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《三体》中的奇妙物理学(图)

来源:河北新闻网  2015-11-30 09:10:31  责任编辑:王春锐

    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。

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