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8月23日，我國科幻作家劉慈欣的小說《三體》獲得科幻文壇大獎雨果獎。雨果獎被譽為科幻小說界的諾貝爾獎，《盜夢空間》、《復(fù)仇者聯(lián)盟》、《權(quán)力的游戲》等諸多科幻名著都曾獲此殊榮，劉慈欣是獲得該獎的首位亞洲人?！度w》被認(rèn)為是迄今為止中文科幻界出現(xiàn)的最具影響力的科幻小說之一。
三體、黑域、智子、水滴、二向箔……翻開小說，看到這些奇幻的字眼時，你是否會腦洞大開？在《三體》中，劉慈欣融入了大量的前沿物理學(xué)理論，并在此基礎(chǔ)上加以延伸，樹立了硬派的科幻風(fēng)格，向讀者呈現(xiàn)出一個個神秘莫測的科幻奇景。那么這些科幻奇景與現(xiàn)代物理學(xué)有哪些聯(lián)系？他們是否有可能成為現(xiàn)實呢？
□本報記者 陳誠
“三體”是什么？現(xiàn)實宇宙中存在“三體星系”嗎？
在小說《三體》中，三體人居住在一個有三顆恒星的星系里。由于三顆恒星處于無規(guī)律運轉(zhuǎn)狀態(tài)，不斷吞噬星系中的行星，造成行星上智慧生命不斷地重生和毀滅，最后只剩下三體文明存活下來。因此，三體人決定遷徙至外界星系，進犯最近的宜居行星——地球。
仰望星空，我們會發(fā)現(xiàn)一顆極為明亮的星星——半人馬座α，一個距離太陽只有4.22光年的恒星。這顆恒星所在的半人馬座α三合星系統(tǒng)是距離太陽系最近的恒星系統(tǒng)，也是小說中“三體星系”的原型。
“半人馬座α三合星系統(tǒng)由A、B、C三顆恒星組成，這個現(xiàn)實的星系相對穩(wěn)定，并不像小說里那樣混亂?！毖嗌酱髮W(xué)物理學(xué)教授朱艷英說，它并不是標(biāo)準(zhǔn)的三體系統(tǒng)，而是一個雙星系統(tǒng)加一個衛(wèi)星恒星。A星和B星以一個偏心率較大的橢圓軌道互相圍繞旋轉(zhuǎn)，公轉(zhuǎn)周期為79.9年。較小的C星（比鄰星）則在遙遠(yuǎn)的0.2光年之外，以50萬年以上的周期圍繞A、B星的質(zhì)量中心緩慢公轉(zhuǎn)。
實際上，三體是物理學(xué)中的著名現(xiàn)象。1900年，著名數(shù)學(xué)家希爾伯特提出了N體問題的特例——三體問題，時至今日，三體問題依然困擾著物理學(xué)界。
“三體問題是天體力學(xué)中的基本模型，即探究三個質(zhì)量、初始位置和初始速度都為任意的可視為質(zhì)點的天體，在相互之間萬有引力作用下的運動規(guī)律問題?！毖嗌酱髮W(xué)物理學(xué)教授朱艷英表示，目前，三體問題仍得不到精確求解，無法預(yù)測所有三體問題的數(shù)學(xué)情景，只有幾種特殊情況已研究。
三體問題最簡單的例子就是太陽、地球、月球的關(guān)系，太陽系僅有一顆恒星——太陽，太陽的軌道恒定，地球的軌道恒定，地日的關(guān)系恒定，因此地球才能維持相對恒定的生存環(huán)境。那么，劉慈欣筆下那樣毫無規(guī)律運轉(zhuǎn)的“三體星系”在現(xiàn)實宇宙中真的存在嗎？
據(jù)英國《新科學(xué)家》雜志報道，距離地球大約4200萬光年的宇宙深處，存在著3個孤零零的星系，這三個星系的外圍被一團氫氣團包圍，一團無形的暗物質(zhì)紐帶將它們關(guān)聯(lián)在一起。這個“三體星系”構(gòu)成的“空洞集群”被科學(xué)家命名為VGS_31。天文學(xué)家表示，此前還從未在一個宇宙空洞區(qū)域內(nèi)看到過這樣的星系系統(tǒng)。
黑域存在嗎？黑洞和黑域有什么關(guān)系?
在小說中，一個智慧文明為了避免受到攻擊，向別的文明發(fā)出信號表示自己是無害的，而唯一無害的前提就是這個文明永遠(yuǎn)無法駛出自己所在的恒星系，這個恒星系成了黑域，即光無法逃離出去的區(qū)域，被稱為宇宙保險柜。
那么，黑域就是黑洞嗎？
黑洞是現(xiàn)代廣義相對論中，宇宙空間內(nèi)存在的一種密度極大體積極小的天體。黑洞的引力很大，使得視界內(nèi)的逃逸速度大于光速。“黑洞的引力場非常劇烈并且快速變化，任何物體都會像面條一樣被巨大引力拉伸。也就是說，任何物質(zhì)或者任何人都無法在黑洞中幸存，更談不上文明的存在?！敝炱G英說。
于是，作家劉慈欣在小說中發(fā)明了低光速黑洞，假定將真空光速降至太陽系的逃逸速度每秒16.7千米，從而使整個區(qū)域變成黑域。作為一種科幻設(shè)想，黑域在廣義相對論中是可能實現(xiàn)的嗎？
“光速變小，與光速有關(guān)的一切物理學(xué)參數(shù)就變了?！敝锢韺W(xué)家、科普作家李淼在所著的《三體中的物理學(xué)》一書中分析了黑域，認(rèn)為如果光速變小，人類將不復(fù)存在。
人類由原子組成。原子理論中有個精細(xì)結(jié)構(gòu)常數(shù)，這個常數(shù)標(biāo)志著電子和質(zhì)子之間的電磁互相作用強度。原子中，電子的速度就是精細(xì)結(jié)構(gòu)常數(shù)乘以光速。在氫原子中，電子的速度雖然遠(yuǎn)低于通常的光速，也高達(dá)光速的1/137。當(dāng)光速突然變小到每秒16.7千米，電子在原子中就超光速了，這和黑域中光速為速度上限的設(shè)定矛盾，可能導(dǎo)致原子的解體。
三維人進入四維會發(fā)生什么？維度武器“二向箔”可行嗎?
“一個四維的空間泡飄過地球，與地球的一部分發(fā)生了重疊，于是，在這片四維空間的范圍內(nèi)，三維空間的一切都被完全敞開，人們可以隨意從一個地方穿越到另一個地方，從密閉的墓室里拿出珍寶，從囚犯完好無損的頭顱中取出大腦……”——這是小說《三體》對四維空間一段精彩的描述，就好像二維平面對于三維空間的我們來說是一覽無余的，從四維空間看來，三維的物體也同樣無處隱藏。
在物理學(xué)中，“維”是一種度量，在三維空間坐標(biāo)上，加上時間，時空互相聯(lián)系，就構(gòu)成了四維時空。“一維是線，二維是面，三維是靜態(tài)空間，四維是動態(tài)空間?！敝炱G英介紹說，理論上多維空間是存在的，時間空間的維度是宇宙最基礎(chǔ)的性質(zhì)，只是人類的觀測只能到三維。
如果真的存在多維空間，三維世界的我們能否進入四維或者更高的維度空間呢？
眾所周知，人的身體是由分子原子構(gòu)成?！岸肿釉右坏┻M入四維空間就會不復(fù)存在，人體也就會隨之解體。因此，人類無法進入四維，更談不上進入更高的維度空間?！敝炱G英說。
基于多維空間的假定，劉慈欣在小說《三體》中設(shè)計了一種維度武器叫“二向箔”。高級文明向太陽系扔來一張小紙片“二向箔”，導(dǎo)致整個太陽系跌落到二維空間，幾乎毀滅整個人類。
那么，這種維度武器在現(xiàn)實中是否可行？在理論物理的分支學(xué)科弦論中，這種可能性是存在的。
在弦論中，空間維度的變化可看成類似液態(tài)水變成水蒸氣的相變。當(dāng)水達(dá)到沸點時，液體中開始出現(xiàn)小氣泡，小氣泡慢慢地變大，最終吞噬整個液體。氣體密度和液體密度的差別可以看成一種物理量，它被物理學(xué)家稱為場。
小說中的“二向箔”中也有一種場，能量比較低，一旦與三維空間直接接觸，就變得像水中的氣泡那樣開始膨脹，觸發(fā)三維空間的能量較高的場向能量更低的地方跳，讓“二向箔”越長越大。這種降維武器一旦觸發(fā)就無法停止，只有乘坐光速飛船才能逃生。
智子、水滴等小說中的科幻武器可行嗎？
在科幻故事中，戰(zhàn)爭是永恒的主題。
在《三體》中，包括維度武器“二向箔”在內(nèi)的幾大武器令讀者腦洞大開?！耙驗檫@兩個質(zhì)子的存在，人類的科學(xué)將不可能有任何重大進展?！薄度w》中的這樣一句臺詞，道出了《三體》廣受贊譽的第一個科幻武器——質(zhì)子，又叫“智子”。
三體人在尚無法抵達(dá)地球時，向地球發(fā)射了兩個“質(zhì)子”，專門擾亂基礎(chǔ)物理實驗依賴的大型對撞機（也叫高能加速器），從而打斷了人類科研的正常進程。對撞機被干擾，真的會讓人類科技“鎖死”嗎？
在現(xiàn)實生活中，大型對撞機是基礎(chǔ)物理學(xué)進步的最重要來源?！拔锢韺W(xué)的種種理論必須通過實驗驗證才能證明，如果大型對撞機的實驗結(jié)果真的被干擾，確實會重創(chuàng)物理學(xué)的創(chuàng)新發(fā)展?！敝炱G英說。
物理學(xué)家李淼在一次采訪中談道：“三體可以隨時控制質(zhì)子，這是《三體》里面最大的硬傷?！敝亲拥脑O(shè)定，實質(zhì)是認(rèn)為科學(xué)實驗有可能被智能干擾，從而不遵守“碰撞完全隨機”的實驗前提。
但是如果智子掌握和計算地球上所有的量子，那么它內(nèi)部工作的量子必然更多。那么它就是一個比它要模擬的對象更復(fù)雜，能量更大的系統(tǒng)。如果它比宇宙更小，那么它就沒法精確地預(yù)測一切。
“銀河系在它的表面映成一片流暢的光紋，使得水滴看上去純潔而唯美?！痹凇度w》中，水滴是劉慈欣又一神奇設(shè)定，它可以極快地加速到接近光速，僅以簡單的撞擊方式，就在半小時內(nèi)使人類2000艘核聚變動力戰(zhàn)艦全軍覆沒。
小說中，劉慈欣假設(shè)水滴的物質(zhì)結(jié)構(gòu)由強相互作用力控制。如果該物質(zhì)的基本組成是分子和原子，那么強相互作用力是核子（即質(zhì)子和中子）之間的力，其力程比氫原子的大小還要小四個量級，在原子構(gòu)成的材料中不起作用。
如果水滴的材料并非由原子和分子構(gòu)成，而由更基本的粒子夸克和膠子構(gòu)成呢？
“夸克之間的距離比中子半徑還小，水滴的密度會太大，而小說中的水滴質(zhì)量還不到10噸。所以，水滴材料的控制力不可能是強相互作用力?！敝炱G英說，如果硬要水滴的設(shè)定成立，就必須假設(shè)一種尚未被人類發(fā)現(xiàn)的新型材料。
“無論這些假設(shè)是否成立，《三體》把科學(xué)融于文藝，讓讀者更多地接觸和思考物理學(xué)前沿的科學(xué)問題，起到了意想不到的科普作用?！敝炱G英說。
