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三体中涉及到的物理学都有哪些?

小说:三体社区作者:www.santiw.com 发布时间:2019-03-11 00:35
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大刘的《三体》三部曲,是迄今在中国出版的影响最大的华语科幻小说。这一杰作的魅力,主要来自于作者宏大的想象、难以预测的情节以及幻想的主题。

三体中涉及到的物理学都有哪些?

 

 《三体》一开始就展示了三体人的令人不可思议的技术,从发射智子到派出以百分之一光速飞行的太空舰队。这支太空舰队之后还出现了可以直接进入光速飞行的第二太空舰队。可是,三体人的技术与后来的“神一样的文明”相比,完全是小巫见大巫。那种神一样的文明可以改变空间维度,甚至改变物理学规律。改变物理学规律成了文明之间战争的终极武器。最后,宇宙不得不在文明的干涉之下完全改变了演化进程。

三体中涉及到的物理学都有哪些?

 

 《三体》中的终极设定和莱姆的设想其实在超弦理论中原则上是可以实现的,这是目前最为流行的物理基础理论。弦论作为一个统一所有物理学基本规律的理论,并未预言一个唯一的宇宙。在弦论中,我们的宇宙只是所有可能的宇宙中的一个,它所遵循的物理学规律,它包含的物质形态,都是弦论中无数可能的一种。因此,设想超级智慧可以改变宇宙,改变物理学规律,并不像看上去那么异想天开。当然,物理学家还不知道弦论是否是正确的。很多实验家和理论家还在努力证明弦论就是描述这个世界的理论!

三体中涉及到的物理学都有哪些?

 

 我们抛却所有的政治因素,个人因素,接下来的推文中只会讲解和普及《三体》中所涉及到的物理学的基本规律。在后面的各章节中,我们将慢慢地从量子论和相对论开始,然后谈到《三体》三部曲中涉及的很多现代物理学以及还在发展中的物理学,如弦论中的时空观。一些更加技术性的话题,如智子涉及的量子通信,时空维度的改变,制造黑域等。。。

 首先我们需要对我们身处的地球,或者空间有一个了解。

三体中涉及到的物理学都有哪些?地球与月球

 

一切存在都不能脱离空间,这是我们的经验事实。小时候,我读过那时最流行的科普作品——《十万个为什么》,首先接触的就是一个基本事实:我们生活在地球上,地球是圆的。地球是圆的这个事实,古希腊人就知道了。毕达哥拉斯学派从球形是最完美的这个理念,推测地球是球形的。当然,地球在转动,并且不是完美的球形,而是梨状。

后来,亚里士多德从月食现象论证地球是球体:造成月食的原因是地球在月亮上的投影,由于月食的分界线总是弧形,所以地球是球形的。

三体中涉及到的物理学都有哪些?冷却的中子星

 

因为人类一直被束缚在地球上,我们很难推出空间的真正性质。首先,地球有重力,这使得人类从牛顿到爱因斯坦花了将近250年才弄清空间本身不像三角几何学告诉我们的那样是平坦的,三维空间是可以弯曲的。三维空间的弯曲不容易想象,但我们容易想象二维的弯曲空间,球面本身就是,马鞍面也是。我们在数学上将球面和马鞍面推广,就能用数学来刻画三维弯曲空间。高斯本人就曾经猜测三维空间类似地球表面,不是平坦的,也就是说在我们生活的空间中,三角形的内角和不等于180°(在球面上,一个三角形的内角和大于180°)。高斯发展了两维曲面理论,他的理论后来被黎曼推广到任意空间维度。一直等到爱因斯坦崭露头角,我们才知道三维空间真的不是平坦的,原则上与万有引力的强度有关。

三体中涉及到的物理学都有哪些?

 

我们生活在地球上,我们从小就知道这个事实了。地球又是太阳系中的一颗行星,固态,密度大,体积小,自转也不快。宇宙中类似于地球的行星,我们统称为类地行星。在距地球1.5亿千米外的是太阳。太阳发出的光要旅行8分钟以上才能到达地球。

被开除出行星队列的冥王星距离太阳是地球距离太阳的40倍左右,光从太阳发出抵达那里需要走5小时30分。当然,冥王星远远不是太阳系的边界。

三体中涉及到的物理学都有哪些?水晶球里的银河系

 

如果我们将太阳到地球的平均距离称作一个天文单位,那么从海王星开始向外走50个天文单位之中,我们会发现很多小行星,直径小的有数千米,大的有上千千米,这个区域叫柯伊伯带。

但柯伊伯带仍然远远不是太阳系的边缘。太阳引力统治的最远的地方是奥尔特云,距离太阳有5万~10万天文单位,最远处超过了1光年。奥尔特云中存在很多彗星。这些物质是50亿年前太阳和行星形成之后残留下来的。

接着,我们就旅行到了比邻星,也就是《三体》中的三体星了,从这三颗相互绕行的恒星回望,地球已在4.2光年的远方,三星系统在我们所处的银河系中并不罕见。

三体中涉及到的物理学都有哪些?M33/三角星系

 

 银河系有多大?银河系不是整个宇宙,这个事实直到20世纪30年代才被发现。在银河系中,存在着2000亿~3000亿颗恒星。银河系像一个银盘,最大直径有10万光年。也就是说,光从银河系一端走到另一端的时候,非洲智人也从非洲走出,一直走到今天。

银河系的中心厚度有1.2万光年。我们的太阳位于银河系的一个小旋臂猎户臂上,从太阳到银心的距离有2.6万光年。

 这样的距离已经不能用我们现有的任何距离单位来表达了!这便是我们身处的空间,当然真正的宇宙比这大的多的多的多!

 

 如果大家有不明白的知识点,可以在留言中提出,可以在下一期的推文中写到。

 

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