小说三体中的那些基本物理概念其一是什么,三体涉及到的物理知识

1、相对论

狭义相对论简单的说就是： 运动必须有一个参考物，这个参考物就是参考系。 广义相对论简单的说就是 ： 所有参考系在描述自然定律时都是等效的。

2、欧姆定律

欧姆定律的简述是：在同一电路中，通过某段导体的电流跟这段导体两端的电压成正比，和电阻成反比。

3、麦克斯韦方程组

主要描述了电场、磁场与电荷密度、电流密度之间的关系。麦克斯韦方程组里面含有4个方程，其分别为：电荷是如何产生电场的高斯定理、论述了磁单极子的不存在的高斯磁定律、电流和变化的电场是怎样产生磁场的麦克斯韦-安培定律，以及变化的磁场是如何产生电场的法拉第电磁感应定律。

3、普朗克常数

一个关键常数，是联系微观粒子波粒二象性的桥梁。可以用来反映测不准原理。

4、哈勃红移

由光的多普勒效应和时空膨胀效应一起产生的。远离我们的恒星发出的光的光谱会向红色的一端移动。（宇宙大爆炸理论的证据）

5、弦理论

（以及它的升级版超弦理论）认为所有的亚原子粒子都并非是小点，而是类似于橡皮筋的弦 。与粒子类型的唯一区别在于弦振动的频率差异。弦理论主要试图解决表面上的不兼容的两个主要物理学理论——量子力学和广义相对论——并欲创造的描述整个宇宙的“万物理论” 。

6、“射手”假说

有一名神枪手，在一个靶子上每隔十厘米打一个洞。设想这个靶子的平面上生活着一种二维智能生物，它们中的科学家在对自己的宇宙进行观察后，发现了一个伟大的定律： “宇宙每隔十厘米，必然会有一个洞。”它们把这个神枪手一时兴起的随意行为，看成了自己宇宙中的铁律。

7、农场主假设

一个农场里有一一群火鸡，农场主每天中午十一点来给它们喂食。火鸡中的一名科学家观察这个现象，一直观察了近一年都没有例外，于是它也发现了自己宇宙中的伟大定律：“每天上午十一点，就有食物降临。”它在感恩节早晨向火鸡们公布了这个定律，但这天上午十一点食物没有降临，农场主进来把它们都捉去杀了。

8、宇宙微波背景

宇宙学中“大爆炸”遗留下来的热辐射。是一种充满整个宇宙的电磁辐射。

9、三体问题

如果三个天体质量差不多，在万有引力下怎么运动？目前研究的结论是：不知道。（18阶的方程，想想就头晕）

10、二向箔

专门用于清除位于结构复杂的多行星恒星系统的弱小文明，因此对于高等星际文明来说并不是武器，而是一种高效的清理工具。（高维度文明可以操纵维度打击低维度文明，比如人类可以将一张二维纸折成三维的盒子，但是应该存在除不净问题）

三体的物理知识

三体的物理知识如下：

黑洞和黑域。

一个相对保守的文明为了避免受到攻击，向别的文明发出信号表示自己是无害的，而唯一无害的可能就是这个文明永远不可能驶出自己的恒星系，这个恒星系成了黑域，即光无法逃离出去的区域。

那么，黑域不就是黑洞吗？不是。《三体》的作者刘慈欣应该知道，如果一个文明将自己局限在一个黑洞的视界中，这个文明将因为引力的作用不可避免地撞上黑洞的奇点，在奇点那里，一切都将毁灭。

于是，刘慈欣发明了低光速黑洞，在一个给定的范围内，光速被降低了，例如被降低到逃逸速度以下，这样，这个区域就像黑洞一样了，只是不会塌缩，所以叫黑域。

黑域是《三体》中的一种科幻设想，黑域在广义相对论中是可能实现的吗？原则上可以，我们要降低光速。

当我们说光速变慢了，是指其他物理速度不会改变，例如，单摆在固定重力场中的周期不变，从而相关的机械速度也不变。而用基于光做成的原子钟相对机械钟变慢了。

光速变小的后果有很多，首先，与光速有关的一切物理学参数变了。我们简单地看看都有什么物理学参数与光速有关。第一个被改变的是原子理论中的精细结构常数，这个常数标志电子和质子之间的电磁互相作用强度。

由于这个常数与光速成反比，光速小了一半，这个常数就大了一倍。这个常数不影响原子的大小，从而也不会影响物质结构，所以，机械钟还真的不受影响。

精细结构常数涉及光速，只有具有相对论效应的物理系统才会受到影响，例如原子核的大小，当然，也会影响到太阳中的核聚变

因为精细结构常数变大了，假设核力的强度不变，质子之间电磁的排斥力变大了，最大的稳定原子核可能是比金还要轻不少的元素了，金元素肯定不稳定。

这就轮到第二个与光速有关的物理学常数，核力的强度。追溯核力的来源，起源于夸克之间交换一种特殊粒子叫胶子导致的，但我们不需要这么基本的图像来理解质子和中子之间的核力。简单地说，质子和中子之间的核力可以看成交换一个有质量的粒子，介子引起的。

这种交换的结果有两个，一个是作用强度变了，一个是力的传递距离变了，这两个结果都会影响原子核的聚变。核力的强度与精细结构常数一样，也与光速成反比，光速变小了，强度就变大了。力程与介子的质量成反比，也与光速成反比，如果光速变小，力程也变大了。

总结一下，光速变小，质子和中子之间的核力变大，这将导致原子核的结合能变大。无论是核裂变还是核聚变，都和结合能有关，结合能变大了，释放的能量也就变大了。

那时，必须将行星人工移动得离太阳更远一些，否则地球上的温度将升高到液态水不再存在，动物也不能继续生存。

黑域的设定是否可行，我们还要看是否与人类存在矛盾。人类的存在当然依赖于原子等组分是否可以继续存在，可惜，如果仅仅改变光速，原子不可能存在了。

将光速降到第三宇宙速度，看似在宏观世界中不引起任何问题，但稍微思考一下，我们这个世界将完全崩毁。在氢原子中，电子的速度虽然远低于通常的光速，也高达光速的137分之一，也就是精细结构常数乘以原来的光速。

你会问，氢原子的结构不是和光速无关吗，为什么电子的速度与光速有关？其实电子的速度与光速的确无关，只和电荷以及普朗克常数有关。

但如果我们利用电荷与精细结构常数之间的关系就会发现，电子的速度是精细结构常数乘以光速，这里的精细结构常数当然是光速没有改变前的精细结构常数。

这样，电子在原子中就超光速了，这和光速为上限设定矛盾。原子不存在，人类也就不存在了。

《三体》中的奇妙物理学

小说中“三体星系”原型——半人马座α三合星系统想象图。这里会有外星文明吗？

小说中三体人武器水滴模拟图。科幻小说能否催生科学发现？河北日报资料片

■阅读提示

8月23日，我国科幻作家刘慈欣的小说《三体》获得科幻文坛大奖雨果奖。雨果奖被誉为科幻小说界的诺贝尔奖，《盗梦空间》、《复仇者联盟》、《权力的游戏》等诸多科幻名著都曾获此殊荣，刘慈欣是获得该奖的首位亚洲人。《三体》被认为是迄今为止中文科幻界出现的最具影响力的科幻小说之一。

三体、黑域、智子、水滴、二向箔……翻开小说，看到这些奇幻的字眼时，你是否会脑洞大开？在《三体》中，刘慈欣融入了大量的前沿物理学理论，并在此基础上加以延伸，树立了硬派的科幻风格，向读者呈现出一个个神秘莫测的科幻奇景。那么这些科幻奇景与现代物理学有哪些联系？他们是否有可能成为现实呢？

河北日报、河北新闻网记者 陈诚

“三体”是什么？现实宇宙中存在“三体星系”吗？

在小说《三体》中，三体人居住在一个有三颗恒星的星系里。由于三颗恒星处于无规律运转状态，不断吞噬星系中的行星，造成行星上智慧生命不断地重生和毁灭，最后只剩下三体文明存活下来。因此，三体人决定迁徙至外界星系，进犯最近的宜居行星——地球。

仰望星空，我们会发现一颗极为明亮的星星——半人马座α，一个距离太阳只有4.22光年的恒星。这颗恒星所在的半人马座α三合星系统是距离太阳系最近的恒星系统，也是小说中“三体星系”的原型。

“半人马座α三合星系统由A、B、C三颗恒星组成，这个现实的星系相对稳定，并不像小说里那样混乱。”燕山大学物理学教授朱艳英说，它并不是标准的三体系统，而是一个双星系统加一个卫星恒星。A星和B星以一个偏心率较大的椭圆轨道互相围绕旋转，公转周期为79.9年。较小的C星（比邻星）则在遥远的0.2光年之外，以50万年以上的周期围绕A、B星的质量中心缓慢公转。

实际上，三体是物理学中的著名现象。1900年，著名数学家希尔伯特提出了N体问题的特例——三体问题，时至今日，三体问题依然困扰着物理学界。

“三体问题是天体力学中的基本模型，即探究三个质量、初始位置和初始速度都为任意的可视为质点的天体，在相互之间万有引力作用下的运动规律问题。”燕山大学物理学教授朱艳英表示，目前，三体问题仍得不到精确求解，无法预测所有三体问题的数学情景，只有几种特殊情况已研究。

三体问题最简单的例子就是太阳、地球、月球的关系，太阳系仅有一颗恒星——太阳，太阳的轨道恒定，地球的轨道恒定，地日的关系恒定，因此地球才能维持相对恒定的生存环境。那么，刘慈欣笔下那样毫无规律运转的“三体星系”在现实宇宙中真的存在吗？

据英国《新科学家》杂志报道，距离地球大约4200万光年的宇宙深处，存在着3个孤零零的星系，这三个星系的外围被一团氢气团包围，一团无形的暗物质纽带将它们关联在一起。这个“三体星系”构成的“空洞集群”被科学家命名为VGS_31。天文学家表示，此前还从未在一个宇宙空洞区域内看到过这样的星系系统。

黑域存在吗？黑洞和黑域有什么关系?

在小说中，一个智慧文明为了避免受到攻击，向别的文明发出信号表示自己是无害的，而唯一无害的前提就是这个文明永远无法驶出自己所在的恒星系，这个恒星系成了黑域，即光无法逃离出去的区域，被称为宇宙保险柜。

那么，黑域就是黑洞吗？

黑洞是现代广义相对论中，宇宙空间内存在的一种密度极大体积极小的天体。黑洞的引力很大，使得视界内的逃逸速度大于光速。“黑洞的引力场非常剧烈并且快速变化，任何物体都会像面条一样被巨大引力拉伸。也就是说，任何物质或者任何人都无法在黑洞中幸存，更谈不上文明的存在。”朱艳英说。

于是，作家刘慈欣在小说中发明了低光速黑洞，假定将真空光速降至太阳系的逃逸速度每秒16.7千米，从而使整个区域变成黑域。作为一种科幻设想，黑域在广义相对论中是可能实现的吗？

“光速变小，与光速有关的一切物理学参数就变了。”著名物理学家、科普作家李淼在所著的《三体中的物理学》一书中分析了黑域，认为如果光速变小，人类将不复存在。

人类由原子组成。原子理论中有个精细结构常数，这个常数标志着电子和质子之间的电磁互相作用强度。原子中，电子的速度就是精细结构常数乘以光速。在氢原子中，电子的速度虽然远低于通常的光速，也高达光速的1/137。当光速突然变小到每秒16.7千米，电子在原子中就超光速了，这和黑域中光速为速度上限的设定矛盾，可能导致原子的解体。

三维人进入四维会发生什么？维度武器“二向箔”可行吗?

“一个四维的空间泡飘过地球，与地球的一部分发生了重叠，于是，在这片四维空间的范围内，三维空间的一切都被完全敞开，人们可以随意从一个地方穿越到另一个地方，从密闭的墓室里拿出珍宝，从囚犯完好无损的头颅中取出大脑……”——这是小说《三体》对四维空间一段精彩的描述，就好像二维平面对于三维空间的我们来说是一览无余的，从四维空间看来，三维的物体也同样无处隐藏。

在物理学中，“维”是一种度量，在三维空间坐标上，加上时间，时空互相联系，就构成了四维时空。“一维是线，二维是面，三维是静态空间，四维是动态空间。”朱艳英介绍说，理论上多维空间是存在的，时间空间的维度是宇宙最基础的性质，只是人类的观测只能到三维。

如果真的存在多维空间，三维世界的我们能否进入四维或者更高的维度空间呢？

众所周知，人的身体是由分子原子构成。“而分子原子一旦进入四维空间就会不复存在，人体也就会随之解体。因此，人类无法进入四维，更谈不上进入更高的维度空间。”朱艳英说。

基于多维空间的假定，刘慈欣在小说《三体》中设计了一种维度武器叫“二向箔”。高级文明向太阳系扔来一张小纸片“二向箔”，导致整个太阳系跌落到二维空间，几乎毁灭整个人类。

那么，这种维度武器在现实中是否可行？在理论物理的分支学科弦论中，这种可能性是存在的。

在弦论中，空间维度的变化可看成类似液态水变成水蒸气的相变。当水达到沸点时，液体中开始出现小气泡，小气泡慢慢地变大，最终吞噬整个液体。气体密度和液体密度的差别可以看成一种物理量，它被物理学家称为场。

小说中的“二向箔”中也有一种场，能量比较低，一旦与三维空间直接接触，就变得像水中的气泡那样开始膨胀，触发三维空间的能量较高的场向能量更低的地方跳，让“二向箔”越长越大。这种降维武器一旦触发就无法停止，只有乘坐光速飞船才能逃生。

智子、水滴等小说中的科幻武器可行吗？

在科幻故事中，战争是永恒的主题。

在《三体》中，包括维度武器“二向箔”在内的几大武器令读者脑洞大开。“因为这两个质子的存在，人类的科学将不可能有任何重大进展。”《三体》中的这样一句台词，道出了《三体》广受赞誉的第一个科幻武器——质子，又叫“智子”。

三体人在尚无法抵达地球时，向地球发射了两个“质子”，专门扰乱基础物理实验依赖的大型对撞机（也叫高能加速器），从而打断了人类科研的正常进程。对撞机被干扰，真的会让人类科技“锁死”吗？

在现实生活中，大型对撞机是基础物理学进步的最重要来源。“物理学的种种理论必须通过实验验证才能证明，如果大型对撞机的实验结果真的被干扰，确实会重创物理学的创新发展。”朱艳英说。

物理学家李淼在一次采访中谈道：“三体可以随时控制质子，这是《三体》里面最大的硬伤。”智子的设定，实质是认为科学实验有可能被智能干扰，从而不遵守“碰撞完全随机”的实验前提。

但是如果智子掌握和计算地球上所有的量子，那么它内部工作的量子必然更多。那么它就是一个比它要模拟的对象更复杂，能量更大的系统。如果它比宇宙更小，那么它就没法精确地预测一切。

“银河系在它的表面映成一片流畅的光纹，使得水滴看上去纯洁而唯美。”在《三体》中，水滴是刘慈欣又一神奇设定，它可以极快地加速到接近光速，仅以简单的撞击方式，就在半小时内使人类2000艘核聚变动力战舰全军覆没。

小说中，刘慈欣假设水滴的物质结构由强相互作用力控制。如果该物质的基本组成是分子和原子，那么强相互作用力是核子（即质子和中子）之间的力，其力程比氢原子的大小还要小四个量级，在原子构成的材料中不起作用。

如果水滴的材料并非由原子和分子构成，而由更基本的粒子夸克和胶子构成呢？

“夸克之间的距离比中子半径还小，水滴的密度会太大，而小说中的水滴质量还不到10吨。所以，水滴材料的控制力不可能是强相互作用力。”朱艳英说，如果硬要水滴的设定成立，就必须假设一种尚未被人类发现的新型材料。

“无论这些假设是否成立，《三体》把科学融于文艺，让读者更多地接触和思考物理学前沿的科学问题，起到了意想不到的科普作用。”朱艳英说。