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前一段时间,英国著名物理学家斯蒂芬?霍金不断发出惊人的言论。他说,人类完全有能力利用自然规律实现“穿越时空”,他还极力推崇制造“时间机器”。他甚至显得有些急切:“我们的人口和地球上的资源成反比,而技术的更新,也不一定会让我们的环境变得更好,因为我们人类的遗传基因中决定了自己的自私,所以我们生存的更多机会是将目光瞄准其他星球,寻找适合人类居住的行星。”
“时间旅行”,仅仅是一个梦吗?
从地球出发,载人向宇宙深处寻找“人类的第二家园”,是非常困难的。在很短的时间内几乎难以做到。霍金说:“困难是肯定的,但人类必须具备这种探索意识,我们可以花30年在月球上建立基地,花50年到达火星,花 200年探索系外行星等。”
霍金在新著《大设计》中,首次否定上帝创造宇宙的认识。“上帝在宇宙中没有位置,我们身处的宇宙,只不过是自发地从无到有出现的许多宇宙中的一个。”霍金阐述,“假设宇宙中真有上帝存在的话,其实也只是一部关于科学的法律书,并非一个你提出要求就帮助你满足的神。”
霍金不承认上帝,他认为物理上的时空挪转比上帝更无限。首先他把时间看成第四维。任何物体都有特定的长度、宽度和高度,但除此以外还有另外一种“度”,这个度就是时间。而“时间旅行”就意味着要穿过第四维时空。
要理解这个概念并不难,就拿开汽车来打比方吧。直进是第一维度,转左或转右是第二维度,在山路上爬上爬下带来高度的变化,就是第三维度。但穿越第四维度时间,怎样才能实现?俄罗斯物理学家认为:欧洲的大型强子对撞机,可用来帮助进行“时间旅行”。但启动这种超级功能,只会发生在对撞机能量满负荷运行时。现在仅仅是一种设想。
大家都知道,关于“时间旅行”的科幻电影,离不开一个能耗极高的巨型机器,这台机器能打开一个穿越第四维时空的通道,也就是“时间隧道”。一个改写时间的勇敢旅行者,或许有些莽撞,但他完全可以踏进“时间隧道”前往下一个未知的时代……这个概念,现在已不属于空想,而有些“脚踏实地”,因为在一些物理学家的计算中不断出现。
很多物理学家在为进入“时间隧道”做着努力,并为此设定了一个新名词——“虫洞”。他们的基本认识是:任何物质都不是彻底平滑没有空隙的,如果近距离看,一样会发现上面有小洞和裂痕,这是一个基本的物理法则,就连时间也是如此。
虫洞,就是一些细小的通道,也可以说是穿越时空的“捷径”。它们在整个量子世界中不断地形成、消失、再形成连接。在最小的刻度下——比分子甚至原子都小,我们来到一个称为量子泡沫的地方,这便是虫洞存在之处。但这些真实存在的“时空隧道”,只有10的负33次方厘米大小。可这么小,人类根本不可能借此通行呀!
有些科学家认为,人类可以截获这样一个虫洞,然后将它扩大数亿亿亿倍,足以让一个人、甚至是一艘太空船从中通过,只要有足够的能源和超前的科技,或许还可以在宇宙中制造出巨大的虫洞来。
按照理论物理学的解释,虫洞是连接不同时间和空间的隧道,它的入口可能只有一粒尘埃那样大,也完全可以有一座房子、一颗行星,甚至有一颗恒星大。
到目前为止,这仅仅是一种不断升级的设想,或许很难实现。但如果真的可行,那将是一项非常了不起的创举,它的一端在距离地球不远的地方,另一端则位于一颗离我们无比遥远的行星附近。
“时间机器”,渐行渐近的科学构想
如果说,早些时候“时间旅行”还被认为是科幻小说里的幻想,今天,它已突然成为理论物理学家最宠爱的项目。在20世纪以前的科学界,“时间旅行”一度被认为是歪理邪说;但21世纪来临后,完全不同了。加利福尼亚技术学院著名物理学家基普?索恩曾在他的演讲中说道:“时间旅行曾是作家的专属领域,严肃的科学家像躲避瘟疫一样避开它。可如今,在严肃的科学期刊中,可以经常看到优秀理论物理学家撰写的对时间旅行的分析文章。”
源于“时间旅行”概念的推出,很多科学家正在设计各种各样的“时间机器”。最主要的一种就是欧洲的大型强子对撞机,对撞机建成于2008年秋季,位于法国和瑞士交界处。科学家们试图用接近光速的速度让质子束相撞。正如所料,此设备可以提供有关粒子和能量在太空运行的新契机,以及模拟大爆炸后宇宙的再生条件。
对撞机启动后,人们害怕形成可以吞噬地球的巨型黑洞。但是科学家们很快发表声明说,运行粒子对撞机可能造成的黑洞非常有限,这些黑洞要么小得用显微镜才能看到,要么大得可以让人们穿越时空,仅仅能成为“时间旅行”的工具而已。
这个新奇的观点,是由两位斯捷克洛夫物理和数学研究所的博士提出的;一位叫伊丽?阿雷菲耶娃,另一位叫伊戈尔?沃洛维奇。沃洛维奇说:“‘时间旅行’符合现代理论数学物理的原理。而当高能量的粒子相撞时,就有可能使这种‘虫洞’出现,甚至将‘虫洞’有一定限度地放大。但应该看到,依靠现有顶尖技术,即使能量再高,也是有极限的。这就是说,欧洲大型强子对撞机未来一旦成功爆发出足够能量,或许是促成‘时间机器’出笼的直接原因。”
科学家指出,要想造出这样的“时间机器”,必须让时间和空间像一个圆环一样封闭,大型强子对撞机能做到这一点。而有关“虫洞”或“时间隧道”的入口大小,就像建设“时间机器”的起落机场一样,取决于它通航的时空路线和运送规模。毕竟,运送一个光子穿越时空与运送一群游客穿越时空,是完全不同的。
在物理性质方面,“虫洞”的入口与“黑洞”的入口非常相似。完全不同的是,人被“黑洞”吸走就回不来了,而穿越“虫洞”之后,你还可以再回来。有些科学家预测,通过穿越“虫洞”,你可以到另一个星系或另一个宇宙,甚至你也可以回到过去。
“回到过去”,最终被否
“回到过去”,这简直有点儿不可思议。新的物理理论假想是这样的,如果“虫洞”的两个端口,设置的地点相同,但时间不同,那飞船穿越虫洞之后,你将回到遥远的过去,或许遥远年代的恐龙还可以目睹这艘飞船的从天而降。 但是,“回到过去”的“时间旅行”,本身就存在问题——一个人通过虫洞,可以看到他一分钟以前的自我吗?如果他利用虫洞向以前的自我开枪,会发生什么事情?他现在已经一命呜呼了,那又是谁开的枪呢?这是一个说不清的悖论。有这种“时间机器”,就完全违反整个宇宙所遵循的基本规则。
回到过去的时间旅行,应该永远不会上演。对于寻找恐龙的人来说,这会令他们大失所望;对于历史学家而言,他们可以彻底解脱了。
其实,时间就像河流,我们每一个人仿佛被时光的流动无情地卷走。从“虫洞”回到过去?此路显然不通。时间就是一条直线,向前奔流,永不回头。时光以不同速度、在不同地点流动,人倒是完全可以搭上前行的一班车,找到通向未来的“金钥匙”。
“快与慢”:问题的核心所在
“时间机器”一词,最早出现在1895年威尔斯的小说《时间机器》里,那时的设想只是作者的幻想,直到狭义相对论与广义相对论相继问世,这一设想开始有了一定的物理学根据。
1975年,美国马里兰州大学的卡洛尔?阿利教授制造了两个原子钟,将其中一个放在地面,另外一个放在飞机上在空中飞行数小时。当机载的原子钟回到地面时,阿利教授将两个原子钟进行了对比,结果发现,地面上的原子钟比空中的慢了不到一秒的时间。再如,每一艘太空飞船内部都有一台运行精确的钟表。虽然如此精确,但每天仍会比地球快十亿分之一秒左右。
100多年前,爱因斯坦最早提出了“快与慢”这一概念。他认为,世上应该存在让时间慢下来的地方,以及让时间加速的地方。霍金说,在近地球的太空范围,越靠近地球,越会使时间变慢一些。科学研究发现,物质会减缓时间运行速度,就像是河的下游一样。物体越重,对时间的阻力越大。这种惊人的事实,为通向未来的时间旅行开启了大门。
恰恰在银河系中心,距离地球2.6万光年远的地方,拥有银河系中最重的天体——一个质量相当于400万个太阳的超大质量黑洞,在自身引力作用下,它被压缩为一个点。这样的超大质量黑洞,对时间具有显著的影响,令时间变慢的速度远远超过银河系中的任何物体。这个超大质量黑洞,是一台“天生的时间机器”。
如果某个航天机构正在控制从地球发射的探测器,他们会发现绕运行轨道一圈的时间为16分钟的地球时间。对于飞船上的勇敢者来说,因靠近这个超大质量物体,相对地球时间就会慢下来。在这里,引力影响远比地球引力来得更极端。机组人员的所用时间(参照地球)将会减慢一半。原本每圈要耗费地球时间16分钟,他们其实仅经历了8分钟,因为那里的时间走得非常慢,秒针慢腾腾的,像被什么东西拉住了。
想象一下,当飞船及机组人员绕这个黑洞运行5年的地球时间时,地球上已经过去了10年。当他们回到家乡,地球上的人比他们老了5岁。所以,超大质量黑洞,就是一台变形的“时间机器”。
接近光速,飞向未来
以接近于光的速度飞行,可以将人类送达未来世界,走入宇宙新家园。这是科学家最大的梦想。人类先在地球上建造货真价实的“时间机器”后,然后在里面装载着巨量燃料,令其加速至接近于光速,在全负荷动力运行下,无故障地驶出太阳系,最短仍需要6年时间。
由于酷似“时间机器”的飞船比较庞大和沉重,最初的加速度相对平缓。随着时间的推移,飞船速度非常快。一年以后,到达系外行星。两年后,它的速度将达到光速的一半,距离太阳系越来越遥远,再过两年它可能会已经达到光速的90%。在发射4年后,飞船距离地球48万亿公里远,这意味着飞船将开始“时间旅行”,飞船变成了“时间机器”。届时,它的速度接近于光速,在船上待1天,相当于在地球上待两天。
再经过另外两年全负荷动力飞行,飞船将到达其最高速度——相当于光速的99%。在这一速度下,在船上待1天,那就意味着在地球上度过1年的时间。飞船确实“飞进”了未来世界。从理论上讲,这意味着我们一生当中可以跨越无尽的距离。
遐想一下,当人从太空再次返回地球、走出飞船时,你也许只衰老了7岁,可是地球却已经过去了难以数计的万年历程。所以从某种意义上说,你穿越时空来到了地球的未来。
“时间机器”,或仅仅是一种伟大的梦想
“穿越时空”,前往未来是有可能性的,但目前人类文明远远达不到这个能力。一些美国科学家说,“时间机器”纯粹只是一种伟大的梦想而已。打开“时间隧道”,进入“虫洞”,需要一颗恒星的能量,人类眼下无法办到。
美国纽约城市大学物理学家、《多维空间》和《平行世界》一书的作者米奇奥·卡库说:“虫洞能通向未来,但我们必须非常谨慎,操作一台‘时间机器’所需的‘汽油’,远远不是我们的现代科技所能控制的事。”
卡库解释称,在时空结构中制造出一个“虫洞”,所需能量非常巨大,或者需要掌控负能量,这显然都不是人类可以办到的事情。
某些物理学理论认为,宇宙大爆炸时所产生的威力,应该形成了无数细长并且能量高度集聚的细管,这种管子被称做“宇宙弦”,它有点像蜘蛛丝,但远比原子细小,一厘米的宇宙弦比整座喜马拉雅山的质量还大,根据这一理论,宇宙弦要么伸展到无穷远处,要么形成闭合的无限长的环圈。这种特殊时刻产生的能量,可以把当时无秩序状态的人,送入太空旅行。但这个时候,人是无法生存下去的。那种能量大爆发,往往是大灾难的来临。
由于“宇宙弦”拥有庞大的能量,所以科学家认为它也能弯曲附近的时空,据美国普林斯顿大学天体物理学家理查德·戈特称,当两个“宇宙弦”互相平行时,将会造成时空的特别弯曲,在这样的条件下,“时空旅行”和“时空机器”都将成为可能。可是,如果没有超级文明,是很难控制这种宇宙大爆炸的走向,它远远超出了人类的技术能力。控制地球资源与能量的科技文明,还需要跨越漫长的时日才能解决,况且如何度过这么具有挑战性的突发事件也是巨大的难题。
“时间旅行”,仅仅是一个梦吗?
从地球出发,载人向宇宙深处寻找“人类的第二家园”,是非常困难的。在很短的时间内几乎难以做到。霍金说:“困难是肯定的,但人类必须具备这种探索意识,我们可以花30年在月球上建立基地,花50年到达火星,花 200年探索系外行星等。”
霍金在新著《大设计》中,首次否定上帝创造宇宙的认识。“上帝在宇宙中没有位置,我们身处的宇宙,只不过是自发地从无到有出现的许多宇宙中的一个。”霍金阐述,“假设宇宙中真有上帝存在的话,其实也只是一部关于科学的法律书,并非一个你提出要求就帮助你满足的神。”
霍金不承认上帝,他认为物理上的时空挪转比上帝更无限。首先他把时间看成第四维。任何物体都有特定的长度、宽度和高度,但除此以外还有另外一种“度”,这个度就是时间。而“时间旅行”就意味着要穿过第四维时空。
要理解这个概念并不难,就拿开汽车来打比方吧。直进是第一维度,转左或转右是第二维度,在山路上爬上爬下带来高度的变化,就是第三维度。但穿越第四维度时间,怎样才能实现?俄罗斯物理学家认为:欧洲的大型强子对撞机,可用来帮助进行“时间旅行”。但启动这种超级功能,只会发生在对撞机能量满负荷运行时。现在仅仅是一种设想。
大家都知道,关于“时间旅行”的科幻电影,离不开一个能耗极高的巨型机器,这台机器能打开一个穿越第四维时空的通道,也就是“时间隧道”。一个改写时间的勇敢旅行者,或许有些莽撞,但他完全可以踏进“时间隧道”前往下一个未知的时代……这个概念,现在已不属于空想,而有些“脚踏实地”,因为在一些物理学家的计算中不断出现。
很多物理学家在为进入“时间隧道”做着努力,并为此设定了一个新名词——“虫洞”。他们的基本认识是:任何物质都不是彻底平滑没有空隙的,如果近距离看,一样会发现上面有小洞和裂痕,这是一个基本的物理法则,就连时间也是如此。
虫洞,就是一些细小的通道,也可以说是穿越时空的“捷径”。它们在整个量子世界中不断地形成、消失、再形成连接。在最小的刻度下——比分子甚至原子都小,我们来到一个称为量子泡沫的地方,这便是虫洞存在之处。但这些真实存在的“时空隧道”,只有10的负33次方厘米大小。可这么小,人类根本不可能借此通行呀!
有些科学家认为,人类可以截获这样一个虫洞,然后将它扩大数亿亿亿倍,足以让一个人、甚至是一艘太空船从中通过,只要有足够的能源和超前的科技,或许还可以在宇宙中制造出巨大的虫洞来。
按照理论物理学的解释,虫洞是连接不同时间和空间的隧道,它的入口可能只有一粒尘埃那样大,也完全可以有一座房子、一颗行星,甚至有一颗恒星大。
到目前为止,这仅仅是一种不断升级的设想,或许很难实现。但如果真的可行,那将是一项非常了不起的创举,它的一端在距离地球不远的地方,另一端则位于一颗离我们无比遥远的行星附近。
“时间机器”,渐行渐近的科学构想
如果说,早些时候“时间旅行”还被认为是科幻小说里的幻想,今天,它已突然成为理论物理学家最宠爱的项目。在20世纪以前的科学界,“时间旅行”一度被认为是歪理邪说;但21世纪来临后,完全不同了。加利福尼亚技术学院著名物理学家基普?索恩曾在他的演讲中说道:“时间旅行曾是作家的专属领域,严肃的科学家像躲避瘟疫一样避开它。可如今,在严肃的科学期刊中,可以经常看到优秀理论物理学家撰写的对时间旅行的分析文章。”
源于“时间旅行”概念的推出,很多科学家正在设计各种各样的“时间机器”。最主要的一种就是欧洲的大型强子对撞机,对撞机建成于2008年秋季,位于法国和瑞士交界处。科学家们试图用接近光速的速度让质子束相撞。正如所料,此设备可以提供有关粒子和能量在太空运行的新契机,以及模拟大爆炸后宇宙的再生条件。
对撞机启动后,人们害怕形成可以吞噬地球的巨型黑洞。但是科学家们很快发表声明说,运行粒子对撞机可能造成的黑洞非常有限,这些黑洞要么小得用显微镜才能看到,要么大得可以让人们穿越时空,仅仅能成为“时间旅行”的工具而已。
这个新奇的观点,是由两位斯捷克洛夫物理和数学研究所的博士提出的;一位叫伊丽?阿雷菲耶娃,另一位叫伊戈尔?沃洛维奇。沃洛维奇说:“‘时间旅行’符合现代理论数学物理的原理。而当高能量的粒子相撞时,就有可能使这种‘虫洞’出现,甚至将‘虫洞’有一定限度地放大。但应该看到,依靠现有顶尖技术,即使能量再高,也是有极限的。这就是说,欧洲大型强子对撞机未来一旦成功爆发出足够能量,或许是促成‘时间机器’出笼的直接原因。”
科学家指出,要想造出这样的“时间机器”,必须让时间和空间像一个圆环一样封闭,大型强子对撞机能做到这一点。而有关“虫洞”或“时间隧道”的入口大小,就像建设“时间机器”的起落机场一样,取决于它通航的时空路线和运送规模。毕竟,运送一个光子穿越时空与运送一群游客穿越时空,是完全不同的。
在物理性质方面,“虫洞”的入口与“黑洞”的入口非常相似。完全不同的是,人被“黑洞”吸走就回不来了,而穿越“虫洞”之后,你还可以再回来。有些科学家预测,通过穿越“虫洞”,你可以到另一个星系或另一个宇宙,甚至你也可以回到过去。
“回到过去”,最终被否
“回到过去”,这简直有点儿不可思议。新的物理理论假想是这样的,如果“虫洞”的两个端口,设置的地点相同,但时间不同,那飞船穿越虫洞之后,你将回到遥远的过去,或许遥远年代的恐龙还可以目睹这艘飞船的从天而降。 但是,“回到过去”的“时间旅行”,本身就存在问题——一个人通过虫洞,可以看到他一分钟以前的自我吗?如果他利用虫洞向以前的自我开枪,会发生什么事情?他现在已经一命呜呼了,那又是谁开的枪呢?这是一个说不清的悖论。有这种“时间机器”,就完全违反整个宇宙所遵循的基本规则。
回到过去的时间旅行,应该永远不会上演。对于寻找恐龙的人来说,这会令他们大失所望;对于历史学家而言,他们可以彻底解脱了。
其实,时间就像河流,我们每一个人仿佛被时光的流动无情地卷走。从“虫洞”回到过去?此路显然不通。时间就是一条直线,向前奔流,永不回头。时光以不同速度、在不同地点流动,人倒是完全可以搭上前行的一班车,找到通向未来的“金钥匙”。
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“快与慢”:问题的核心所在
“时间机器”一词,最早出现在1895年威尔斯的小说《时间机器》里,那时的设想只是作者的幻想,直到狭义相对论与广义相对论相继问世,这一设想开始有了一定的物理学根据。
1975年,美国马里兰州大学的卡洛尔?阿利教授制造了两个原子钟,将其中一个放在地面,另外一个放在飞机上在空中飞行数小时。当机载的原子钟回到地面时,阿利教授将两个原子钟进行了对比,结果发现,地面上的原子钟比空中的慢了不到一秒的时间。再如,每一艘太空飞船内部都有一台运行精确的钟表。虽然如此精确,但每天仍会比地球快十亿分之一秒左右。
100多年前,爱因斯坦最早提出了“快与慢”这一概念。他认为,世上应该存在让时间慢下来的地方,以及让时间加速的地方。霍金说,在近地球的太空范围,越靠近地球,越会使时间变慢一些。科学研究发现,物质会减缓时间运行速度,就像是河的下游一样。物体越重,对时间的阻力越大。这种惊人的事实,为通向未来的时间旅行开启了大门。
恰恰在银河系中心,距离地球2.6万光年远的地方,拥有银河系中最重的天体——一个质量相当于400万个太阳的超大质量黑洞,在自身引力作用下,它被压缩为一个点。这样的超大质量黑洞,对时间具有显著的影响,令时间变慢的速度远远超过银河系中的任何物体。这个超大质量黑洞,是一台“天生的时间机器”。
如果某个航天机构正在控制从地球发射的探测器,他们会发现绕运行轨道一圈的时间为16分钟的地球时间。对于飞船上的勇敢者来说,因靠近这个超大质量物体,相对地球时间就会慢下来。在这里,引力影响远比地球引力来得更极端。机组人员的所用时间(参照地球)将会减慢一半。原本每圈要耗费地球时间16分钟,他们其实仅经历了8分钟,因为那里的时间走得非常慢,秒针慢腾腾的,像被什么东西拉住了。
想象一下,当飞船及机组人员绕这个黑洞运行5年的地球时间时,地球上已经过去了10年。当他们回到家乡,地球上的人比他们老了5岁。所以,超大质量黑洞,就是一台变形的“时间机器”。
接近光速,飞向未来
以接近于光的速度飞行,可以将人类送达未来世界,走入宇宙新家园。这是科学家最大的梦想。人类先在地球上建造货真价实的“时间机器”后,然后在里面装载着巨量燃料,令其加速至接近于光速,在全负荷动力运行下,无故障地驶出太阳系,最短仍需要6年时间。
由于酷似“时间机器”的飞船比较庞大和沉重,最初的加速度相对平缓。随着时间的推移,飞船速度非常快。一年以后,到达系外行星。两年后,它的速度将达到光速的一半,距离太阳系越来越遥远,再过两年它可能会已经达到光速的90%。在发射4年后,飞船距离地球48万亿公里远,这意味着飞船将开始“时间旅行”,飞船变成了“时间机器”。届时,它的速度接近于光速,在船上待1天,相当于在地球上待两天。
再经过另外两年全负荷动力飞行,飞船将到达其最高速度——相当于光速的99%。在这一速度下,在船上待1天,那就意味着在地球上度过1年的时间。飞船确实“飞进”了未来世界。从理论上讲,这意味着我们一生当中可以跨越无尽的距离。
遐想一下,当人从太空再次返回地球、走出飞船时,你也许只衰老了7岁,可是地球却已经过去了难以数计的万年历程。所以从某种意义上说,你穿越时空来到了地球的未来。
“时间机器”,或仅仅是一种伟大的梦想
“穿越时空”,前往未来是有可能性的,但目前人类文明远远达不到这个能力。一些美国科学家说,“时间机器”纯粹只是一种伟大的梦想而已。打开“时间隧道”,进入“虫洞”,需要一颗恒星的能量,人类眼下无法办到。
美国纽约城市大学物理学家、《多维空间》和《平行世界》一书的作者米奇奥·卡库说:“虫洞能通向未来,但我们必须非常谨慎,操作一台‘时间机器’所需的‘汽油’,远远不是我们的现代科技所能控制的事。”
卡库解释称,在时空结构中制造出一个“虫洞”,所需能量非常巨大,或者需要掌控负能量,这显然都不是人类可以办到的事情。
某些物理学理论认为,宇宙大爆炸时所产生的威力,应该形成了无数细长并且能量高度集聚的细管,这种管子被称做“宇宙弦”,它有点像蜘蛛丝,但远比原子细小,一厘米的宇宙弦比整座喜马拉雅山的质量还大,根据这一理论,宇宙弦要么伸展到无穷远处,要么形成闭合的无限长的环圈。这种特殊时刻产生的能量,可以把当时无秩序状态的人,送入太空旅行。但这个时候,人是无法生存下去的。那种能量大爆发,往往是大灾难的来临。
由于“宇宙弦”拥有庞大的能量,所以科学家认为它也能弯曲附近的时空,据美国普林斯顿大学天体物理学家理查德·戈特称,当两个“宇宙弦”互相平行时,将会造成时空的特别弯曲,在这样的条件下,“时空旅行”和“时空机器”都将成为可能。可是,如果没有超级文明,是很难控制这种宇宙大爆炸的走向,它远远超出了人类的技术能力。控制地球资源与能量的科技文明,还需要跨越漫长的时日才能解决,况且如何度过这么具有挑战性的突发事件也是巨大的难题。