李淼：科幻小说《三体》里的物理学

李淼：科幻小说《三体》里的物理学主题：《三体》里的物理学地点：Hi咖啡时间：10月29日晚上7：30主持人：汤灏、严飞嘉宾：李淼（物理学家）汤灏：我最近一次跟科学发生联系是在网上看《生活大爆炸》。如果理科生看那个视频会觉得有很多物理知识。李教授是我们这个读书会有史以来学历、学问最高的人。今天他给我们讲科学、讲天体物理、讲宇宙观，这个确实令人望而生畏。李教授在科普文章的领域已经从事了很多年，今晚会是令我们大开眼界的一个晚上。严飞：大家都是理科，但跟工程不一样，我们是不同系的。要倾听李老师，大家要代表文艺，代表科学，在观点上的问题，按科学的方法理解世界，是有很多不同的看法，李教授会给我们带来不同的世界。李淼：今天非常荣幸能来到广州的“爱读书会”现场演讲。我在台湾呆过，喜欢用演讲的方式。来广州之前经常在网上看过该活动，我希望将来我们场地可以稍微宽一点。我先自我介绍，以前是中科院研究所的，现在也是做研究，现在我从9月1日到中山大学做老师，筹备一个叫天文科学研究院，这个研究院很快要挂牌了，在中大南校区一个楼里面的一个办公室。将来我们要自己建一个楼组建工程物理学院。今天讲的是三体物理学，因为我是刚刚完成这本书，我并不一定要讲物理学，不管是科学、艺术、文学，不一定强调是科学的，今天想讲的是都是瞎聊，PPT拿过来的是为了大家的一个视角的感受，如果说大家中间有什么任何问题，有什么发言，可以先打断。背景是《三体》三部，二是非常出名。再过半个多月就要去成都参加科幻大会，就会见到刘慈欣。看到《三体》这套书，我绝对是偶然的机会。我不知道这里边也谁没有看过科幻的？科幻这题材，其实起源并不是太早。真正写科幻是19世纪末开始，至今也就一百多年。在西方科幻发达时期是上世纪60年代，跟欧美科学发展正好契合。比如说60年代美国把人送到月球，还有克拉克、海因莱因和阿西莫夫等美国科幻三巨头。到中国的科幻真正开始是80年代，但这个时候不算特别热闹，也就那么几个作家，比如叶永烈等，而且这些作家也不怎么写，也就叶永烈写，而且能写传记。接下来到了90年代到是出了一批作家，比如王靖康、刘慈欣。所以我是回国以后才开始重新捡起科幻，我觉得科幻作为消遣的东西，有点像武侠小说。在美国，我喜欢做做物理实验，最多是看看武侠小说，看看金庸、古龙。回到国内，由于偶然的机会，我开始写作，写点科普。再后来扩大阅读范围，再写点别的。回国以后，我才开始真正的阅读，才脱离仅仅阅读武侠小说。也许我的阅读比各位在座的都晚。我想交代的是我喜欢科幻的背景，重新捡起科幻是一件更难的事。因为写了科普以后很多年，又有偶然的机会我能在引进法国《新发现》上写专栏，这杂志在中国05、06年才有的。刘慈欣设计的三体有问题《三体》的背景是这样，最靠近太阳系的是比邻星，比邻星实际上就是三体，一共有三颗恒星。最靠近我们的实际上最小，离我们大概有4,.24光年。太阳在最左边，比邻星在最右边。中间有两个星与比邻星形成一个三体结构，中国古代就有人看到，叫南门二A和B。肉眼是看不到比邻星的，因为太小了，而且也看不到这两颗星是分开的，到1915年才被发现。所以刘慈欣本来设计这个三体是有问题的，原因是什么呢？三颗星的三体有一个争议，比邻星实际上离南门二A、B非常远，大概有0.25光年。打个比喻，美国的旅行者1号发出去已经30多年，到现在远远没有达到太阳系的边缘。太阳系的边缘大概是在零点几个光年。所以0.25光年是非常远的，北邻星离那两个恒星是特别远的，如果它们形成三体，比邻星要绕那两颗星一圈的话，可能要上千或数百万年。至于这个时间，三体是否出于混沌状态。混沌状态是，轨道是毫无规则的。太阳系里有很多恒星，这个看来可以形成多体，但除去太阳以外，这个可以基本忽略。因为太阳非常大，基本上近似看成两体，如果有三体效应也是非常同的。同样，这也有一个问题，虽然北邻星是一个恒星，但是比其他两颗小非常多，离那两颗星是0.237光年，非常远。如果要形成这么复杂的一个轨道的话，实际上时间要非常长的。在大部分情况下它还是有一个源轨道，所以我想说，它是不是出于混沌系统是很有疑问。但刘慈欣这个设定是非常重要，这个混沌系统使得他认为，如果有一颗行星在绕着三颗太阳（好像夏朝后羿传说那样，天上有多颗太阳，）在转，一定是非常混乱的。有可能就不会像我们地球那样出现四季分明，有时候甚至可能一颗太阳到头顶，其他的会蒸发掉。这种情况下不可能出现动物，甚至是智慧和文明，但刘慈欣假定出现了文明。但这个文明出现了就会被消灭，因为它出现以后经常会发出一种情况，最厉害的是三颗恒星都靠近。但后来的话，出现了非常智慧的三体人，他的文明突然发展，完全是个偶然的机会，发展已经超过地球了。超过地球人之后，他们就想办法脱离这种周期性灾害。他们最古老的的办法就是脱水，当这些太阳靠近的时候，就把身体的水分扔掉变成一张皮，等到稳定的季节，刘慈欣叫做“恒纪元”。那些少数几个躲在地下室的山体人，跑出来重新恢复原样，像海绵一样吸收水。一个偶然的机会，某个中国人叶文洁突然跟三体人联系上，三体人就发现了太阳系里有地球这么一个像天堂一样的地方，人类不需要像他们那样周期性脱水。然后就是三体人派出一个大概有几千艘舰艇的舰队来太阳系，实际上就是占领地球。这件事情渐渐让政府知道了，就是说叶文洁跟三体人联系，希望三体人来征服地球并发展地球三体组织，实际上就是叛军。故事就这么展开了。后面就有很多很多非常奇妙的想象，包括地球政府想如何对付三体人，制订了神秘莫测的“面壁计划”，精选出四位“面壁者”，其中有一个叫罗辑的中国人。对于黑暗森林的描写和交代，实际上罗辑怎样慢慢悟出黑暗森林这个原理。黑暗森林这个原理克制就像我们现在地球上的核大国互相威慑，就把这个纪元就叫做威慑纪元。像我们现在的核时代，像是美国和俄国互相威慑，从这个里面派生到很多物理，比如核物理。特别提到的是一个南美小国的前首脑，也是面壁者之一，用核弹放到水星上，实施它的计划，里面有很多核物理的知识。我稍微想讲详细一点的是太阳系的背景，整个战场到最后是在宇宙，就在第三部小说《死神永生》。故事非常宏大，讲述到宇宙毁灭的尽头，但故事主要的舞台还是搭在太阳系里，所以他要交代很多太阳系的背景。我们研究的空间物理，狭隘的说就是地球到太阳中间的问题，广义的就是天体物理。刘慈欣非常喜欢天文物理，小说引用了很多很多物理知识。我研究宇宙学大概也有13、4年了，天体物理也有一点。我还是主要交代下太阳系，宽从海王星向外走50个天文单位。一个天文单位就是从太阳到地球这么远，大概就是一亿五千多公里，也就是以光速跑8分19秒。这宽50个天文单位里面集中了太阳系大部分小行星，包括我怀疑7500万年前，撞击地球毁灭恐龙的小行星。当时有这么一个故事，有一个小行星靠近地球，落在了墨西哥湾，撞击出直径大概有一百多公里的大坑。但小行星本身没有毁灭地球的生物，但是小行星撞击这个事情使得很多灰尘跑到大气层，但火山爆发跟这个是没法比的。读者：什么时候的事？李：7500万年前，也就是恐龙在地球上慢慢灭绝的原因。但生物大灭绝在地球发生不止一次，在一、两亿多年前也发生过，至少大的毁灭发生过六七次。我说大毁灭，就是50%左右的物种消失掉。当然我们感谢这次毁灭，哺乳动物在恐龙时代是属于弱势群体，从恐龙灭绝以后发展到现在的人类。《三体》最大的硬伤在质子可控读者：听说2032年有个小行星会撞击地球？李：这不会。基本上都会与地球擦肩而过。一个最基本的解决办法就是全世界联合起来，发射几个飞船登陆小行星，在小行星上面安装，改变轨道的方向，哪怕是1%度。还有一个重要的地方，如果人类要保卫太阳系，大概在距离太阳有5万到10万光年的彗星通过的地方（也可以认为是太阳系的边缘），派出舰队保卫。刘慈欣书里描写的最大战役就是由亚洲、欧洲、美洲的组成的三大星际舰队联盟就在那开始迎击。智子的话，是人类遭遇到三体人最早的，当叶文洁开始组织叛军之后，科技飞速发展，他们发现了其中一个基本粒子-质子。在刘慈欣认为，虽然看起来像一个点，通过将质子二维展开，将二维的质子改造成计算机后转回到高维。然后三体人就再让质子变回点状的粒子，以光速的速度飞到太阳系送到地球变成强大的机器，形状任变。三体一开始，地球很多科学家自杀，原因就是质子在作怪，改变地球的状态，甚至改变这些顶级科学家的感觉。比如，中国一个科学家睡的时候看见一个倒计时，走路就看到倒计时，这个人要疯掉了，事实上也是质子在作怪。三体人甚至可以将自己变成一个日本美女，当然在我认为这是不成立的。三体可以随时控制质子，这是《三体》里面最大的硬伤。关于物理学，很多人会问，宇宙为什么会这样，人类可以存在？其实美国以前过去几十年就这东西已经争论了很长时间，就是说他们认为宇宙是一个超自然的设计，他们有一种智慧设计论和偶然发生论，或者自然发生论的争论。我也想在我的书中展开，也想谈谈从物理学的理论出发，为什么有这样的太阳系，为什么有地球，地球为什么有水，为什么有碳，甚至我还会讨论人类的发展，恐龙在7500万年前灭绝，所以我这本书主要是讲讲用科学对宇宙的思考，讲讲我们重新看待一些问题，就是历史是怎么回事，我们宇宙里面到底有没有意义，也许有意义，也许没有意义。说回质子，如果质子展开包围地球那么大，它必须是高维的或者三维的质子。质子到底是几维？在刘慈欣的书里是七维的。这个我觉得也是存在问题的。《三体》里面讲到的水滴究竟是个什么东西？三体人发现地球人后，就以叶文洁为核心地球三体联盟，向其派出了第一个三体星际舰队。以1%的光速向地球靠近。（光是以每秒计算的，速度可以绕地球7圈。）最近一个恒星离太阳系是4.24光年，他们要到地球大概要跑440年，所以这就可以展开一个很宏大的故事。100年以后，罗辑这个人冬眠醒来了以后，发现地球大变，地球人也有自己的星际舰队。在那个时候他们突然发现太阳系边缘多了几个物体，这几个物体远远超出三体人的舰队速度向地球走来，这个实际上就是水滴，就是第一个三体舰队在航行当中，技术的发展使得让他们造成重达1、2吨以上的小的航天器水滴。水滴像水一样，但是非常快，只用100年就能到达地球了。地球舰队就慢慢靠近水滴，地球的科学家就开始考察，这里面有个著名的科学家，是刘慈欣小说里叫的汪淼。他是地球上最渊博的物理学家，然后被地球请去观察水滴。他发现这个水滴很奇怪，有几吨重，表面非常光滑。他就想研究这个东西，于是拿放大镜放大一千万倍，表面还是那么的光滑，他就感觉很奇怪，疑惑这是什么材质。说到这，刘慈欣在这稍稍犯了一点错误，因为地球上的分子原子放大一千万倍是看到的。举个例子，石墨烯，就是由碳12构成的一张网，即便这样一个普通的化学材料构成的这么一个材料，这个材料可以很大，但只有一个原子核，非常薄。但是一平方米，一只猫就只有一千万分之一到一亿分之一厘米之间这么厚。神奇的材料是在地球上是存在的。地球上最神奇的三维材料是最贵重的是钻石，钻石的构成就是碳12，所以我们不知道地球上有没有存在组成水滴这样的材料，无论你放大多少倍，它的结构都没有变，而且结构非常稳定，就可以构成水滴。但是这个水滴非常强大，就是我刚才讲的一个水滴可以摧毁整个人类的星际舰队。过不了多久，水滴的尾巴开始冒出蓝光，水滴就开始移动了，就突然加速了，想怎么拐弯就怎么拐弯，而且撞到核反应堆的发动机上面，马上就被炸掉。只有少数几个舰队逃掉，这就构成了以后的故事。这个就是星舰，翻译成事业号，他可以任意加速，进入所谓驱动的状态，就是曲数，超光速。这个是《暗黑无间》里面的，非常好看。它的发动机大概我们也看到了，就是结尾那个。刘慈欣的工作原理，跟墨西哥物理学家不一样，这个三体人第二个舰队以光速到达地球，跟人类学会了很多阴谋诡计。本来就比人类聪明，学会了人类的文化就变得更加聪明，三体人就发生了技术大爆发，技术大革命，就产生超光速，这个光速就是刘慈欣说的时空泡泡原理。就是不是说真的可以达到超光速，而是本来我跟你之间大概有两米，有泡泡之后，越走，距离越短，空间有点象橡皮一样，距离在收缩，当然是在以很短的时间到达地方，刘慈欣不是说空间里面，而是说空间和时间弯曲，不光滑造成的，如果空间不光滑，我有办