三体

三体中涉及到方方面面的物理学,有很多很多。其中有个东西很关键。三体星人是处于一个三颗恒星系统中的智慧生命。他们的行星受到三颗恒星的影响,使得三体星人受到的周期变成和我们地球人不一样,地球绕着太阳转,是很规律的,一年有四季,夏天比较热,冬天比较冷,春天和秋天比较舒服。但是三颗恒星在一起是没有规律的变化,所以三体星人经常被毁灭,他们的文明经常会被毁灭,然后重新再诞生。后来他们的文明先进到什么程度呢,他们可以把自己脱水,变成了一张皮,然后把它收起来,比如说藏在很深的山洞里面,免得被三颗恒星烤焦。等三颗恒星变得更加规律的时候,他们又出来了。那时候也许就像我们地球一样,有四季变化。

三体星为什么会运行不规律。这件事情非常有意思,在物理学里面经常见到,叫混沌系统,所谓混沌系统就是乱七八糟的,没规律。

来自于广州的中山大学, 在广州中山大学天文与 空间科学研究院做院长的李淼谈到:

举一个最简单的例子,打桌球,大家都知道打桌球是球在长方形的四个壁上来回反射,这个反射有规律,如果一个球顺着一个斜线打到壁上,它可以反弹出来,它反弹出来的角跟入射的角是一样大的。这个是有规律的。但是时间长了以后你会发现,这个球被四个壁来回来回反弹,最后完全没有办法预言它的轨迹,变的非常混乱,就不像地球绕着太阳转那么规律,没有办法预言。

三颗恒星放在一起也是这样的,不像地球绕着太阳转是规律的,它们互不相干的绕,乱七八糟的,没有办法预言。这就是刘慈欣在《三体》里面设计的这么一个故事,非常有意思。为什么三体星人要入侵地球呢?很简单,因为他们经常被毁灭。

三体星人为了逃避不断发生的灾难,要入侵地球。这个灾难的源头就是三颗恒星运行的不规律,他们有三个太阳,就像我们的古代传说一样有九个太阳,被羿给射掉了八个。他们有三颗,大家经常发现一颗太阳会突然靠近他们,或者是两颗太阳突然靠近他们,甚至是三颗太阳同时靠近他们,那就完全把这个行星烤化了,更不要说整个文明了。

其实我要指出这一点,非常重要的一点,物理学,刘慈欣的设定没有问题,三颗恒星如果形成了三星系统,会出现这种非常不规律的变化,而且在银河系里面。三星系统也占了千分之几,并不很少,所以挺多。这说明刘慈欣的设定是没错,但是他在书里写了一个东西有点问题。他说这个三体星其实就是靠我们最近的恒星,那个恒星叫比邻星。确实是靠我们最近的恒星和另外两个恒星形成了三星系统。为什么说大刘的设定有问题呢,其实他后来也发现了问题。这个问题还蛮大,他说离我们最近的三星系统大约有4.2光年。换句话说光从那边发出到我们这边来,已经是4.2年前发出的,非常遥远。比如说太阳发出的光,其实你是看到的光,是8分钟之前来的。8分钟和4.2年比,那是少很多。光跑8分钟跑了多远?1.5亿公里。你可以换算一下跑4.2年得跑多少亿公里,所以非常遥远。

但是尽管遥远,它也是距离我们最近的三颗恒星,其中两颗恒星我们古代人已经知道了,一个叫南门A,一个叫南门B,就是南门星。我们中国人都知道有南门星。而比邻星是非常非常小的一个恒星,肉眼看不到。一百年前被欧洲的一个天文学家用望远镜发现了,一测,也是离我们大约有4.2光年。所以就推测这颗比邻星是离我们最近的一个恒星,是跟南门A和南门B形成一个三星系统。

确实是存在这么一个三星系统,所以刘慈欣拿来作为他的设定,三体人就在那。但问题出在什么地方呢?其实这三个系统,在我看来还是比较稳定的,为什么比较稳定呢?首先我们知道,两颗恒星互相绕着转是稳定的,这就有点像地球绕着太阳转一样,只不过是地球比太阳的质量小很多,体积是小了一百万倍。所以基本上是地球绕着太阳转,因为地球的质量不大影响到太阳的质量,太阳太大了。那两个南门A 和南门B的质量是差别不大,所以他们互相绕着转。换句话说,用我们物理学的术语是绕着他们的质心在转,但是是有规律的。加上比邻星,是不是会形成刚才我们说的没有规律的运动呢?不是的。因为比邻星离这两个星比较远,因此对他们之间相互绕着转影响不大。应该这么看,我觉得是南门A和B相互绕着转,然后比邻星绕着他们转。所以从更长的时间来看,应当是一个不可预测的系统,但是比较短的尺度看是可以预测的。就像月亮、地球、太阳,其实也是一个三星系统。我们能不能说月亮、地球和太阳是不可预测的?我们不能说,只是说在更长的,也可能是上亿年,或者是数十亿年的尺度上说,是不可预测的。但是在一个世纪,甚至几十万年,都是可以预测的。所以我们人类一直活的挺好的,没有因为三星系统而混乱。虽然那个三星不一样,是两颗恒星靠的近,互相绕着转,另外一颗小的比邻星绕着他们转,而且很明显比邻星绕着他们转的周期非常长,我估计得有上千万光年到上亿年。大概距离是0.2光年,8光分是1.5亿公里,

0.2光年是非常遥远的。所以估计得上千万光年绕着转。因此至少在上亿年的尺度上是不会发生紊乱现象。上亿年的尺度上不会发生紊乱现象我觉得三体星人会活的挺好的。这是关于三体设定的物理学知识介绍。

下面一段我们讲讲《三体中的物理学》里面三维人进入高维空间会发生什么事情,这是第14章,三维人进入四维空间发生什么。

这件事是三体中一段非常有趣的故事产生出来的,就是讲万有引力号,第二批比较先进的星舰来追击另外一个逃亡的星舰蓝色空间号。蓝色空间号是人类第一批星舰被三体人剩下的所剩无几的星舰之。他们认为人类在地球已经没有希望了,所以就向外面逃亡。在逃亡的过程中,他们消灭了另外自己的同一个舰队里面的星舰,叫量子号。为什么要消灭呢?是因为觉得如果向外太空逃亡,可能他们星舰上所含的资源不够,包括能源、燃料、食物之类的。其实在他们消灭量子号的时候,量子号同时也想消灭他们,他们的想法是一样的。消灭对方然后把对方的燃料和生活用品都拿过来。

因为他们不知道后来地球人发现了罗辑,发现了黑暗森林法则,跟三体人进入了一个短暂的和平时期,威慑时代,他们不知道,他们就逃。但是对于地球人来看,他们就犯了反人类罪行,可是对于蓝色空间号,他们认为我们是一个新的人种诞生了,这个人种为了活命不择手段,

包括干掉同类,拿到他们的资源。所以地球人后来由于新的技术的发展,又建造了第二批舰队,这第二批舰队的航速更高,远远超过第一批舰队,是光速的百分之几。其中追击蓝色空间号的叫万有引力号。追击了大约有50年,终于快追到了。为什么说人类可以在一个星舰上生活50年呢?因为大部分人一直在冰冻状态,冷冻起来了。可能只有百分之几的人在工作,他们轮换工作,百分之几人的工作三两年,然后也去冬眠了,再唤醒两三个人再工作。

但是当万有引力号追蓝色空间号,他们之间只有一个天文单位的时候,一个天文单位是什么呢?就是地球到太阳的距离,大概是1.5亿公里。一个天文单位的时候,他们就开始唤醒了所有的人,认为战争要一触即发了。如果是星舰以光速运动,8分钟左右就到了,当然星舰没有那么高,是光速的百分之几,那也不过是8分再乘上几十。换句话说也就是几个小时就追到了,所以他们就唤醒了所有的人。但他们突然发现本来护卫他们的三体星人的水滴突然失灵了。原来发生了一个非常离奇的事情,就是蓝色空间号和万有引力号进入了一个四维空间的碎片。

就是宇宙里面的空间不完全是三维的,我们知道三维是什么意思,就是上下前后左右,用三个坐标来描述。他们进入了一个四维的碎片,四维就比三维还高出一维,就相当于三维比两维高出一维一样,一个立方体比一张纸要多一维,一张纸张只有上下和左右,我们高出一维,

还有一个前后。我不知道怎么来形容四维,可能除了上下左右前后还有一个。我们三维空间放在四维空间里,就像一张纸放在我们的空间里一样。突然蓝色空间号和万有引力号都进了四维空间的碎片。就相当于一个蚂蚁在纸上爬,我们可以用手把它提到第三维里面。所以就发生了这么一个奇怪的事情,蓝色空间号知道进入了四维空间,万有引力号不知道。所以他们就相当于通过了第四维,然后抄近路把水滴给干掉了,他们又抄近路占有了万有引力号。因为蓝色空间号上的人数是他们的十倍,有一千多人,而万有引力号只有一百多人,而且他们根本不知道存在着这个四维空间,就突然被占领了。

我们回过头来看,四维碎片的事是怎么回事儿。我们读刘慈欣的小说觉得很正常嘛,就像爬在纸上的蚂蚁,你用手把它提出来,放到高于纸面一样的第三维空间一样,这很正常,刘慈欣也觉得很正常,但这个物理上是有缺陷的。

我的结论是,如果真的三维人坐着星舰驶到一个四维空间的碎片,他要胆敢爬到四维空间里去,他会立刻毁灭,爆炸或者什么样。用我们的成语讲就是灰飞烟灭。为什么会灰飞烟灭呢?他跟蚂蚁从纸面上拿起来不一样,因为蚂蚁在纸面上所体会的物理学规律和离开纸面体会到的物理学规律是一样的。但是三维空间的人体会到的物理学的规律和四维空间的物理学规律是完全不一样的。我们三维的人之所以生存要依赖于三维物理学规律。到了四维里面,物理学规律变了,那么三

维人就没有办法生存了。我就讲讲为什么没有办法生存。

我们知道,有两个非常重要的因素使得人类得以生存,首先存在原子和分子。原子就是电子绕着原子核在运动,形成了一个稳定的系统,然后原子之间再相互吸引,再形成分子,等等,组成了我们人体。原子之所以存在,依赖于一个非常重要的规律,就是说,电子和原子核之间的相互作用是库仑力,库仑力是什么意思呢?就是他们的吸引力是跟距离平方成反比的。而且我们可以证明,只有当库仑力成立的时候,原子才是稳定的,如果不是和距离平方成反比,比如说和距离的三次方成反比,或者是和距离四次方成反比,这个原子系统都是不稳定的。

换句话说,我们非常幸运,在这个世界,库仑力是成立的。但是非常遗憾,库仑力到了四维就变成了和距离的立方成反比,R的立方成反比,如果把我们身体的原子突然放到四维里面,这个原子核和电子之间的吸引力突然变成R的三次方了,马上就崩溃了,原子都崩溃了,那人的整个身体都崩溃了。

我们回过头来再讲讲,为什么说库仑力在三维空间里面跟距离平方成反比,而在四维空间里面是跟距离立方成反比,非常简单,我们想想能量是守恒的,你比如说一个灯泡发出的光,比如说40瓦,是每秒钟它的功率是40个焦耳,这个是不会变的。所以你离这个灯泡越远,你会感到光越弱,因为它散布的球面就更大,它总的球面上所受的功率是每秒钟40焦耳,你离它很远,它的球面变的更大了,所以你看到的,你的眼睛接收到的是有限的光,有限的面积,因此你看到的灯泡就弱,而这个弱是跟距离有个关系,就是跟距离平方成反比。原因很简单,这个球面是跟距离平方成反比的。因此你单位面积里面接受的光一定是跟距离平方成反比的。库仑力也是这么一个道理,他虽然不是能量守恒,但道理是类似的。

那么到了四维会怎么样呢?同样的灯泡你让它发光,这个时候包着灯泡的球面就不再是两维的球面了,因为它在四维空间里面,它的球面就变成三维了。因此根据能量守恒,它的灯泡发出的光的强度,是跟三维球面的体积有关的。而三维球面的体积是跟距离的立方成正比,因为它是三维的,它是立方。所以如果你在四维里面用眼睛看一个灯泡,你看到的这个亮度是跟距离的立方成反比,同样在四维空间里面,库仑力也是跟距离的立方成反比。所以我们就回到前面的话题,如果把我们身体的原子放到四维空间里,他们之间的关系是跟距离的立方成反比,然后根据我们的物理学,你可以很快的解这个方程,这个是不稳定的,马上就崩溃。所以三维人是没有办法进入四维的。这个是跟我们的直觉完全相反的。它和纸上的蚂蚁不一样,因为蚂蚁尽管在纸上爬,它的规律还是三维的,它的身体里面分子原子还是三维的,所以你把它提到三维里,它不会发生变化。