我們要介紹地球還要向大家問好呢!人類問好或者介紹某一事物的最簡單的方式,就是直接說,也就是聲音。有沒有辦法把聲音直接傳過去呢?聲音,用一種固態的方式記錄……這不就是唱片嘛!將各種語言的問好聲音記錄下來,將介紹地球的聲音也記錄下來,全都刻到金子上,讓朋友們去解密好了。金子有點軟,還有點貴,沒關系,用銅刻錄,表面鍍金,既降低成本,又能長期保存。
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旅行者金唱片
第四步,選擇內容:
來自地球不同地方的人,說著不一樣的語言,但是在浩瀚未知的星空面前,人類卻是一個整體,每一份子都不可拋卻——因此,來自世界各地不同語言或方言的祝福語,應該都被囊括在這份禮物中,因為,這是來自人類這整個文明的禮物。
世界55種問候語
中國的粵語、普通話、吳語均有收錄
語言或許是不同的,但音樂卻是共通的。作為人類文明的重要遺產之一,音樂溝通了不同語言、不同時代的靈魂,傾訴了千百年來永恒不變的情感,說不定,有一首歌會跨越光年之外打動另一個星系的靈魂呢?
中國入選曲《流水》
期待高山流水覓得知音
以聲音的方式傳播圖片?
聲音的傳播形式是波,唱針劃過唱片起伏的表面,唱針的震動便產生了模擬信號,那么有沒有可能用這種信號記錄圖片呢?
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左右滑動觀看
圖片,是一個一個的像素點,按照一定的順序排列形成的,這跟風靡一時的“電子十字繡”非常相似。如果我們想要傳輸一張“IGG”標識的圖片,以表示李明來自于地質地球所。那么,我們首先要把有顏色的地方標記為1,沒有顏色的地方標記為0,將它們按順序傳輸出去。收到一串數字的朋友,只需要將這些數字,按照6個一組的順序從下到上排列出來,再將不同的值賦予不同的顏色,就可以看到我們所傳輸的圖像啦!
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理論可行,實踐開始!首先將這張圖片上每一個像素點賦予不同的值,比如顏色深的是0.99,顏色淺的是0.01。然后將這個保留了數值信息的表格(也就是矩陣),切成一列一列的,從下到上,首尾相連,我們就得到了一連串的數字。數字的大小,就作為波上每個位點的大小(也就是振幅),這樣我們就可以“聽到”這張照片啦!
一起來“聽”照片
仔細聽,左右雙聲道記錄了不同的照片
禮物使用說明書
除了照片需要解碼以外,這份禮物似乎并不復雜,只需要擺上唱針就可以聽到來自地球的聲音。但是,如何向一個從未見過唱片的“人”說明它的使用方法呢?
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這張唱片,一面記錄了聲音信息,一面記錄了圖片信息,它的封面上就可以用來寫使用說明書。要正確地使用唱片,需要將唱針按固定的速度劃過唱片,但是如何向大家解釋地球的時間和長度呢?
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21厘米線(來自維基百科)
能夠拿到這一禮物的朋友,一定具備了星際旅行的能力,那么他們肯定對氫這個宇宙中最多的元素有充分的認識,不如就把氫原子作為交流的第一個話題!
氫原子由一個質子和一個電子組成,電子繞著質子轉,就像是月亮繞著地球轉,同時二者又有自轉。有的時候,電子和質子自轉的方向是相同的,也就是同向旋轉;有的時候相反,也就是異向旋轉,前者比后者的能量高一點點。
二者的能量不同,那由高能量的狀態變成低能量時,就會以電磁波的形式向外釋放能量,這個電磁波具有1420MHz的能量和21.1cm的波長,計算可得它的周期是7.04×10-10s,所以在這份禮物上,1單位長度是21.1厘米,1單位時間是7.04×10-10秒。
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金唱片使用說明書(NASA)
好啦,現在萬事具備,開始解密!左上方是唱片的播放說明,根據二進制換算成“當地”常用進制的時間,如地球使用十進制,就讓唱針以3.6秒/圈的速度劃過表面,唱片就能正確播放了,下方的橫線則表示播放一面的時長約為53分鐘。
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左下方像煙花一樣的符號標記了太陽系在銀河系的相對位置,向右延伸的橫線指向的是銀河系中心的位置,而其他的14條線則指向14顆脈沖星,脈沖星就是一類被稱為“星際旅行宇宙燈塔”的天體。這些指向脈沖星的線的尾部,標記了二進制符號,表示的是脈沖星周期。同時,脈沖星的周期會逐漸變慢,接收人根據唱片標記的脈沖星周期與當下的差距,就可以推斷出這份禮物的發貨時間。不過,唱片的表面也涂了一層高純度的鈾238,這種放射性元素衰變到一半需要的時間約為44.7億年,通過測得它剩余量也可以推斷出發貨時間。
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金唱片收錄的部分照片(滑動觀看)
右上角就是照片的解譯說明啦。第一張圖表示了圖片起始波形圖,換算后顯示波的掃描周期是8.34毫秒;第二張圖表示了開始掃描后,會看到的波的形狀;第三張圖表示了像素的填充方法,也就是從下往上填充384個像素點后,換行,重復,一共填充512個周期,這樣就可以獲得一張圖片,總耗時是4.27秒。最后一張圖就是一張圓形的校驗圖,如果以上每一步都做對了,解譯出來的第一張圖就是這個樣子。
尾聲
如果外星的科學家能夠讀懂這份說明書,他們將獲得對地球的全面認識,盡管這將需要很久,因為攜帶這份禮物的“快遞員”依然孤獨地行駛在無涯的時間中。
或許,宇宙真的寂靜無聲,能夠收到禮物的是發展了數代、能夠擁有星際旅行能力的未來人類,那時,他們將拂去歲月的塵埃,拆封這份古老的記憶。
又或許,在獲得星際旅行能力之前,人類早已不復存在,這將是人類“活過、愛過、寫過”的證明,因為我們確實“把字刻在石頭上”了。
小彩蛋
“李明”確有其人
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對這道“考題”進行作答的是卡爾·薩根博士及其團隊,唱片的內容包括:115張圖像和1張校驗圖,各種自然聲音(海浪、雷聲、鳥鳴等),來自不同時代和文化的歌曲,55種語言(或方言)的問候語。攜帶這份禮物的“快遞員”是兩艘旅行者探測器,發貨時間是1977年。
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正如卡爾·薩根博士所言:“只有在星際空間存在先進的太空文明的情況下,探測器才會被發現,唱片才會被播放。但是將這個(含有地球信息的)“漂流瓶”投入宇宙這個“汪洋大海”中,表明了這個星球上的生命(依然對其他文明的存在)充滿希望。”
值得一提的是,唱片中還包括了一段摩斯電碼的聲音,內容是ad astra per aspera,這句拉丁語的意思是“循此苦旅,終抵繁星”——這是我們對這個遙遠的旅行者最美好的祝愿。
美編:韓雅彤
校對:劉淇郡
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