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内含福利|看完这篇,没人能比我更懂《三体》中的科幻与科学

编辑: 发布于 2023-03-19 06:23:54 共11人阅读 分享到
文章导读

随着春节档《流浪地球2》重磅回归,《三体》电视剧火热开播,科幻热再次席卷全国。而作为刘慈欣的著作《三体》也被更多人放置在床头案脚细.

随着春节档《流浪地球2》重磅回归,《三体》电视剧火热开播,科幻热再次席卷全国。而作为刘慈欣的著作《三体》也被更多人放置在床头案脚细细品读。它不仅仅是优秀的科幻作品,更是包含了许多硬核科学知识点的硬科幻里程碑。让我们随着大刘天马行空的想象力再次仔细琢磨《三体》中让人着迷的硬核科学问题吧!

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01

射手理论和农场主理论

在物理界真的存在吗?

大刘在《三体》中提出了射手假说与农场主理论,“射手”假说是指: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。而“农场主”理论则看起来更加令人不安:一个农场里有一群火鸡,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。

其实射手假说与农场主理论来自英国天才哲学家休谟23岁时在其著作《人性论》中提出的“休谟问题”:大多数人即使不相信只要事件A伴随着事件B,两事件之间就必然存在着一种关联,也往往相信如果在多次的观察中如果事件A都伴随着事件B那么两者之间存在关联。但即使能观察到一件事物随着另一件事物而来,我们并不能观察到任何两件事物之间的关联,那这种关联一定就存在吗?更直白的说法是:休谟认为,即使过去成立过无数次,过去成立不代表未来也成立。

在哲学领域,“休谟问题”占据西方近代哲学史上的重要位置,许多著名哲学家也未能破解。但在科学领域,“休谟问题”更像是在提醒知识的发现者对原理的总结葆有敬畏并永远心怀质疑。18世纪的物理学因牛顿而名声大噪,牛顿在伽利略等前辈工作的基础上进行深入研究认真实验,总结出了物体运动的三个基本定律——牛顿三定律。此时由于实验技术手段和认知局限,尚可说是基于经验归纳总结出的知识。但当科学,特别是物理学进入20世纪后,科学家们在实验和实验结果总结分析各个环节采取了多种多样的措施,力求找到世界运行的规律。在实验前会严格设置对照组和实验组,尽可能保证除实验变量外的所有条件完全相同。在实验中会密切关注误差的产生,使用基于数值分析等数学手段开发的算法和超低温等物理手段降低误差。在实验结果的分析中,科学家们会利用海量数据完成回归、配合概率论和统计学所提供的计量模型检验实验结果是否具有数学意义上的显著性。当然在实验结束后还会进行一系列的稳健性测试,例如变量的替换,变量估计方式的改变,样本数据集范围大小的变化,增加对更多外部限制条件的考虑等手段检验结论是不是偶然得到的。

所以在科学领域,“休谟问题”并不会导致物理学不存在、科学不存在等极端严峻的情况出现。也得益于科学家们对前人的智慧结晶保持质疑的态度,爱因斯坦颠覆了牛顿的引力理论,他将引力视作为时空的扭曲提出广义相对论。普朗克、薛定谔和海森堡等物理学家深入亚原子世界,提出的量子力学从根本上改变人类对物质结构及其相互作用的理解。20世纪末期,物理学家建立了描述宇宙中已知所有粒子和基本力的标准模型。2012年科学家在大型强子对撞机中找到了标准模型的最后一块拼图——希格斯玻色子。2016年,人类首次在引力波天文台中直接探测到了引力波。2019年人类终于获得了黑洞的首张照片。现代科学正是在一次又一次面对危机时不被已有的丰功伟绩束缚,勇于探索善于探索,创造一个又一个的奇迹。

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02

《三体》中“飞刃”能切断“审判日号”轮船

现实中“飞刃”能做到吗?

在《三体》中人类为了截取三体在地球“审判日号”轮船上的信息,史强把汪淼教授制造出的相当于头发丝1/10的纳米材料飞刃固定在苏伊士运河两端,排列的情形如同古筝上的琴弦,因此称为“古筝计划”,而飞刃则可称作“死亡琴弦”了。而后伊文斯乘坐的六万吨级“审判日号”巨轮在巴拿马运河上经过了两根柱子之间,虽然巨船经过时几乎没有因为“飞刃”的阻挡而减速,但无形中切割一切物体,存储三体信息的设备、硬盘、光盘和所有人类叛徒无一幸免。

实际上《三体》中的“飞刃”纳米丝正在逐步走进现实,就以风筝线为例,如今它已经从早期的亚麻线、棉线进化到了尼龙线,专业级别的则是凯夫拉线和大力马线,头发丝一样粗细的大力马线就可提起10斤重物。而在国防军工和民用工业上都有广泛的应用的是并称为三大高性能纤维的超高分子量聚乙烯纤维、芳纶纤维和碳纤维。其中,碳纤维更是被称为“新材料之王”和“黑黄金”。中国石化上海石化是国内第一家率先突破48K大丝束碳纤维产业化技术的企业。它细如发丝,强度是钢的7至9倍,还具有耐腐蚀的特性,小到球拍、钓鱼竿等产品大到飞机、卫星、导弹等高精尖设备都是它大展身手的领域。而另一种纤维也不甘示弱,由中国石化仪征化制造的超高分子量聚乙烯纤维的直径只有0.5毫米,相当于5根头发丝般细小,但强度是钢的18倍。这样的一根细丝的承重力能达到 35公斤,相当于可以吊起一个小孩的重量。港珠澳大桥上的吊索也用到了这种材料。

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03

智子为什么能够锁死人类科技发展?

在《三体》中,三体人向地球发射的处于微观层面的超级计算机——智子带给人类的危机是前所未有的。如此神通的智子能在现实中实现吗?根据原著作的描述:智子由三体人制造,本身是十一维展开成二维被蚀刻上电路成为超级计算机,用于监视地球并锁死地球的基础科学。运动时可以从真空中获取能量以近光速的速度飞行。可以利用量子纠缠实现瞬时通信(目前来看量子纠缠还不能实现瞬时通讯)。也可以利用微观高维空间进入任何地方并自由切换维度和展开。

暂时忽略通过技术手段达到维度展开,目前弦理论中确实已有相关理论支持高维空间。弦理论及其升级版超弦理论认为,宇宙中所有粒子不是以点的形式存在而是以线状“弦”形式存在。1977年被丘成桐证明的卡拉比猜想推导出卡拉比-丘流形就是三维空间内蜷缩在微观世界中的 6 个空间维度。1984年,施瓦茨与米歇尔·格林(Michae Green)建立了基于十维时空模型的弦理论,把时空拓展为十维,除现实的四维时空之外,其余的维度被卷曲起来。九十年代威腾(Edward Witten)等人借助对偶关系,总结了可以统一不同版本,表面各异的超弦假说——11维超弦模型。所以至少高维空间在理论上已经得到了支持。

《三体》中奇幻瑰丽的未来技术带给读者无限的遐思,科幻为科学插上想象的翅膀,而科学为科幻提供了坚实的依靠和发展的沃土。相信在不远的未来,随着人类科技水平的进步,曾经只能幻想的技术将陆续照进现实!

福利来喽

作者 | 钱航 中国航天科技集团一院航天科普专家,中国科学院国家空间科学中心博士

何昳矾

审核 | 韩文标 中科院上海天文台研究员

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