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《三體》中的物理學原理篇一

陳慕雷

劉慈欣的《三體》三部曲是一套偉大的科幻小說，論到想象力之雄奇、場面之宏大、情節之跌宕起伏，在中國科幻作品中不敢說絕后，至少也是空前了。在恣意飛揚的想象之外，這也是一部有意無意間反映現實問題的小說。自它出版之后，眾說紛紜。一部《三體》三部曲，有人看到了基礎科學的重要價值，有人看到了道德和人性的脆弱，有人看到了文革的破壞力，還有人看到了認了作為一個族群的進取精神。在筆者看來，《三體》系列是一部教科書，一部光年尺度上的中國近現代史。

事實上，“光年尺度上重新演繹的中國現代史”這句話是明明白白印在《三體》第一部的宣傳語上的，只是后來不知道為什么在第二、三部出版的時候不再提了。但是從整部三部曲的角度講，這句話是當之無愧的。而且只有在讀完第三部《死神永生》之后才能真正理解作者想要說的到底是什么。不過《三體》三部曲中的暗喻或者說影射并不像1+1=2那樣明明白白寫在讀者的面前，它需要讀者有一定的理解能力，并且對中國近現代史有所了解。

“光年尺度的中國近代史”《三體》

要了解《三體》中的影射，要先從第三部《死神永生》中那三個童話說起。用童話來傳遞事關人類生死存亡的情報，這是劉慈欣的構思巧妙之處。小說人物云天明使用的“二維隱喻定位法”，在三體人面前隱藏了自己的真實目的，但同時也讓整個地球的人類陷入了猜疑之中。不知道大家還記不記得，云天明三個童話的影射方法是這樣的，先給出一個比較模糊的猜測，然后再用另一件東西加以定位。

“二維隱喻:這種模式是用于解決文字語言所產生的信息不確定性的問題。在一個雙層隱喻完成后,附加一個單層隱喻,用來固定雙層隱喻的含義。在此例中,用雪浪紙的卷曲和熨平暗示曲率驅動中的空間形態,把肥皂船的隱喻確定下來。如果把故事看做一個二維平面,雙層隱喻只為真實含義提供了一個坐標,附加的單層隱喻則相當于第二個坐標,把含義在平面上的位置固定下來,所以這個單層隱喻又被稱為含義坐標。含義坐標單獨拿出來看是沒有意義的,但與雙層隱喻結合,就解決了文學語言含義模糊的問題。”

有意思的是，這種隱喻解碼方式其實也是《三體》這套小說影射的方法。從某種意義上講，云天明用三個童話騙了三體人，劉慈欣則用三本小說騙了讀者。

《三體》小說的影射沒有童話那么精妙，但也有類似之處。請注意，我們猜測的前提是：《三體》三部曲是“光年尺度上重新演繹的中國現代史”，三部曲的主角一再變換，但始終不變的主角只有一個，即地球和人類。我們的猜測就需要把小說中的地球看成對現實中中國的隱喻。那么這兩者有什么共同之處嗎？有。在近現代史中，中國積貧積弱，被列強所欺凌，但最終在中國共產黨的領導之下奮發進取，成為世界主要強國之一。這和小說前兩部地球科技落后，被三體人欺辱嘲笑，但最終在羅輯等人帶領下達成戰略平衡恰有相似之處。

但是這樣的猜測是否只是牽強附會呢？沒關系，這是第一層的隱喻，我們只需要找到第二層給他以確認。

不知道大家有沒有發現三體世界和我們的近鄰日本的相似之處。它們都處于一個比較惡劣的自然環境下，生存空間狹窄，災害頻發。從人的角度說它們都是科學技術相對發達，崇尚集體主義，軍隊殘忍冷血，文化相對貧瘠。最重要的是，三體和日本都對它們的近鄰地球和中國充滿了野心，甚至把征服對方作為自己戰略的最重要一步。大劉生怕讀者看不懂，在第三本書里還安排了一個智子在地球上化身和服麗人，精通日本插花、茶道的情節。顯然，作者是把三體當成日本來寫的。那么，和三體世界一衣帶水，被其覬覦良久的地球世界，還有理由不是我們舊中國的縮影嗎？你看，這種初看有相似屬性，最后用智子加上一道明確坐標的寫法和童話里傳遞情報的寫法何其相似！

但是，如果僅僅把三體世界的影射理解成日本卻又有點膚淺。好的影射作品，追求的一定是神似而不是形似，作者不會把故事完全跟影射對象寫成完全一樣的，但聰明的讀者一眼就能看到其中的影子。《三體》中，三體世界是地球人類接觸到的第一個地外文明，也是它打破了人類自己是唯一智慧生物的迷夢。這同近代史上鴉片戰爭打破了大清朝天朝上國的迷夢是不是也有相似之處呢？所以，作者實際上是把整個近代史做了壓縮來寫的。三體世界既是日本的影射，更是近代以來妄圖瓜分掠奪中國的東西方列強的共同象征。建立這個基本概念之后，后面的情節理解起來就很容易了：幾位面壁人代表了近代以來愛國志士們的各種救國道路，中間發生的科技大進步代表洋務運動的虛假繁榮，黑暗森林戰役則代表了甲午和辛丑的一敗涂地，三體在威懾后的入侵代表了抗日戰爭的艱苦卓絕??

那么順理成章的，羅輯使用黑暗森林法則建立威懾，自然也就代表了1949以后中國人民終于站了起來，特別是1960年代造出兩彈一星之后建立起對東西方列強的威懾。羅輯的形象自然也就代表了以毛澤東同志為代表的老一輩中國共產黨人。

有人可能會問，你剛才不是說威懾后是抗日，怎么抗日跑到建國之后了？這就是我所說的神似與形似的關系了。威懾后三體入侵時的末日景象，包括地球治安軍和敵后游擊軍的對峙，無疑都是對抗日戰爭的一種暗喻，但按照邏輯來說，以一己之力拯救地球，并和列強建立起威懾關系的也只有中國共產黨人做到了。更何況之后還提到羅輯是“人類歷史上最大的獨裁者”，這種稱呼也只有當代窮酸文人對中國共產黨，特別是對毛澤東的看法才比得上。前面說的這些其實都是背景，一旦接受了羅輯暗喻毛澤東老一輩共產黨人的設定，那么《死神永生》中人類對他的態度就會讓我們覺得很熟悉了。在羅輯卸任執劍人之后，沒有一個人表示對他的感謝，反而還因為一些莫須有的罪狀遭到了指控。這和當今網絡上的某些思潮何其相似！對于毛澤東和他所代表的老一輩革命家，多少人已經忘記了他們把舊中國拉出飽受屈辱的泥潭，傲立于世界民族之林的功業，反而對他們諷刺謾罵的聲音始終不絕，更有許多，甚至用一些莫須有的謠言對他們進行誣蔑中傷。《三體》三部曲要表達的，很大程度上是對這種思潮的一種反思吧。筆者認為，這種反思實際上就是《三體》三部曲的思想內核所在。他代表的是作者對歷史的認識，也是他對現實社會逆向民族主義思潮的逆反。從羅輯、章北海、韋德等小說中英雄人物的身上，作者更體現了自己希望看到中華民族奮發進取，不為暫時困難所羈絆的豪情。

當然除了這個主線之外，《三體》系列中還有許多小心的暗喻和影射。有的比較明顯，也有的比較晦澀。比如說作為人類卻效忠于敵對的外星勢力，四處煽風點火搞破壞的eto組織成員和某些喊出“中國需要西方殖民200年”的公知、帶路黨何其相似！再比如，地球人類最終還是難以逃過毀滅的命運，但是給人類留下種子的只有勇于探索外空間的章北海等人，是不是作者也認為只有改革開放才能讓中華文明存活下去呢？小說的最后，作者讓三體星毀于“光粒”攻擊，不由得讓人想起20世紀90年代日本經濟在美國金融攻擊下的全面停滯。小說中地球遭受攻擊則是比“光粒”還要高級得多的維度攻擊，是否會讓人聯想到以美國為首的西方國家對我們進行的和平演變和cnn等境外媒體的輿論攻勢？小說的最后，地球最終還是毀滅在了維度攻擊之下，我們的中國能幸免于難嗎？

筆者的這種認識究竟是作者劉慈欣的本意嗎？這需要對劉慈欣本人的思想有一定的了解，更需要結合劉慈欣以往的一些作品。在《球狀閃電》、《全頻帶阻塞干擾》等小說中，他塑造的主角都是為了祖國不惜奮勇獻身的英雄人物；而在《光榮與夢想》等小說中則體現了他對西方霸權主義的警惕。筆者認為，劉慈欣至少也是一個對民族獨立自強充滿熱情的愛國者，并且對歷史和現實的外部環境有自己清醒的認識。《三體》三部曲中流露出的這種政治傾向有兩種可能：或者是像筆者所認為的，是劉慈欣精巧布局之下的諷喻之作；或者是劉慈欣平時對社會現實思考之后下意識的運用到了小說里。但不管是哪種可能，《三體》這部書的基調都是改變不了的。

文學作品一經出版面世，解讀權就不在作者手里。讀者們讀書的時候一定會結合自己現實生活中的經驗和認識來對作品進行解讀，有時這種解讀甚至超出作者的意料。金庸聽到文學批評家對自己作品意圖的推測時大吃一驚，而假使曹雪芹復活更一定會對紅學家們的成就張口結舌。《三體》三部曲也是這樣，筆者甚至還見過“作者對羅輯等人實際上是一種批判態度，程心所代表的人性才能拯救宇宙”的奇葩言論。筆者在文中的解讀方式也只是一家之言，個中意味還請讀者自行體會吧。

《三體》中的物理學原理篇二

《三體》中的物理學

大家好，我叫李淼，來自于廣州的中山大學，在廣州中山大學天文與空間科學研究院做院長，以后會到珠海成立物理天文學院。今天跟大家聊聊我的一本書，叫《三體中的物理學》。介紹劉慈欣《三體》三部曲科幻中所涉及的物理學中的一些問題。今天跟大家聊三個問題，第一個問題就是前段時間美國人發現的引力波。這個引力波是怎么回事，在三體小說中也涉及到了。第二個問題我們講講大劉的地球往事第一部《三體》，三體的來歷，三體星人受到的不規則的運動到底是真的還是假的？第三部分我們談談三維人進入四維空間的碎片會發生什么？

第一個問題就是引力波。美國ligo在2月11號公布他們發現引力波的結果，所以我先想講第18章，引力波天線這一章節。

引力波天線的好處是什么呢？是它可以發射的更遠，你如果定向發射的話，是沒有任何東西可以阻擋它的，因為它是一個時間和空間的波動，它和我們平常看到的波動不一樣。平常看到的波動，水波是水在晃動。比如說你在河里面扔一個石子，就產生了一個波動，這是水波。光波稍微抽象一點，它并不是一個介質的波動，而是一個純粹的由電磁現象引起的波動。最早發現光波的人是英國一個偉大的物理學家，叫麥克斯韋。麥克斯韋發現了電磁學的一組完整的方程，他發現這個方程里面有波動解，就像水波一樣。而且這個波動解的速度，他認為和光速是一樣的，于是他就預言，光其實也是一種電磁波。

電磁波是如何產生的呢？它有很多種，其中有一種是赫茲為了驗證麥克斯韋的預言，用電火花產生了射電波段。電火花產生波動之后，在另外一邊，就可以被檢測到，也產生電火花了，所以赫茲是第一個驗證了電磁波存在的人。大家都知道現在電磁波的應用非常廣泛，比如說電視、廣播、手機信號，都是射電波段。麥克斯韋發現電磁波遠遠不只這個，因為他還預言光也是一種電磁波。那物理學家就可以通過電磁波來探測很多東西，比如說我們可以探測很遠之外的天體，他們會發射出射電。我們通過光學望遠鏡，可以看到月球上的環形山，土星環，諸如此類的。而且現在光學望遠鏡可以做到很大，口徑非常大，已經超過十米了，我們可以看到非常非常遙遠的天體。

話扯了這么長，我們回來談談引力波。引力波和光波一樣，愛因斯坦發明了萬有引力這個方程組，他就像麥克斯韋對電磁現象一樣，他發現了完整的一個方程組，他也發現在他的方程組里也存在著波，這個波當然就不是電磁波了，也不是水波，也不是聲波，這就是所謂的引力波。引力波是怎么產生的呢？有點像電磁波依賴于電荷的變動，引力波的產生是依賴于質量的變動、能量的變動。我們都知道世界上萬事萬物都有質量都有能量，比如一個人的身體體重大概70公斤左右，重一點的話是80公斤90公斤，輕一點的話50公斤60公斤，這都是質量，地球也有質量，太陽也有質量，所有這些天體都有質量。有了質量就會產生萬有引力，這是牛頓最早發現的。

到了愛因斯坦的時代，它認為其實萬有引力不像牛頓說的那樣是一種力，而是種時空彎曲的現象，就相當于給你一個球體，你把它想辦法變成一個桔子皮，桔子皮上面是彎的，高低不平的，其實由于宇宙里面充滿了各式各樣的能量和天體，天體有質量，這些各式各樣的質量和能量使得時間和空間都是彎曲的，特別是空間是彎曲了，就像桔子皮一樣。當然桔子皮表面上看來是兩維的，我們的空間是三維的。整個愛因斯坦理論是說，如果有了能量和質量，那么時間和空間就會變彎。對于時空變彎，有靜態的變彎，比如說一個太陽，地球繞著太陽轉，這是一個靜態的，太陽產生的引力場是通過時間和空間的一個靜態的彎曲，所謂的靜態是不隨時間變化。地球在太陽產生的彎曲時空里面就繞著太陽轉，就是所謂的最短程線。這就像我們出門吃飯，比如說我們家附近有一個餐館，你不可能是彎彎曲曲的走過去，除非你喝醉了，你肯定是直著走過去，這叫最短程線。同樣一個球體上也有最短程線，球體上的最短程線就是一個大圓，不可能在球面上走一個直線，因為球本來是彎的，你只能繞著一個大圓走。所以當空間變的更彎的時候，可能你走的線就不是我們通常想象的一條直線。他的短程線是彎的，就像地球繞著太陽轉一樣，是彎的。這是一個靜態的時空。但是引力波是怎么回事呢？引力波是說這個時空彎曲還會隨著時間變化。就像水里面的波動一樣，一個靜態的水你可以看成是一個平面，當然你也可以放一個閘，左邊水面高一點，右邊水面低一點，這也是一個靜態的，但是他不是一個完整的平面。但水波不一樣，水波的波谷和波峰不時的在變化，才是波。同樣時間和空間的彎曲也會是這樣。如果他也隨著時間變化，這就是引力波，這就是愛因斯坦大約在一百年前就預言了。正好去年9月份，叫ligo，極光干涉引力波天文臺。他們花了二十多年的時間，終于檢測到彎曲時空會隨著時間變化的波動叫引力波，而這個引力波是來自于兩個黑洞合并的過程。這兩個黑洞非常遙遠，離我們大概有13億光年，也就是說光從那邊跑過來要13億年。但是黑洞是不發光的，我們看不到這兩個黑洞，但是它合并的過程中就有點像我們扔一顆石子在水里面一樣，它會使得時空產生強大的波動，這就是引力波。其中一個黑洞大概質量是36個太陽那么大，還有一個黑洞是29個太陽那么大，合并之后就變小了。應該加起來質量守恒，36+29應當是65，但是合并之后的這個黑洞的質量發現只有62個太陽質量。這些黑洞是怎么發現的？完全是通過ligo探測到引力波不到一秒中間的信號，把它分析出來的。換句話說，在合并之前，這兩個黑洞總共有65個太陽質量，合并之后損失了3個太陽質量。這3個太陽質量到哪里去了呢？因為這兩個黑洞不發光了，黑洞黑洞，太黑了，不發光，它是以引力波的形式傳播出來的，引力波也攜帶能量，這樣就被我們的實驗看到了。

回到三體，三體里面有一個很長的故事，咱們也忽略了，就是說三體人和地球人進入一個威懾時代，就是暫時和平時代，就相當于我們很多國家擁有核武器，核威懾時代。他們就進入了一個所謂的黑暗森林的威懾時代。為什么說是有威懾呢？是因為地球人掌握了通過太陽放大電磁波信號的手段，可以向銀河系其他地方廣播三體人的位置，那么其他高級文明一旦收到這個信號，就像黑暗森林中的狩獵者一樣，啪，一下子就把他干掉了。地球人掌握了這個東西之后，三體人處于被威懾的狀態，就跟三體人要很多技術，其中一個技術就是發射引力波，就是我剛才講的。所以三體人就幫助地球人在地球上建了好幾個引力波發射器。這個引力波發射器也有具體的描述，我們看一下劉慈欣是怎么描述的，我來讀一段。

五年之后，羅輯一家遠遠的看到引力波天線，但車行駛了半個小時才到達它旁邊。這時候，他們才真正感覺到它的巨大。天線是一個橫放的圓柱體，有一千五百米長，直徑有五十米，整體懸浮在距地面兩米左右的位置。它的表面也是光潔的鏡面，一半映著天空，一半映著華北平原。它讓人想起幾樣東西，三體世界的巨擺，低維展開的質子，水滴。這種經面物體反映了三體世界的某種至今也很難為人類所理解的觀點，用他們一句名言來講就是，通過忠實的映射宇宙來隱藏自我，是融入永恒的唯一途徑。天線周圍有一大片翠綠的草地，形成了華北沙漠上的一個小小的綠洲。這片草地并不是專門種植的，因為引力波系統建成后，一直在不間斷地發射，只是發出的波沒有被調制，與超新星爆發、中子星或黑洞發出的引力波無異，但密集的引力波束卻在大氣層中產生了奇特的效應，大氣中的水汽在這個上方聚集，使得天線周圍經常降雨，有時，降雨的區域僅有三四公里半徑，一塊圓形的雨云像晴空中的巨形飛碟般懸在天線上方，從雨中可以看到周圍燦爛的陽光。于是這一區域長出了豐茂的野草。但今天羅輯一家并沒有看到這種奇觀，只見到天線上空聚集的一片白云。

寫了很多，這是看到天線的外觀，巨大的天線，我再重復一遍這個天線有多大，有1.5公里長，直徑有50多米。

到底是不是說引力波天線就有這么大呢，我要發射引力波就需要這么大嗎？不是的，其實整個直徑50米的圓柱體里面是作為一個包裹體，里面是非常細的弦，但這個弦非常重，不是普通物質組成的，是中子物質組成的。

這樣的中子物質組成的弦，到底能不能強大到發射出引力波，我的分析的結果是這樣的，如果說這根天線的弦是密密麻麻的，是一個中子一個中子的挨在一起的，那么它發射引力波的功率是比較小的，完全不足以來傳遞出信號，比如說傳遞出很遠很遠，銀河系其他地方，讓其他文明收到這個信號，這是做不到的。

要到什么程度呢？它必須是由不是單個中子排在一起，而是有很多很多中子排在一起，它有一個截面，這個截面里面有很多很多的中子，其實就是中子形成的一個小的圓柱體，而不是單個兒中子排的細線，形成了一個小的圓柱體。而且中子要密密麻麻的排在一起。這樣的話，應該可以達到像全銀河系做廣播的目的。我計算了一下，它的功率是每秒一億焦耳，這是相當強大的功率。只要你方向性好，你就可以讓別的文明收到你的信號，比如說你可以廣播，三體人在什么地方。確實后來這件事情發生了，這件事情怎么發生的呢？不是在地球上發生的，是萬有引力號。萬有引力號是人類在三體星人的幫助下，又發生了一個技術爆發，爆發了兩次，第一次是人類建造了非常強大的星際艦隊，這個星際艦隊形成了幾個共和國。但是第一個星際艦隊被三體人摧毀了，這是有非常美妙的一個故事，我建議大家去三體中學習，讀一讀，非常好的故事。

然后被水滴摧毀之后，第二次發生了科學技術的爆發，建立了第二批更加先進的星際艦隊。這個星際艦隊其中有一個叫萬有引力號。萬有引力號和其他的星際艦隊長的完全不一樣，長的就像我剛才讀的那段故事一樣，長的就是引力波天線。長大概是1.5公里，直徑有50米。這里面是有一根中子物質組成的線，這個引力波天線其實是一個活動的引力波天線，三體星人沒有把能把它摧毀，因為它是活動的，它可以走。當然最后我們知道，在三體里面發生了這樣的故事，第一批星艦被三體人摧毀了，用水滴摧毀了，剩下了幾個星艦，其中一個叫藍色天空號，藍色天空號逃跑，為什么逃跑呢，是因為他們認為太陽系已經不適合居住了，因為時刻受到三體星人的威脅，所以他們向外太空逃跑，而且逃跑的過程中，他們還殺死了自己別的星艦，所以犯下了一些反人類罪行，萬有引力號就來追擊它，在追擊的過程中發生了很多的故事，然后就合并了，合并了以后，他們發現威懾時代已經過去了，三體星人已經戰勝了人類，他們不得不向全宇宙廣播，他們廣播的方式就是用萬有引力號。確確實實在廣播后不久，有一個光粒，就是以光速運動的巨大的東西，把三體星人的三體星給摧毀了。我們關于萬有引力就講到這。

現在接著講三體中的物理學，三體中涉及到方方面面的物理學，有很多很多點。其實《三體中的物理學》這本書有一個東西沒有講，這個東西實際上是三體的關鍵。因為三體星人是處于一個三顆恒星系統中的智慧生命。他們的行星受到三顆恒星的影響，使得三體星人受到的周期變成和我們地球人不一樣，地球繞著太陽轉，是很規律的，一年有四季，夏天比較熱，冬天比較冷，春天和秋天比較舒服。但是三顆恒星在一起是沒有規律的變化，所以三體星人經常被毀滅，他們的文明經常會被毀滅，然后重新再誕生。后來他們的文明先進到什么程度呢，他們可以把自己脫水，變成了一張皮，然后把它收起來，比如說藏在很深的山洞里面，免得被三顆恒星烤焦。等三顆恒星變得更加規律的時候，他們又出來了。那時候也許就像我們地球一樣，有四季變化。

三體星為什么會運行不規律。這件事情非常有意思，在物理學里面經常見到，叫混沌系統，所謂混沌系統就是亂七八糟的，沒規律。舉一個最簡單的例子，打桌球，大家都知道打桌球是球在長方形的四個壁上來回反射，這個反射有規律，如果一個球順著一個斜線打到壁上，它可以反彈出來，它反彈出來的角跟入射的角是一樣大的。這個是有規律的。但是時間長了以后你會發現，這個球被四個壁來回來回反彈，最后完全沒有辦法預言它的軌跡，變的非常混亂，就不像地球繞著太陽轉那么規律，沒有辦法預言。

三顆恒星放在一起也是這樣的，不像地球繞著太陽轉是規律的，它們互不相干的繞，亂七八糟的，沒有辦法預言。這就是大劉在三體里面設計的這么一個故事，非常有意思。為什么三體星人要入侵地球呢？很簡單，因為他們經常被毀滅。葉文潔是三體里面的一個主角，收到了三體星的信號，而且她還回了，因為她對地球人不信任，對地球失去信心了，她發現三體星人的文明比我們更先進，所以她就在地球發起了一個組織，三體組織，是干什么的呢？其實就是希望三體星入侵地球，取代人類的統治地位，因為三體星人的文明更先進，說不定道德也比地球人更高，它是這樣的。

我們回到三體，三體星人為了逃避不斷發生的災難，要入侵地球。這個災難的源頭就是三顆恒星運行的不規律，他們有三個太陽，就像我們的古代傳說一樣有九個太陽，被羿給射掉了八個。他們有三顆，大家經常發現一顆太陽會突然靠近他們，或者是兩顆太陽突然靠近他們，甚至是三顆太陽同時靠近他們，那就完全把這個行星烤化了，更不要說整個文明了。

其實我要指出這一點，非常重要的一點，物理學，劉慈欣的設定沒有問題，三顆恒星如果形成了三星系統，會出現這種非常不規律的變化，而且在銀河系里面。三星系統也占了千分之幾，并不很少，所以挺多。劉慈欣的設定是沒錯，但是他在書里寫了一個東西有點問題。他說這個三體星其實就是靠我們最近的恒星，那個恒星叫比鄰星。確實是靠我們最近的恒星和另外兩個恒星形成了三星系統。為什么說大劉的設定有問題呢，其實他后來也發現了問題。這個問題還蠻大，他說離我們最近的三星系統大約有4.2光年。換句話說光從那邊發出到我們這邊來，已經是4.2年前發出的，非常遙遠。比如說太陽發出的光，其實你是看到的光，是8分鐘之前來的。8分鐘和4.2年比，那是少很多。光跑8分鐘跑了多遠？1.5億公里。你可以換算一下跑4.2年得跑多少億公里，所以非常遙遠。

但是盡管遙遠，它也是距離我們最近的三顆恒星，其中兩顆恒星我們古代人已經知道了，一個叫南門a，一個叫南門b，就是南門星。我們中國人都知道有南門星。而比鄰星是非常非常小的一個恒星，肉眼看不到。一百年前被歐洲的一個天文學家用望遠鏡發現了，一測，也是離我們大約有4.2光年。所以就推測這顆比鄰星是離我們最近的一個恒星，是跟南門a和南門b形成一個三星系統。

確實是存在這么一個三星系統，所以劉慈欣拿來作為他的設定，三體人就在那。但問題出在什么地方呢？其實這三個系統，在我看來還是比較穩定的，為什么比較穩定呢？首先我們知道，兩顆恒星互相繞著轉是穩定的，這就有點像地球繞著太陽轉一樣，只不過是地球比太陽的質量小很多，體積是小了一百萬倍。所以基本上是地球繞著太陽轉，因為地球的質量不大影響到太陽的質量，太陽太大了。那兩個南門a和南門b的質量是差別不大，所以他們互相繞著轉。換句話說，用我們物理學的術語是繞著他們的質心在轉，但是是有規律的。加上比鄰星，是不是會形成剛才我們說的沒有規律的運動呢？不是的。因為比鄰星離這兩個星比較遠，因此對他們之間相互繞著轉影響不大。應該這么看，我覺得是南門a和b相互繞著轉，然后比鄰星繞著他們轉。所以從更長的時間來看，應當是一個不可預測的系統，但是比較短的尺度看是可以預測的。就像月亮、地球、太陽，其實也是一個三星系統。我們能不能說月亮、地球和太陽是不可預測的？我們不能說，只是說在更長的，也可能是上億年，或者是數十億年的尺度上說，是不可預測的。但是在一個世紀，甚至幾十萬年，都是可以預測的。所以我們人類一直活的挺好的，沒有因為三星系統而混亂。雖然那個三星不一樣，是兩顆恒星靠的近，互相繞著轉，另外一顆小的比鄰星繞著他們轉，而且很明顯比鄰星繞著他們轉的周期非常長，我估計得有上千萬光年到上億年。大概距離是0.2光年，8光分是1.5億公里，0.2光年是非常遙遠的。所以估計得上千萬光年繞著轉。因此至少在上億年的尺度上是不會發生紊亂現象。上億年的尺度上不會發生紊亂現象我覺得三體星人會活的挺好的。這是關于三體設定的物理學知識介紹。

下面一段我們講講《三體中的物理學》里面三維人進入高維空間會發生什么事情，這是第14章，三維人進入四維空間發生什么。

這件事是三體中一段非常有趣的故事產生出來的，就是講萬有引力號，第二批比較先進的星艦來追擊另外一個逃亡的星艦藍色空間號。藍色空間號是人類第一批星艦被三體人剩下的所剩無幾的星艦之。他們認為人類在地球已經沒有希望了，所以就向外面逃亡。在逃亡的過程中，他們消滅了另外自己的同一個艦隊里面的星艦，叫量子號。為什么要消滅呢？是因為覺得如果向外太空逃亡，可能他們星艦上所含的資源不夠，包括能源、燃料、食物之類的。其實在他們消滅量子號的時候，量子號同時也想消滅他們，他們的想法是一樣的。消滅對方然后把對方的燃料和生活用品都拿過來。

因為他們不知道后來地球人發現了羅輯，發現了黑暗森林法則，跟三體人進入了一個短暫的和平時期，威懾時代，他們不知道，他們就逃。但是對于地球人來看，他們就犯了反人類罪行，可是對于藍色空間號，他們認為我們是一個新的人種誕生了，這個人種為了活命不擇手段，包括干掉同類，拿到他們的資源。所以地球人后來由于新的技術的發展，又建造了第二批艦隊，這第二批艦隊的航速更高，遠遠超過第一批艦隊，是光速的百分之幾。其中追擊藍色空間號的叫萬有引力號。追擊了大約有50年，終于快追到了。為什么說人類可以在一個星艦上生活50年呢？因為大部分人一直在冰凍狀態，冷凍起來了。可能只有百分之幾的人在工作，他們輪換工作，百分之幾人的工作三兩年，然后也去冬眠了，再喚醒兩三個人再工作。

但是當萬有引力號追藍色空間號，他們之間只有一個天文單位的時候，一個天文單位是什么呢？就是地球到太陽的距離，大概是1.5億公里。一個天文單位的時候，他們就開始喚醒了所有的人，認為戰爭要一觸即發了。如果是星艦以光速運動，8分鐘左右就到了，當然星艦沒有那么高，是光速的百分之幾，那也不過是8分再乘上幾十。換句話說也就是幾個小時就追到了，所以他們就喚醒了所有的人。但他們突然發現本來護衛他們的三體星人的水滴突然失靈了。原來發生了一個非常離奇的事情，就是藍色空間號和萬有引力號進入了一個四維空間的碎片。

就是宇宙里面的空間不完全是三維的，我們知道三維是什么意思，就是上下前后左右，用三個坐標來描述。他們進入了一個四維的碎片，四維就比三維還高出一維，就相當于三維比兩維高出一維一樣，一個立方體比一張紙要多一維，一張紙張只有上下和左右，我們高出一維，還有一個前后。我不知道怎么來形容四維，可能除了上下左右前后還有一個。我們三維空間放在四維空間里，就像一張紙放在我們的空間里一樣。突然藍色空間號和萬有引力號都進了四維空間的碎片。就相當于一個螞蟻在紙上爬，我們可以用手把它提到第三維里面。所以就發生了這么一個奇怪的事情，藍色空間號知道進入了四維空間，萬有引力號不知道。所以他們就相當于通過了第四維，然后抄近路把水滴給干掉了，他們又抄近路占有了萬有引力號。因為藍色空間號上的人數是他們的十倍，有一千多人，而萬有引力號只有一百多人，而且他們根本不知道存在著這個四維空間，就突然被占領了。

我們回過頭來看，四維碎片的事是怎么回事兒。我們讀劉慈欣的小說覺得很正常嘛，就像爬在紙上的螞蟻，你用手把它提出來，放到高于紙面一樣的第三維空間一樣，這很正常，劉慈欣也覺得很正常，但這個物理上是有缺陷的。

我的結論是，如果真的三維人坐著星艦駛到一個四維空間的碎片，他要膽敢爬到四維空間里去，他會立刻毀滅，爆炸或者什么樣。用我們的成語講就是灰飛煙滅。為什么會灰飛煙滅呢？他跟螞蟻從紙面上拿起來不一樣，因為螞蟻在紙面上所體會的物理學規律和離開紙面體會到的物理學規律是一樣的。但是三維空間的人體會到的物理學的規律和四維空間的物理學規律是完全不一樣的。我們三維的人之所以生存要依賴于三維物理學規律。到了四維里面，物理學規律變了，那么三維人就沒有辦法生存了。我就講講為什么沒有辦法生存。

我們知道，有兩個非常重要的因素使得人類得以生存，首先存在原子和分子。原子就是電子繞著原子核在運動，形成了一個穩定的系統，然后原子之間再相互吸引，再形成分子，等等，組成了我們人體。原子之所以存在，依賴于一個非常重要的規律，就是說，電子和原子核之間的相互作用是庫侖力，庫侖力是什么意思呢？就是他們的吸引力是跟距離平方成反比的。而且我們可以證明，只有當庫侖力成立的時候，原子才是穩定的，如果不是和距離平方成反比，比如說和距離的三次方成反比，或者是和距離四次方成反比，這個原子系統都是不穩定的。

換句話說，我們非常幸運，在這個世界，庫侖力是成立的。但是非常遺憾，庫侖力到了四維就變成了和距離的立方成反比，r的立方成反比，如果把我們身體的原子突然放到四維里面，這個原子核和電子之間的吸引力突然變成r的三次方了，馬上就崩潰了，原子都崩潰了，那人的整個身體都崩潰了。

我們回過頭來再講講，為什么說庫侖力在三維空間里面跟距離平方成反比，而在四維空間里面是跟距離立方成反比，非常簡單，我們想想能量是守恒的，你比如說一個燈泡發出的光，比如說40瓦，是每秒鐘它的功率是40個焦耳，這個是不會變的。所以你離這個燈泡越遠，你會感到光越弱，因為它散布的球面就更大，它總的球面上所受的功率是每秒鐘40焦耳，你離它很遠，它的球面變的更大了，所以你看到的，你的眼睛接收到的是有限的光，有限的面積，因此你看到的燈泡就弱，而這個弱是跟距離有個關系，就是跟距離平方成反比。原因很簡單，這個球面是跟距離平方成反比的。因此你單位面積里面接受的光一定是跟距離平方成反比的。庫侖力也是這么一個道理，他雖然不是能量守恒，但道理是類似的。

那么到了四維會怎么樣呢？同樣的燈泡你讓它發光，這個時候包著燈泡的球面就不再是兩維的球面了，因為它在四維空間里面，它的球面就變成三維了。因此根據能量守恒，它的燈泡發出的光的強度，是跟三維球面的體積有關的。而三維球面的體積是跟距離的立方成正比，因為它是三維的，它是立方。所以如果你在四維里面用眼睛看一個燈泡，你看到的這個亮度是跟距離的立方成反比，同樣在四維空間里面，庫侖力也是跟距離的立方成反比。所以我們就回到前面的話題，如果把我們身體的原子放到四維空間里，他們之間的關系是跟距離的立方成反比，然后根據我們的物理學，你可以很快的解這個方程，這個是不穩定的，馬上就崩潰。所以三維人是沒有辦法進入四維的。這個是跟我們的直覺完全相反的。它和紙上的螞蟻不一樣，因為螞蟻盡管在紙上爬，它的規律還是三維的，它的身體里面分子原子還是三維的，所以你把它提到三維里，它不會發生變化。今天就跟大家聊這么些，以后有機會和大家再聊，我有可能在我的公眾號上會繼續談一些和科幻相關的物理學問題，歡迎大家關注我的公眾號，我的公眾號叫淼叔。謝謝大家。

撰稿：李淼 講述：李淼

《三體》中的物理學原理篇三

zz 一個社會學家對黑暗森林法則的反駁來源： 丁旭陽的日志

這學期撈到個機會給本科生開社會學導論課，本沒指望他們讀什么參考書，不過更沒想到的是，我自己反而被布置了兩本“課外讀物”。

事情是這樣，一天下課，一位好心的學生向我推薦說：“老師，你該讀一下《三體》，里面提到了一種‘宇宙社會學’！”

“宇宙社會學！”我當時就震撼了！直接想起了朱海軍的“面對面”和網上某社會學愛好者發明的“人生論”等等山寨社會學理論，不過這個名詞象個黑洞一樣，聽起來更加具有誘惑力。聯想起眾多朋友的推薦，我沒有理由拒絕相信這是一本好小說。于是誠心誠意地借了來攻讀之。書很好看，“宇宙社會學”出現在劉慈欣“地球往事”三部曲之二——《三體：黑暗森林》里面，主人公羅輯依靠“社會學知識”而非物理學知識戰勝了外星人，在公眾對社會學認識度不高的當今中國，一部“硬科幻代表作”中把社會學提到這樣的高度，很出乎我的意料。

作為一名跨世紀的“社會青年”，總免不了被問到的兩個“終極問題”之一就是“社會學有什么用啊？”我以往儲備的答案比較低調，比較無厘頭：“學了社會學可以教社會學啊！”，令聞者側目。現在，我知道我可以拋出一個高調得多的答案了：“學了社會學至少可以保衛地球，大戰外星人啊！”作為一個業余的（偽）科幻迷來說，這個答案簡直太拉風，太合我的心意了！我要向大劉老師致以崇高的敬禮！

不過敬禮歸敬禮，這個“宇宙社會學”還是要從專業角度好好考察一下的。“科學幻想”一直把“社會科學”排除在外，其實是個不正常的現象。除了社會科學“準科學”的尷尬地位之外，其實也跟科學界對社會科學研究的特殊性認識不足有關。借這個考察“宇宙社會學”的機會，或許可以看一下，社會科學的專業知識對于豐富我們對未來世界的幻想起著多么重要的作用。而缺了這個視角，對于一部幻想人類未來的小說來說又是多么大的遺憾。

我們知道，知識的建立有兩個途徑，經驗歸納和理論推導（演繹）。經驗歸納服從實證批判，理論推導服從邏輯批評。而理論推導必須要有起點，歸根結底要建立在經驗歸納基礎上的。所謂“公理”，是理論的基礎，往往是在一定普遍的尺度上不證自明的常識。所以從原則上說，經驗世界是所有知識的來源，公理也不例外。公理階段的偏差，往往直接影響到理論是否正確，或者至少是理論適用的范圍大小。

那我們就來看看在楊冬墓前，葉文潔傳授給羅輯的宇宙社會學知識，有幾分站得住腳。說實話，這一幕總讓我聯想到上帝向摩西顯現。宇宙社會學第一公理：生存是文明的第一需要。

宇宙社會學第二公理：文明不斷增長和擴張，但宇宙中的物質總量保持不變。羅輯說：“葉老師，從社會學角度看，這兩條公理都足夠堅實……” 很遺憾，從社會學角度看，這兩條公理都不成立。

先說第一條。邏輯學上，“是”是個極其關鍵的詞匯，“應然”或是“實然”都可以用“是”來表達，但其中的含義是截然不同的。第一公理這個命題，是“應然”還是“實然”呢？“生存應該成為文明的第一需要？”還是“生存確實是文明的第一需要？”

大劉在這兩本經天緯地的奇書中已經展現出了他深厚的自然科學素養。但是對于社會科學，他顯然沒有把握住其中的關鍵。前面提到社會科學的特殊性，在我看來，就是“意義”二字。原因無他，因為社會科學研究的現象無論再怎樣被“忽略細節，濃縮成一個點”，面對的集合體也是由有意志有情感的個人組成的。涉及人的地方，一定存在意義。宇宙社會學第一公理到底是應然命題還是實然命題，這在自然科學中無足輕重。因為恒星和原子是不會涉及意義的。無論“應該這樣轉”還是“確實這樣轉”對它們來說都是一樣，總之他們就是這樣轉。但是對于人類文明來說，情況完全不同。

人有意志，可以選擇，而且他們的選擇并不總是依據自己真正的需要，哪怕是學者眼中的“第一需要”！現代社會的“成癮性”現象就不必說了，古人的事例更是多不勝數。不必煩引現象學社會學的理論，簡單舉例即可。古龍說過一句話：“每個人都有一樣比自己的命更要緊的東西，酒鬼眼中的酒，色鬼眼中的美人，賭鬼眼中的賭局，都是如此。”其實已經把這個道理說得很清楚。人之所以為人，正因為他并不像動物一般，把自己的生命看得重于一切。談論到“文明”，尤其如此。“文明”必然涉及“互惠”和“利他”，有時候，生存的第一需要也是可以被犧牲的。

當然人有為了基本生存不惜一切的時候，社會學從來不否認這一點。但是作為“公理”，應該是個極強的論斷，只要有反證就可以被推翻，何況是如此大量的“反證”。只能說這個公理本身有問題。

假設一位支持宇宙社會學的對手辯駁：“不，你說的是微觀層次，作為整個文明本身，是不會為了另一個文明犧牲的。”

我同意，但是既然上升到宏觀層次，我就要提醒對手，他在擺脫了一個問題的同時，面對著一個新的問題：文明本身是有重量的。

這個詩意的說法借自卡爾維諾的《看不見的城市》，用社會學術語來說，文明社會必然是個分化的社會，其運行是有成本的。生存的需要并不必然可以清晰地傳遞到決定文明命運的階層心中。如果從“生存是第一需要”的公理出發，五世紀的羅馬帝國應該重整尚武精神，把蠻族遷移到邊疆才對，不應該大量雇用蠻族軍隊。清王朝末年應該整頓吏治，推行新政才對，不該把施行憲政的日期一推再推。可惜我們知道這一切都沒有機會發生，有權力為文明選擇未來的人往往已經被文明局限住了視野，一個文明運行的成本決定了它無力去選擇另一種可能。

用一個詩化的說法總結就是：“文明自身是自身的敵人”。探尋歷史上文明盛衰的軌跡，無不如此，所以說，無論“應然”還是“實然”，第一公理都是站不住腳的。宇宙社會學第二公理不成立的原因，和第一條有聯系。

宇宙中總量保持恒定與否和社會學沒關系，可以省略，重點看前半句。

如今地球上生存的人，總屬于這種或那種文明，所以當我們回顧文明的歷程時，總不免產生“文明在不斷增長和擴張”的幻想。可事實呢？地球上曾經存在過的所有文明中，延續到今天的絕對是少數。大多數文明都已經湮沒在歷史的長河中了。王銘銘在碰到有人質疑歷史的重要性時，總要反問對方：“你說自古到今，死人多還是活人多？”面對宇宙社會學第二公理，我們可以這么問，只不過主體換成文明而已：消失的文明多還是延續下來的文明多？ 假設我的對手這樣辯駁：“你說的這都是地球上的狀況，宇宙中不適用！”并且引用創始人葉文潔的話：“宇宙社會學比起人類社會學來呈現出更清晰的數學結構！” 對不起，還是不對。人群的量級是個問題，不過不是核心的問題。哪怕在一個社會內部，只要從統計入手，大量社會事實也會呈現出清晰的數學結構，例如離婚率、自殺率、教派人數興衰等等，并不需要放大到宇宙級別。問題是你采取什么路徑去看。堅持實證方法，用自然科學手段研究社會的人，也會得到一些成果，但是從概念界定開始（什么叫做“婚姻”和“教派”），他就會遭到“意義”問題的持續困擾，直到他解釋這些現象為止（為什么離婚率會上升？為什么教派興起又衰落？）。他會發現數學可以幫他一些忙，但是關鍵的問題他都必須從意義入手才能解決。照《三體》的世界觀看，三體人或許比較先進，比較特殊（不能隱藏內心意圖），但是與人類一樣有精神覺悟，有自由意志的生物，能制造、交流和讀解意義。宇宙中的其他文明數量再多，構成的“宇宙社會”再復雜，只要能互相交流，那么“宇宙社會學”就一定會涉及到意義問題，絕對不可能用數學來解決的。

所以說穿了，所謂“宇宙社會學有清晰的數學結構”，其實只是理工科背景人士對于社會的一種幻想（不客氣地說是無知），跟宇宙不宇宙倒沒什么關系。接下來談談兩個重要概念：“猜疑鏈”和“技術爆炸”。

猜疑鏈不新鮮，博弈論中的“囚徒困境”就是典型的猜疑鏈造成的——兩個囚徒互相猜疑對方的選擇，難以決定自己的下一步如何舉措。這個假設的前提是兩人處于完全無知的黑幕狀態，并且彼此之間缺乏信任和共同利益。

這個假設聽起來沒錯，因為兩個陌生人之間是完全可能發生這種博弈的。它的問題在于，它假設社會有一個起點狀態，在這種狀態下，不熟悉的陌生人各自本來是孤獨的，彼此之間是陌生的，好像是穴居的動物一樣，在這種起點狀態下，人和人開始交往并結成團體。盧梭的社會理論就是建立在這種起始狀態之下的。

然而在我看來，這種狀態并非人類社會的常態，毋寧說是一個非常態。人是群體生活的動物，絕大多數的人類都是在社群中長大的，人類社會的常態應該是聚眾而居。當然這并不意味著我們應該拋棄猜疑，把信任當作是社會學理論的起點，人和人之間的交往是一個動態的過程，猜疑和信任都只是這個過程中的一部分。如果要我為社會學理論選擇一個起點的話，我會選擇人和人之間有猜疑的信任，或者說有誤解的交流，而非絕對的猜疑。

對方可能會提出反對意見：宇宙中文明之間的遭遇，更多與穴居動物的遭遇類似，而與已經建立了信任關系的社群無關。所以即使猜疑鏈在人類社會中不合適，在宇宙中卻是絕對合適的。

我的意見是，猜疑鏈這個概念用來描述人類社會過于高估了猜疑，而如果用在宇宙社會中，恐怕是高估了信任，準確地說是文明與文明之間的了解。

事實上猜疑鏈這個概念本身就已經包含了了解的成分，正是相信對方有與我類似的價值觀和行為模式，所以才有“以己度人”的余地。因此，即使我覺得章北海率領的艦隊之間的勾心斗角可以接受，我還是忍不住要懷疑，宇宙中的文明遭遇，會有這樣的前提么？

假如a星球的文明與b星球遭遇，他們能馬上了解彼此之間的實力差距么？假如對方有意掩藏起了自己的實力怎么辦？假如對方的科技水平并非單純反映在對外層空間的探索上怎么辦？又或者，假如對方對于生命和宇宙有跟我完全不同的態度怎么辦？率先攻擊會不會反而招來飛來橫禍？那是不是不攻擊反而會是更為明智的選擇呢？ 最后一條：技術爆炸。這一條沒什么好駁的，因為在我看來是順理成章地不成立。現代人被現代以來的人類歷史框住了思維，總是以為近五百多年來的技術持續進步是順理成章的，甚至以為加上人類所有歷史的過去，就是一個理論不斷上階梯，技術突破瓶頸的歷史。這是典型的進化論的宏偉敘事。回首人類的歷史，我們會發現許多古代的工藝至今難以復現，而很多技術，實際上經歷了一個重復失落和再發明的過程。近幾百年來的技術爆炸到底是個偶然還是必然，現在還無從知曉。再往深了質疑，連近幾百年來的技術爆炸是否成立也成問題，因為隨著現代性的演進，人類一邊在不停地發明出新的技術，一邊在不停地失去舊的技術。我們的社會從沒有現在這樣先進，也從沒有現在這樣單一。技術在未來到底是會不停地爆炸下去，還是會反過來將人類吞噬，現在是個誰也說不準的事情。因此斷定技術爆炸是文明的一條支配法則，顯然是過于短視了。

還要提宇宙的特殊性的話，我只能說，依據小說的內容，連三體文明都是技術勻速發展的，憑什么斷定這個概念的合理性呢？ 最后談談理論的取向問題。

在自然科學里面，我們常說“發現”了一條定理，包含的意思，是說客觀規律是不以人的意志為轉移的，只等著人類的意識去接近。而在社會科學里，尤其是八十年代以來，我們常說某人“發明”了一條理論，因為我們承認，社會科學的理論（或者更前衛一點說，我們認為人類所有的理論）都是“發明”出來的。是帶著特殊用意的建構。《三體》中的宇宙社會學也是這樣，用意無非是要營造出一種殘酷的宇宙叢林法則來，好支撐小說情節的展開。

然而即使我承認這只是小說的筆法而已，我還是要挑剔一番，因為我實在不忍心看到這樣一部充滿了堅實的自然科學細節的幻想小說，在社會科學方面出現這樣不成熟的設想。這與天馬行空的前瞻性幻想不同，大劉的“宇宙社會學”再現出來的，其實只是社會學早在四五十年前就已經拋棄的一些陳腐思想，有些想法的淵源，甚至可以上溯到啟蒙時代一些自然科學家和政治學家對于人類社會所做的臆測，以及從自己學科出發的輕率比附。盡管充滿童趣，然而很遺憾，這些“人對人是狼”、“社會遵循數學模型”、“技術不斷進步”之類的幻覺，在社會學里已經屬于史前史了。

從理論根源上去追溯這種社會觀是一條路徑。讓我更感興趣的小說中具體的思想路徑。葉文潔從自己文革的經歷中得出這樣的社會觀，可以理解。我也可以理解經歷過文革的一代人這樣去認知社會。但是，與他們認為“文革把整個人類社會還原到了原點”，故此可以通過文革中的人際關系去認識社會不同，我認為文革狀態是人類社會的一種極端形態，就此把“社會”定義成一場“無仁義的戰爭”，恐怕有失偏頗。

值得大力肯定的一點是，《三體》這部瑰麗的科幻小說第一次從正面肯定了社會學的價值。作為一名社會學從業者，我深深感謝大劉老師對于這門學科的推重，同時感佩于大劉老師的眼界之寬廣。如果有說得不對的地方，歡迎討論。

讀完這本小說，我的心里多了一個幻想。我憧憬著，有一天我從夢中醒來，赫然發現兩位黑衣人站在我的床頭：“噓……先生，對不起，請跟我們來一趟，外星事務司現在急需一名社會學學者的幫助。”

《三體》中的物理學原理篇四

專業：軟件工程（12級）班級：

姓名：xxx學號：xxxxxx

科幻電影中的物理學

我看過很多科幻電影，對科幻電影中的時空穿梭很感興趣，大家都看過《機器人總動員》《哈利波特》《愛麗絲夢游仙境》以及我國的古裝穿越劇等好看的科幻片，其中有很多物理知識和一些天馬行空的思想。

我很喜歡看《愛麗絲夢游仙境》，它講的是她跟隨一只白色的兔子逃到一個洞里，進入仙境。13年前，愛麗絲曾來過此地，但她現在卻一點也不記得了。在這里，愛麗絲與那些可愛的老朋友們重逢了：虛張聲勢的睡鼠，美麗的白皇后和她可憎的姐姐紅桃皇后，還有雙胞胎兄弟，毛毛蟲，白兔，瘋帽子等等。在奇妙的仙境歷險中，愛麗絲了解到自己身負的重大使命，那就是帶領地下世界的居民們結束了紅桃皇后的邪惡統治，恢復昔日仙境。

其實用物理學的思想來解釋在這個世界上是沒有仙境的，仙境的歷險也只是作者憑空想象出來的，山洞都是有盡頭的，不可能鏈接到另一個世界，更別提仙境了，只是作者對現實的一種抨擊，對愛麗絲勇敢機智的一種贊揚。從物理的角度來講我們的地球上沒有仙境，也沒有通往仙境的山洞。

我們都知道動量守恒定律的，大家還記得《機器人總動員》，當電影中的機器人瓦力不小心漂浮進太空后，它無論怎么動，怎么努力都不能漂回到飛船，因為在太空中沒有其他的物體甚至空氣來使機器

1人瓦力受到向前的力量。如果要使自己得到一個向前的動量，必須對其他物體施加力使得其它的物體得到一個大小相等但方向相反的動量。這樣設定向前的動量為正，向后的動量為負，總和仍然與之前一樣為零。幸虧機器人瓦力身邊帶著的一個滅火器瓶，他向后放出滅火用的泡沫，使自己受到反沖力，得到向前的動量，當然，設機器人瓦力向正方向運動，泡沫向負方向運動，機器人瓦力的動量為正，泡沫的動量為負，所以這時系統的總動量仍然守恒。這樣，用電影中的實例就是物理的闡述。一個系統如果不受外力或者所受外力為零，則系統的總動量保持恒定。從物理學角度來看，沒有什么可以隱形，只有人眼看不到的而已。我們喜歡的《哈利波特》魔幻主題系列電影的主人公擁有一件神奇的隱形道具，然而隱形衣雖然這件隱形衣已不屬于科學領域了，人能瞥見物體，是因為光照到物體后被反射到人的視網膜上因此物體的隱身應該屬于一個光學問題實現隱形一般有兩條路可走一種是尋找能夠吸收可見光的特殊材料另外一種就是改變物體對光線的折射率，讓電磁波“拐彎”，繞過物體因為天然隱形，當光波從具備正折射率的材料入射到具備負折射率材料的界面時，光波的折射與常規折射相反，入射波和折射波處在于界面法線方向同一側。但以現在的技術還是不可以實現的，所以這些是作者大膽的夸張和想象。

近年來我國穿越劇很是風行，幾天后即將上映的《步步驚情》，就是穿越劇，女主角從清朝穿回現在，清朝男主角穿回現代，他們在時空里穿越過去和將來。前幾年《空鎖心玉》 《步步驚心》等是女主角穿越回到幾百年前的清朝，發生的一系列搞笑感人的故事，時光之旅在理論上是可行的，人類可以打開回到過去的大門和通向未來的捷徑。為了實現時光旅行，霍金首先建議人們接納時間作為第四維的觀念。他舉了一個非常簡單的例子：當人們駕駛汽車時，向前直行和向后倒車是第一維，向左或向右轉彎是第二維，在山路上爬坡和下坡是第三維，那么時間就是第四維。對于物理學家來說，時光隧道也許就是蟲洞。霍金說，蟲洞就在我們周圍，只是小到肉眼無法看見。宇宙萬物都會出現小孔或裂縫，這種基本規律同樣適用于時間。時間也有細微的裂縫和空隙，比分子、原子還要小的空隙被稱作“量子泡沫”，而蟲洞就存在于“量子泡沫”中。但是目前我們還達不到這樣的科技。科幻電影中種種奇特的幻想讓我們感到了宇宙的奧秘，生活中一些事情的不可思議，也許那些都不是真的，也許有一定的物理依據，但這都給我們帶來了很大的影響，不僅讓我們在看電影的同時欣賞到美美的電影大餐，也讓我們進一步思考那些是否真實存在，擴寬了物理的研究之路。在學習了科幻電影中的物理學后，我學到了很多物理知識，也明白許多現象，如“時間之旅”“空間折疊”等，真空是不能傳播聲音的，學習這些物理知識是很有必要的，選修這門課是很有意義的，一方面讓我們知道了物理知識的奧秘，一方面啟發了我們的想象力。科

幻作品與物理學科的成長也有著明顯的相互增進效果，科幻作品給物理學家提供了無盡的猜想，但那畢竟是猜想，就像我前面所講的《愛麗絲夢游仙境》一樣，這個世界上沒有仙境，物理也解釋不了仙境，它是作者的想象，感情的抒發，對現實世界的一種諷刺，用愛麗絲的勇敢機智打敗紅桃皇后，鼓勵人們要同惡勢力斗爭到底，爭取自由。所以我們要辯證的認識科幻電影中的物理學。

《三體》中的物理學原理篇五

科幻電影中的物理學

課程作業

科幻電影中的物理學

——《月隕天劫》

物理學是研究物質結構、物質相互作用和運動規律的自然科學，是一門以實驗為基礎的自然科學，按所研究的物質運動形態和具體對象，它涉及的范圍包括：力學、聲學、熱學和分子物理學、電磁學、光學、原子和原子核物理學、基本粒子物理學、固體物理學以及對氣體和液體的研究等.物理學包括實驗和理論兩大部分，經過實踐檢驗被證實為可靠的理論物理包括：理論力學、熱力學和統計物理學、電動力學、相對論、量子力學和量子場論。

科幻電影是好萊塢類型片的一種，其特色的情節包含了科學奇想。和其它類型片一樣，它是隨著電影工業化生產而出現的，其人物形象、敘事結構和價值觀都有一定的模式。它是被批量化、重復化生產的同類產品，滿足了人們在閑暇時對一部“很容易看懂”的娛樂電影的需求。同樣也和其它類型片一樣，它大量生產的都是平庸之作，但在此基礎上，也產生了一些在美學、思想和歷史上有價值的經典作品。

那么物理學在科幻電影中又是如何體現的呢，接下來我將會借助于一部科幻電影來向大家分析物理學在該電影中的表現形態。

讓我們先來了解一下這部電影的內容，正當人們興致勃勃地欣賞萬年一遇的巨型流星雨時，一顆躲藏在流星群中的棕矮星突然沖向月球。巨大的沖擊力引起恐怖的爆炸，月球表面的部分區域瞬間碎裂成巖屑。碎片很快墜入地球的大氣層，所及之處陷入一片火海。雖然損失并不算大，但極度恐慌的情緒還是在全世界范圍內迅速蔓延開來。與此同時，地球上出現了一系列異常－－最開始只是手機信號消失、不規則的靜電干擾、奇怪的潮汐現象等不太惹人注目的現象，但事情顯然并不這么簡單。世界上最頂尖的科學家們開始收集相關線索，試圖解讀其中的玄機。然而他們驚訝地發現，月球的軌道可能已被徹底改變。更糟糕的是，地球上的異常現象已到了不容忽視的地步－－來自月球的巨大「磁涌」已足以干擾地球的地心引力。地球上某些區域里的人、物體甚至汽車，經常無緣無故地陷入短暫的失重狀態。這些區域的產生是隨機的，相互獨立的。經過精確計算，alex等人證實：還有39天的時間，地球將和月球迎頭相撞，世界的末日、人類的末日將在同一天到來！此外，《月殞天劫》對人們之間的情感刻畫的非常細膩，親情、愛情、甚至是陌生人之間的友情，災難面前的情感更顯珍貴，這部影片不僅是部驚險刺激的科幻片，更是一部感人至深的情感片。《月殞天劫》是一部科幻電影，本片由720p藍光高清片源壓制，分辨率720,396。可以看到隕星撞月，海嘯，火車、輪船因月球引力騰空而起等特技鏡頭。《月殞天劫》故事主要描述一顆流星擊中月球后，導致了一系列災難性的后果。如同電影《世界末日》的情節一樣，人類派出一支精英團隊前往月球，試圖尋找拯救地球的最后途徑。

下面我們來分析一下部分故事情節，淺析電影當中蘊藏的物理學理論。情節一：電影中第三十八分鐘描述一塊密度極大的矮星碎片撞擊到了月球，其中有一小塊落在了地球上。幾名科學工作者去考查時，一把小鎬頭在掏出的瞬間被矮星碎片一下吸了過去。我們假設一下，如果真的有這樣一個碎片落在地面上，出現了電影中的眾人尋到它的場景會出現電影中的場景嗎？由這種物質的密度，我們僅按原子核的密度數量級來算，從片中看到這塊物質的直徑大約為十厘米，代入萬有引力公式計算，其表面的引力加速度為，即是正常地表g的十萬倍左右，這么大的加速度自然可以把小鎬頭吸過來，問題是科學家羅朗德的手摸在這塊物質上，還有旁邊的人都能安然無恙？這么大的加速度是不會讓周圍的人一點反應都沒有的。最可能出現的情況是周圍的人與那個小鎬頭一樣會被瞬間吸過去，地球上沒有什么物質的結構可以抗拒比自己重力大十萬倍的力量，這些人會被吸過來之后，立刻被壓縮得找不到，像是掉入一個無底的黑洞，而且周圍的物質也會被吸引到這塊物質的周圍其結果與剛才的描述一個樣！不客氣地說，地球上的物質都會是這個下場！地球將被一點一點地吸入這塊物質中去！當然月球被更大的物質（電影上敘述另一塊物質質量是地球的兩倍）撞擊，月球一樣會被吸入這塊物質。在地球上更不可能用大型機械去挖這塊物質（電影中有情節描述人們用大型機械去挖這塊物質），沒什么東西能保存它！原來所以此處可以有更宏大的場面可以拍攝呈現給觀眾！

情節二：一艘巨輪被吸了起來，集裝箱也一樣被吸得離開了巨輪。這個場景的漏洞最大，船與集裝箱都吸起來了，那水呢？不被吸引起來嗎？其實最終的結果是水與巨輪一起被吸起，就像有人說百慕大三角洲有船莫明其妙地失蹤是因為那里的重力突然變大，把船吸引下去的結果是錯誤的一樣。如果船所在的地方重力加速度變大，則水對船的浮力一樣要變大，（由浮力公式可得）船是不會被吸引到海底的。

情節三：矮星物質被月球磁化后反彈出來的場景。要知道，片中提到這塊物質是地球質量的兩倍，也就是月球質量的一百六十二倍，要是這塊矮星碎片被以片中那么大的速度彈出去還脫離了與地球的關系，那依動量守恒，月球更得跑得無影無蹤了。

縱觀以上情節，我們能夠看出，掌握了物理知識還可以為我們在看電影時做一下專業的評價提供依據，科幻電影中的物理學理論并不都是正確可推理的，也并不都是現實生活中能夠實現的。