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《三体》中的物理学原理篇一

陈慕雷

刘慈欣的《三体》三部曲是一套伟大的科幻小说，论到想象力之雄奇、场面之宏大、情节之跌宕起伏，在中国科幻作品中不敢说绝后，至少也是空前了。在恣意飞扬的想象之外，这也是一部有意无意间反映现实问题的小说。自它出版之后，众说纷纭。一部《三体》三部曲，有人看到了基础科学的重要价值，有人看到了道德和人性的脆弱，有人看到了文革的破坏力，还有人看到了认了作为一个族群的进取精神。在笔者看来，《三体》系列是一部教科书，一部光年尺度上的中国近现代史。

事实上，“光年尺度上重新演绎的中国现代史”这句话是明明白白印在《三体》第一部的宣传语上的，只是后来不知道为什么在第二、三部出版的时候不再提了。但是从整部三部曲的角度讲，这句话是当之无愧的。而且只有在读完第三部《死神永生》之后才能真正理解作者想要说的到底是什么。不过《三体》三部曲中的暗喻或者说影射并不像1+1=2那样明明白白写在读者的面前，它需要读者有一定的理解能力，并且对中国近现代史有所了解。

“光年尺度的中国近代史”《三体》

要了解《三体》中的影射，要先从第三部《死神永生》中那三个童话说起。用童话来传递事关人类生死存亡的情报，这是刘慈欣的构思巧妙之处。小说人物云天明使用的“二维隐喻定位法”，在三体人面前隐藏了自己的真实目的，但同时也让整个地球的人类陷入了猜疑之中。不知道大家还记不记得，云天明三个童话的影射方法是这样的，先给出一个比较模糊的猜测，然后再用另一件东西加以定位。

“二维隐喻:这种模式是用于解决文字语言所产生的信息不确定性的问题。在一个双层隐喻完成后,附加一个单层隐喻,用来固定双层隐喻的含义。在此例中,用雪浪纸的卷曲和熨平暗示曲率驱动中的空间形态,把肥皂船的隐喻确定下来。如果把故事看做一个二维平面,双层隐喻只为真实含义提供了一个坐标,附加的单层隐喻则相当于第二个坐标,把含义在平面上的位置固定下来,所以这个单层隐喻又被称为含义坐标。含义坐标单独拿出来看是没有意义的,但与双层隐喻结合,就解决了文学语言含义模糊的问题。”

有意思的是，这种隐喻解码方式其实也是《三体》这套小说影射的方法。从某种意义上讲，云天明用三个童话骗了三体人，刘慈欣则用三本小说骗了读者。

《三体》小说的影射没有童话那么精妙，但也有类似之处。请注意，我们猜测的前提是：《三体》三部曲是“光年尺度上重新演绎的中国现代史”，三部曲的主角一再变换，但始终不变的主角只有一个，即地球和人类。我们的猜测就需要把小说中的地球看成对现实中中国的隐喻。那么这两者有什么共同之处吗？有。在近现代史中，中国积贫积弱，被列强所欺凌，但最终在中国共产党的领导之下奋发进取，成为世界主要强国之一。这和小说前两部地球科技落后，被三体人欺辱嘲笑，但最终在罗辑等人带领下达成战略平衡恰有相似之处。

但是这样的猜测是否只是牵强附会呢？没关系，这是第一层的隐喻，我们只需要找到第二层给他以确认。

不知道大家有没有发现三体世界和我们的近邻日本的相似之处。它们都处于一个比较恶劣的自然环境下，生存空间狭窄，灾害频发。从人的角度说它们都是科学技术相对发达，崇尚集体主义，军队残忍冷血，文化相对贫瘠。最重要的是，三体和日本都对它们的近邻地球和中国充满了野心，甚至把征服对方作为自己战略的最重要一步。大刘生怕读者看不懂，在第三本书里还安排了一个智子在地球上化身和服丽人，精通日本插花、茶道的情节。显然，作者是把三体当成日本来写的。那么，和三体世界一衣带水，被其觊觎良久的地球世界，还有理由不是我们旧中国的缩影吗？你看，这种初看有相似属性，最后用智子加上一道明确坐标的写法和童话里传递情报的写法何其相似！

但是，如果仅仅把三体世界的影射理解成日本却又有点肤浅。好的影射作品，追求的一定是神似而不是形似，作者不会把故事完全跟影射对象写成完全一样的，但聪明的读者一眼就能看到其中的影子。《三体》中，三体世界是地球人类接触到的第一个地外文明，也是它打破了人类自己是唯一智慧生物的迷梦。这同近代史上鸦片战争打破了大清朝天朝上国的迷梦是不是也有相似之处呢？所以，作者实际上是把整个近代史做了压缩来写的。三体世界既是日本的影射，更是近代以来妄图瓜分掠夺中国的东西方列强的共同象征。建立这个基本概念之后，后面的情节理解起来就很容易了：几位面壁人代表了近代以来爱国志士们的各种救国道路，中间发生的科技大进步代表洋务运动的虚假繁荣，黑暗森林战役则代表了甲午和辛丑的一败涂地，三体在威慑后的入侵代表了抗日战争的艰苦卓绝„„

那么顺理成章的，罗辑使用黑暗森林法则建立威慑，自然也就代表了1949以后中国人民终于站了起来，特别是1960年代造出两弹一星之后建立起对东西方列强的威慑。罗辑的形象自然也就代表了以毛泽东同志为代表的老一辈中国共产党人。

有人可能会问，你刚才不是说威慑后是抗日，怎么抗日跑到建国之后了？这就是我所说的神似与形似的关系了。威慑后三体入侵时的末日景象，包括地球治安军和敌后游击军的对峙，无疑都是对抗日战争的一种暗喻，但按照逻辑来说，以一己之力拯救地球，并和列强建立起威慑关系的也只有中国共产党人做到了。更何况之后还提到罗辑是“人类历史上最大的独裁者”，这种称呼也只有当代穷酸文人对中国共产党，特别是对毛泽东的看法才比得上。前面说的这些其实都是背景，一旦接受了罗辑暗喻毛泽东老一辈共产党人的设定，那么《死神永生》中人类对他的态度就会让我们觉得很熟悉了。在罗辑卸任执剑人之后，没有一个人表示对他的感谢，反而还因为一些莫须有的罪状遭到了指控。这和当今网络上的某些思潮何其相似！对于毛泽东和他所代表的老一辈革命家，多少人已经忘记了他们把旧中国拉出饱受屈辱的泥潭，傲立于世界民族之林的功业，反而对他们讽刺谩骂的声音始终不绝，更有许多，甚至用一些莫须有的谣言对他们进行诬蔑中伤。《三体》三部曲要表达的，很大程度上是对这种思潮的一种反思吧。笔者认为，这种反思实际上就是《三体》三部曲的思想内核所在。他代表的是作者对历史的认识，也是他对现实社会逆向民族主义思潮的逆反。从罗辑、章北海、韦德等小说中英雄人物的身上，作者更体现了自己希望看到中华民族奋发进取，不为暂时困难所羁绊的豪情。

当然除了这个主线之外，《三体》系列中还有许多小心的暗喻和影射。有的比较明显，也有的比较晦涩。比如说作为人类却效忠于敌对的外星势力，四处煽风点火搞破坏的eto组织成员和某些喊出“中国需要西方殖民200年”的公知、带路党何其相似！再比如，地球人类最终还是难以逃过毁灭的命运，但是给人类留下种子的只有勇于探索外空间的章北海等人，是不是作者也认为只有改革开放才能让中华文明存活下去呢？小说的最后，作者让三体星毁于“光粒”攻击，不由得让人想起20世纪90年代日本经济在美国金融攻击下的全面停滞。小说中地球遭受攻击则是比“光粒”还要高级得多的维度攻击，是否会让人联想到以美国为首的西方国家对我们进行的和平演变和cnn等境外媒体的舆论攻势？小说的最后，地球最终还是毁灭在了维度攻击之下，我们的中国能幸免于难吗？

笔者的这种认识究竟是作者刘慈欣的本意吗？这需要对刘慈欣本人的思想有一定的了解，更需要结合刘慈欣以往的一些作品。在《球状闪电》、《全频带阻塞干扰》等小说中，他塑造的主角都是为了祖国不惜奋勇献身的英雄人物；而在《光荣与梦想》等小说中则体现了他对西方霸权主义的警惕。笔者认为，刘慈欣至少也是一个对民族独立自强充满热情的爱国者，并且对历史和现实的外部环境有自己清醒的认识。《三体》三部曲中流露出的这种政治倾向有两种可能：或者是像笔者所认为的，是刘慈欣精巧布局之下的讽喻之作；或者是刘慈欣平时对社会现实思考之后下意识的运用到了小说里。但不管是哪种可能，《三体》这部书的基调都是改变不了的。

文学作品一经出版面世，解读权就不在作者手里。读者们读书的时候一定会结合自己现实生活中的经验和认识来对作品进行解读，有时这种解读甚至超出作者的意料。金庸听到文学批评家对自己作品意图的推测时大吃一惊，而假使曹雪芹复活更一定会对红学家们的成就张口结舌。《三体》三部曲也是这样，笔者甚至还见过“作者对罗辑等人实际上是一种批判态度，程心所代表的人性才能拯救宇宙”的奇葩言论。笔者在文中的解读方式也只是一家之言，个中意味还请读者自行体会吧。

《三体》中的物理学原理篇二

《三体》中的物理学

大家好，我叫李淼，来自于广州的中山大学，在广州中山大学天文与空间科学研究院做院长，以后会到珠海成立物理天文学院。今天跟大家聊聊我的一本书，叫《三体中的物理学》。介绍刘慈欣《三体》三部曲科幻中所涉及的物理学中的一些问题。今天跟大家聊三个问题，第一个问题就是前段时间美国人发现的引力波。这个引力波是怎么回事，在三体小说中也涉及到了。第二个问题我们讲讲大刘的地球往事第一部《三体》，三体的来历，三体星人受到的不规则的运动到底是真的还是假的？第三部分我们谈谈三维人进入四维空间的碎片会发生什么？

第一个问题就是引力波。美国ligo在2月11号公布他们发现引力波的结果，所以我先想讲第18章，引力波天线这一章节。

引力波天线的好处是什么呢？是它可以发射的更远，你如果定向发射的话，是没有任何东西可以阻挡它的，因为它是一个时间和空间的波动，它和我们平常看到的波动不一样。平常看到的波动，水波是水在晃动。比如说你在河里面扔一个石子，就产生了一个波动，这是水波。光波稍微抽象一点，它并不是一个介质的波动，而是一个纯粹的由电磁现象引起的波动。最早发现光波的人是英国一个伟大的物理学家，叫麦克斯韦。麦克斯韦发现了电磁学的一组完整的方程，他发现这个方程里面有波动解，就像水波一样。而且这个波动解的速度，他认为和光速是一样的，于是他就预言，光其实也是一种电磁波。

电磁波是如何产生的呢？它有很多种，其中有一种是赫兹为了验证麦克斯韦的预言，用电火花产生了射电波段。电火花产生波动之后，在另外一边，就可以被检测到，也产生电火花了，所以赫兹是第一个验证了电磁波存在的人。大家都知道现在电磁波的应用非常广泛，比如说电视、广播、手机信号，都是射电波段。麦克斯韦发现电磁波远远不只这个，因为他还预言光也是一种电磁波。那物理学家就可以通过电磁波来探测很多东西，比如说我们可以探测很远之外的天体，他们会发射出射电。我们通过光学望远镜，可以看到月球上的环形山，土星环，诸如此类的。而且现在光学望远镜可以做到很大，口径非常大，已经超过十米了，我们可以看到非常非常遥远的天体。

话扯了这么长，我们回来谈谈引力波。引力波和光波一样，爱因斯坦发明了万有引力这个方程组，他就像麦克斯韦对电磁现象一样，他发现了完整的一个方程组，他也发现在他的方程组里也存在着波，这个波当然就不是电磁波了，也不是水波，也不是声波，这就是所谓的引力波。引力波是怎么产生的呢？有点像电磁波依赖于电荷的变动，引力波的产生是依赖于质量的变动、能量的变动。我们都知道世界上万事万物都有质量都有能量，比如一个人的身体体重大概70公斤左右，重一点的话是80公斤90公斤，轻一点的话50公斤60公斤，这都是质量，地球也有质量，太阳也有质量，所有这些天体都有质量。有了质量就会产生万有引力，这是牛顿最早发现的。

到了爱因斯坦的时代，它认为其实万有引力不像牛顿说的那样是一种力，而是种时空弯曲的现象，就相当于给你一个球体，你把它想办法变成一个桔子皮，桔子皮上面是弯的，高低不平的，其实由于宇宙里面充满了各式各样的能量和天体，天体有质量，这些各式各样的质量和能量使得时间和空间都是弯曲的，特别是空间是弯曲了，就像桔子皮一样。当然桔子皮表面上看来是两维的，我们的空间是三维的。整个爱因斯坦理论是说，如果有了能量和质量，那么时间和空间就会变弯。对于时空变弯，有静态的变弯，比如说一个太阳，地球绕着太阳转，这是一个静态的，太阳产生的引力场是通过时间和空间的一个静态的弯曲，所谓的静态是不随时间变化。地球在太阳产生的弯曲时空里面就绕着太阳转，就是所谓的最短程线。这就像我们出门吃饭，比如说我们家附近有一个餐馆，你不可能是弯弯曲曲的走过去，除非你喝醉了，你肯定是直着走过去，这叫最短程线。同样一个球体上也有最短程线，球体上的最短程线就是一个大圆，不可能在球面上走一个直线，因为球本来是弯的，你只能绕着一个大圆走。所以当空间变的更弯的时候，可能你走的线就不是我们通常想象的一条直线。他的短程线是弯的，就像地球绕着太阳转一样，是弯的。这是一个静态的时空。但是引力波是怎么回事呢？引力波是说这个时空弯曲还会随着时间变化。就像水里面的波动一样，一个静态的水你可以看成是一个平面，当然你也可以放一个闸，左边水面高一点，右边水面低一点，这也是一个静态的，但是他不是一个完整的平面。但水波不一样，水波的波谷和波峰不时的在变化，才是波。同样时间和空间的弯曲也会是这样。如果他也随着时间变化，这就是引力波，这就是爱因斯坦大约在一百年前就预言了。正好去年9月份，叫ligo，极光干涉引力波天文台。他们花了二十多年的时间，终于检测到弯曲时空会随着时间变化的波动叫引力波，而这个引力波是来自于两个黑洞合并的过程。这两个黑洞非常遥远，离我们大概有13亿光年，也就是说光从那边跑过来要13亿年。但是黑洞是不发光的，我们看不到这两个黑洞，但是它合并的过程中就有点像我们扔一颗石子在水里面一样，它会使得时空产生强大的波动，这就是引力波。其中一个黑洞大概质量是36个太阳那么大，还有一个黑洞是29个太阳那么大，合并之后就变小了。应该加起来质量守恒，36+29应当是65，但是合并之后的这个黑洞的质量发现只有62个太阳质量。这些黑洞是怎么发现的？完全是通过ligo探测到引力波不到一秒中间的信号，把它分析出来的。换句话说，在合并之前，这两个黑洞总共有65个太阳质量，合并之后损失了3个太阳质量。这3个太阳质量到哪里去了呢？因为这两个黑洞不发光了，黑洞黑洞，太黑了，不发光，它是以引力波的形式传播出来的，引力波也携带能量，这样就被我们的实验看到了。

回到三体，三体里面有一个很长的故事，咱们也忽略了，就是说三体人和地球人进入一个威慑时代，就是暂时和平时代，就相当于我们很多国家拥有核武器，核威慑时代。他们就进入了一个所谓的黑暗森林的威慑时代。为什么说是有威慑呢？是因为地球人掌握了通过太阳放大电磁波信号的手段，可以向银河系其他地方广播三体人的位置，那么其他高级文明一旦收到这个信号，就像黑暗森林中的狩猎者一样，啪，一下子就把他干掉了。地球人掌握了这个东西之后，三体人处于被威慑的状态，就跟三体人要很多技术，其中一个技术就是发射引力波，就是我刚才讲的。所以三体人就帮助地球人在地球上建了好几个引力波发射器。这个引力波发射器也有具体的描述，我们看一下刘慈欣是怎么描述的，我来读一段。

五年之后，罗辑一家远远的看到引力波天线，但车行驶了半个小时才到达它旁边。这时候，他们才真正感觉到它的巨大。天线是一个横放的圆柱体，有一千五百米长，直径有五十米，整体悬浮在距地面两米左右的位置。它的表面也是光洁的镜面，一半映着天空，一半映着华北平原。它让人想起几样东西，三体世界的巨摆，低维展开的质子，水滴。这种经面物体反映了三体世界的某种至今也很难为人类所理解的观点，用他们一句名言来讲就是，通过忠实的映射宇宙来隐藏自我，是融入永恒的唯一途径。天线周围有一大片翠绿的草地，形成了华北沙漠上的一个小小的绿洲。这片草地并不是专门种植的，因为引力波系统建成后，一直在不间断地发射，只是发出的波没有被调制，与超新星爆发、中子星或黑洞发出的引力波无异，但密集的引力波束却在大气层中产生了奇特的效应，大气中的水汽在这个上方聚集，使得天线周围经常降雨，有时，降雨的区域仅有三四公里半径，一块圆形的雨云像晴空中的巨形飞碟般悬在天线上方，从雨中可以看到周围灿烂的阳光。于是这一区域长出了丰茂的野草。但今天罗辑一家并没有看到这种奇观，只见到天线上空聚集的一片白云。

写了很多，这是看到天线的外观，巨大的天线，我再重复一遍这个天线有多大，有1.5公里长，直径有50多米。

到底是不是说引力波天线就有这么大呢，我要发射引力波就需要这么大吗？不是的，其实整个直径50米的圆柱体里面是作为一个包裹体，里面是非常细的弦，但这个弦非常重，不是普通物质组成的，是中子物质组成的。

这样的中子物质组成的弦，到底能不能强大到发射出引力波，我的分析的结果是这样的，如果说这根天线的弦是密密麻麻的，是一个中子一个中子的挨在一起的，那么它发射引力波的功率是比较小的，完全不足以来传递出信号，比如说传递出很远很远，银河系其他地方，让其他文明收到这个信号，这是做不到的。

要到什么程度呢？它必须是由不是单个中子排在一起，而是有很多很多中子排在一起，它有一个截面，这个截面里面有很多很多的中子，其实就是中子形成的一个小的圆柱体，而不是单个儿中子排的细线，形成了一个小的圆柱体。而且中子要密密麻麻的排在一起。这样的话，应该可以达到像全银河系做广播的目的。我计算了一下，它的功率是每秒一亿焦耳，这是相当强大的功率。只要你方向性好，你就可以让别的文明收到你的信号，比如说你可以广播，三体人在什么地方。确实后来这件事情发生了，这件事情怎么发生的呢？不是在地球上发生的，是万有引力号。万有引力号是人类在三体星人的帮助下，又发生了一个技术爆发，爆发了两次，第一次是人类建造了非常强大的星际舰队，这个星际舰队形成了几个共和国。但是第一个星际舰队被三体人摧毁了，这是有非常美妙的一个故事，我建议大家去三体中学习，读一读，非常好的故事。

然后被水滴摧毁之后，第二次发生了科学技术的爆发，建立了第二批更加先进的星际舰队。这个星际舰队其中有一个叫万有引力号。万有引力号和其他的星际舰队长的完全不一样，长的就像我刚才读的那段故事一样，长的就是引力波天线。长大概是1.5公里，直径有50米。这里面是有一根中子物质组成的线，这个引力波天线其实是一个活动的引力波天线，三体星人没有把能把它摧毁，因为它是活动的，它可以走。当然最后我们知道，在三体里面发生了这样的故事，第一批星舰被三体人摧毁了，用水滴摧毁了，剩下了几个星舰，其中一个叫蓝色天空号，蓝色天空号逃跑，为什么逃跑呢，是因为他们认为太阳系已经不适合居住了，因为时刻受到三体星人的威胁，所以他们向外太空逃跑，而且逃跑的过程中，他们还杀死了自己别的星舰，所以犯下了一些反人类罪行，万有引力号就来追击它，在追击的过程中发生了很多的故事，然后就合并了，合并了以后，他们发现威慑时代已经过去了，三体星人已经战胜了人类，他们不得不向全宇宙广播，他们广播的方式就是用万有引力号。确确实实在广播后不久，有一个光粒，就是以光速运动的巨大的东西，把三体星人的三体星给摧毁了。我们关于万有引力就讲到这。

现在接着讲三体中的物理学，三体中涉及到方方面面的物理学，有很多很多点。其实《三体中的物理学》这本书有一个东西没有讲，这个东西实际上是三体的关键。因为三体星人是处于一个三颗恒星系统中的智慧生命。他们的行星受到三颗恒星的影响，使得三体星人受到的周期变成和我们地球人不一样，地球绕着太阳转，是很规律的，一年有四季，夏天比较热，冬天比较冷，春天和秋天比较舒服。但是三颗恒星在一起是没有规律的变化，所以三体星人经常被毁灭，他们的文明经常会被毁灭，然后重新再诞生。后来他们的文明先进到什么程度呢，他们可以把自己脱水，变成了一张皮，然后把它收起来，比如说藏在很深的山洞里面，免得被三颗恒星烤焦。等三颗恒星变得更加规律的时候，他们又出来了。那时候也许就像我们地球一样，有四季变化。

三体星为什么会运行不规律。这件事情非常有意思，在物理学里面经常见到，叫混沌系统，所谓混沌系统就是乱七八糟的，没规律。举一个最简单的例子，打桌球，大家都知道打桌球是球在长方形的四个壁上来回反射，这个反射有规律，如果一个球顺着一个斜线打到壁上，它可以反弹出来，它反弹出来的角跟入射的角是一样大的。这个是有规律的。但是时间长了以后你会发现，这个球被四个壁来回来回反弹，最后完全没有办法预言它的轨迹，变的非常混乱，就不像地球绕着太阳转那么规律，没有办法预言。

三颗恒星放在一起也是这样的，不像地球绕着太阳转是规律的，它们互不相干的绕，乱七八糟的，没有办法预言。这就是大刘在三体里面设计的这么一个故事，非常有意思。为什么三体星人要入侵地球呢？很简单，因为他们经常被毁灭。叶文洁是三体里面的一个主角，收到了三体星的信号，而且她还回了，因为她对地球人不信任，对地球失去信心了，她发现三体星人的文明比我们更先进，所以她就在地球发起了一个组织，三体组织，是干什么的呢？其实就是希望三体星入侵地球，取代人类的统治地位，因为三体星人的文明更先进，说不定道德也比地球人更高，它是这样的。

我们回到三体，三体星人为了逃避不断发生的灾难，要入侵地球。这个灾难的源头就是三颗恒星运行的不规律，他们有三个太阳，就像我们的古代传说一样有九个太阳，被羿给射掉了八个。他们有三颗，大家经常发现一颗太阳会突然靠近他们，或者是两颗太阳突然靠近他们，甚至是三颗太阳同时靠近他们，那就完全把这个行星烤化了，更不要说整个文明了。

其实我要指出这一点，非常重要的一点，物理学，刘慈欣的设定没有问题，三颗恒星如果形成了三星系统，会出现这种非常不规律的变化，而且在银河系里面。三星系统也占了千分之几，并不很少，所以挺多。刘慈欣的设定是没错，但是他在书里写了一个东西有点问题。他说这个三体星其实就是靠我们最近的恒星，那个恒星叫比邻星。确实是靠我们最近的恒星和另外两个恒星形成了三星系统。为什么说大刘的设定有问题呢，其实他后来也发现了问题。这个问题还蛮大，他说离我们最近的三星系统大约有4.2光年。换句话说光从那边发出到我们这边来，已经是4.2年前发出的，非常遥远。比如说太阳发出的光，其实你是看到的光，是8分钟之前来的。8分钟和4.2年比，那是少很多。光跑8分钟跑了多远？1.5亿公里。你可以换算一下跑4.2年得跑多少亿公里，所以非常遥远。

但是尽管遥远，它也是距离我们最近的三颗恒星，其中两颗恒星我们古代人已经知道了，一个叫南门a，一个叫南门b，就是南门星。我们中国人都知道有南门星。而比邻星是非常非常小的一个恒星，肉眼看不到。一百年前被欧洲的一个天文学家用望远镜发现了，一测，也是离我们大约有4.2光年。所以就推测这颗比邻星是离我们最近的一个恒星，是跟南门a和南门b形成一个三星系统。

确实是存在这么一个三星系统，所以刘慈欣拿来作为他的设定，三体人就在那。但问题出在什么地方呢？其实这三个系统，在我看来还是比较稳定的，为什么比较稳定呢？首先我们知道，两颗恒星互相绕着转是稳定的，这就有点像地球绕着太阳转一样，只不过是地球比太阳的质量小很多，体积是小了一百万倍。所以基本上是地球绕着太阳转，因为地球的质量不大影响到太阳的质量，太阳太大了。那两个南门a和南门b的质量是差别不大，所以他们互相绕着转。换句话说，用我们物理学的术语是绕着他们的质心在转，但是是有规律的。加上比邻星，是不是会形成刚才我们说的没有规律的运动呢？不是的。因为比邻星离这两个星比较远，因此对他们之间相互绕着转影响不大。应该这么看，我觉得是南门a和b相互绕着转，然后比邻星绕着他们转。所以从更长的时间来看，应当是一个不可预测的系统，但是比较短的尺度看是可以预测的。就像月亮、地球、太阳，其实也是一个三星系统。我们能不能说月亮、地球和太阳是不可预测的？我们不能说，只是说在更长的，也可能是上亿年，或者是数十亿年的尺度上说，是不可预测的。但是在一个世纪，甚至几十万年，都是可以预测的。所以我们人类一直活的挺好的，没有因为三星系统而混乱。虽然那个三星不一样，是两颗恒星靠的近，互相绕着转，另外一颗小的比邻星绕着他们转，而且很明显比邻星绕着他们转的周期非常长，我估计得有上千万光年到上亿年。大概距离是0.2光年，8光分是1.5亿公里，0.2光年是非常遥远的。所以估计得上千万光年绕着转。因此至少在上亿年的尺度上是不会发生紊乱现象。上亿年的尺度上不会发生紊乱现象我觉得三体星人会活的挺好的。这是关于三体设定的物理学知识介绍。

下面一段我们讲讲《三体中的物理学》里面三维人进入高维空间会发生什么事情，这是第14章，三维人进入四维空间发生什么。

这件事是三体中一段非常有趣的故事产生出来的，就是讲万有引力号，第二批比较先进的星舰来追击另外一个逃亡的星舰蓝色空间号。蓝色空间号是人类第一批星舰被三体人剩下的所剩无几的星舰之。他们认为人类在地球已经没有希望了，所以就向外面逃亡。在逃亡的过程中，他们消灭了另外自己的同一个舰队里面的星舰，叫量子号。为什么要消灭呢？是因为觉得如果向外太空逃亡，可能他们星舰上所含的资源不够，包括能源、燃料、食物之类的。其实在他们消灭量子号的时候，量子号同时也想消灭他们，他们的想法是一样的。消灭对方然后把对方的燃料和生活用品都拿过来。

因为他们不知道后来地球人发现了罗辑，发现了黑暗森林法则，跟三体人进入了一个短暂的和平时期，威慑时代，他们不知道，他们就逃。但是对于地球人来看，他们就犯了反人类罪行，可是对于蓝色空间号，他们认为我们是一个新的人种诞生了，这个人种为了活命不择手段，包括干掉同类，拿到他们的资源。所以地球人后来由于新的技术的发展，又建造了第二批舰队，这第二批舰队的航速更高，远远超过第一批舰队，是光速的百分之几。其中追击蓝色空间号的叫万有引力号。追击了大约有50年，终于快追到了。为什么说人类可以在一个星舰上生活50年呢？因为大部分人一直在冰冻状态，冷冻起来了。可能只有百分之几的人在工作，他们轮换工作，百分之几人的工作三两年，然后也去冬眠了，再唤醒两三个人再工作。

但是当万有引力号追蓝色空间号，他们之间只有一个天文单位的时候，一个天文单位是什么呢？就是地球到太阳的距离，大概是1.5亿公里。一个天文单位的时候，他们就开始唤醒了所有的人，认为战争要一触即发了。如果是星舰以光速运动，8分钟左右就到了，当然星舰没有那么高，是光速的百分之几，那也不过是8分再乘上几十。换句话说也就是几个小时就追到了，所以他们就唤醒了所有的人。但他们突然发现本来护卫他们的三体星人的水滴突然失灵了。原来发生了一个非常离奇的事情，就是蓝色空间号和万有引力号进入了一个四维空间的碎片。

就是宇宙里面的空间不完全是三维的，我们知道三维是什么意思，就是上下前后左右，用三个坐标来描述。他们进入了一个四维的碎片，四维就比三维还高出一维，就相当于三维比两维高出一维一样，一个立方体比一张纸要多一维，一张纸张只有上下和左右，我们高出一维，还有一个前后。我不知道怎么来形容四维，可能除了上下左右前后还有一个。我们三维空间放在四维空间里，就像一张纸放在我们的空间里一样。突然蓝色空间号和万有引力号都进了四维空间的碎片。就相当于一个蚂蚁在纸上爬，我们可以用手把它提到第三维里面。所以就发生了这么一个奇怪的事情，蓝色空间号知道进入了四维空间，万有引力号不知道。所以他们就相当于通过了第四维，然后抄近路把水滴给干掉了，他们又抄近路占有了万有引力号。因为蓝色空间号上的人数是他们的十倍，有一千多人，而万有引力号只有一百多人，而且他们根本不知道存在着这个四维空间，就突然被占领了。

我们回过头来看，四维碎片的事是怎么回事儿。我们读刘慈欣的小说觉得很正常嘛，就像爬在纸上的蚂蚁，你用手把它提出来，放到高于纸面一样的第三维空间一样，这很正常，刘慈欣也觉得很正常，但这个物理上是有缺陷的。

我的结论是，如果真的三维人坐着星舰驶到一个四维空间的碎片，他要胆敢爬到四维空间里去，他会立刻毁灭，爆炸或者什么样。用我们的成语讲就是灰飞烟灭。为什么会灰飞烟灭呢？他跟蚂蚁从纸面上拿起来不一样，因为蚂蚁在纸面上所体会的物理学规律和离开纸面体会到的物理学规律是一样的。但是三维空间的人体会到的物理学的规律和四维空间的物理学规律是完全不一样的。我们三维的人之所以生存要依赖于三维物理学规律。到了四维里面，物理学规律变了，那么三维人就没有办法生存了。我就讲讲为什么没有办法生存。

我们知道，有两个非常重要的因素使得人类得以生存，首先存在原子和分子。原子就是电子绕着原子核在运动，形成了一个稳定的系统，然后原子之间再相互吸引，再形成分子，等等，组成了我们人体。原子之所以存在，依赖于一个非常重要的规律，就是说，电子和原子核之间的相互作用是库仑力，库仑力是什么意思呢？就是他们的吸引力是跟距离平方成反比的。而且我们可以证明，只有当库仑力成立的时候，原子才是稳定的，如果不是和距离平方成反比，比如说和距离的三次方成反比，或者是和距离四次方成反比，这个原子系统都是不稳定的。

换句话说，我们非常幸运，在这个世界，库仑力是成立的。但是非常遗憾，库仑力到了四维就变成了和距离的立方成反比，r的立方成反比，如果把我们身体的原子突然放到四维里面，这个原子核和电子之间的吸引力突然变成r的三次方了，马上就崩溃了，原子都崩溃了，那人的整个身体都崩溃了。

我们回过头来再讲讲，为什么说库仑力在三维空间里面跟距离平方成反比，而在四维空间里面是跟距离立方成反比，非常简单，我们想想能量是守恒的，你比如说一个灯泡发出的光，比如说40瓦，是每秒钟它的功率是40个焦耳，这个是不会变的。所以你离这个灯泡越远，你会感到光越弱，因为它散布的球面就更大，它总的球面上所受的功率是每秒钟40焦耳，你离它很远，它的球面变的更大了，所以你看到的，你的眼睛接收到的是有限的光，有限的面积，因此你看到的灯泡就弱，而这个弱是跟距离有个关系，就是跟距离平方成反比。原因很简单，这个球面是跟距离平方成反比的。因此你单位面积里面接受的光一定是跟距离平方成反比的。库仑力也是这么一个道理，他虽然不是能量守恒，但道理是类似的。

那么到了四维会怎么样呢？同样的灯泡你让它发光，这个时候包着灯泡的球面就不再是两维的球面了，因为它在四维空间里面，它的球面就变成三维了。因此根据能量守恒，它的灯泡发出的光的强度，是跟三维球面的体积有关的。而三维球面的体积是跟距离的立方成正比，因为它是三维的，它是立方。所以如果你在四维里面用眼睛看一个灯泡，你看到的这个亮度是跟距离的立方成反比，同样在四维空间里面，库仑力也是跟距离的立方成反比。所以我们就回到前面的话题，如果把我们身体的原子放到四维空间里，他们之间的关系是跟距离的立方成反比，然后根据我们的物理学，你可以很快的解这个方程，这个是不稳定的，马上就崩溃。所以三维人是没有办法进入四维的。这个是跟我们的直觉完全相反的。它和纸上的蚂蚁不一样，因为蚂蚁尽管在纸上爬，它的规律还是三维的，它的身体里面分子原子还是三维的，所以你把它提到三维里，它不会发生变化。今天就跟大家聊这么些，以后有机会和大家再聊，我有可能在我的公众号上会继续谈一些和科幻相关的物理学问题，欢迎大家关注我的公众号，我的公众号叫淼叔。谢谢大家。

撰稿：李淼 讲述：李淼

《三体》中的物理学原理篇三

zz 一个社会学家对黑暗森林法则的反驳来源： 丁旭阳的日志

这学期捞到个机会给本科生开社会学导论课，本没指望他们读什么参考书，不过更没想到的是，我自己反而被布置了两本“课外读物”。

事情是这样，一天下课，一位好心的学生向我推荐说：“老师，你该读一下《三体》，里面提到了一种‘宇宙社会学’！”

“宇宙社会学！”我当时就震撼了！直接想起了朱海军的“面对面”和网上某社会学爱好者发明的“人生论”等等山寨社会学理论，不过这个名词象个黑洞一样，听起来更加具有诱惑力。联想起众多朋友的推荐，我没有理由拒绝相信这是一本好小说。于是诚心诚意地借了来攻读之。书很好看，“宇宙社会学”出现在刘慈欣“地球往事”三部曲之二——《三体：黑暗森林》里面，主人公罗辑依靠“社会学知识”而非物理学知识战胜了外星人，在公众对社会学认识度不高的当今中国，一部“硬科幻代表作”中把社会学提到这样的高度，很出乎我的意料。

作为一名跨世纪的“社会青年”，总免不了被问到的两个“终极问题”之一就是“社会学有什么用啊？”我以往储备的答案比较低调，比较无厘头：“学了社会学可以教社会学啊！”，令闻者侧目。现在，我知道我可以抛出一个高调得多的答案了：“学了社会学至少可以保卫地球，大战外星人啊！”作为一个业余的（伪）科幻迷来说，这个答案简直太拉风，太合我的心意了！我要向大刘老师致以崇高的敬礼！

不过敬礼归敬礼，这个“宇宙社会学”还是要从专业角度好好考察一下的。“科学幻想”一直把“社会科学”排除在外，其实是个不正常的现象。除了社会科学“准科学”的尴尬地位之外，其实也跟科学界对社会科学研究的特殊性认识不足有关。借这个考察“宇宙社会学”的机会，或许可以看一下，社会科学的专业知识对于丰富我们对未来世界的幻想起着多么重要的作用。而缺了这个视角，对于一部幻想人类未来的小说来说又是多么大的遗憾。

我们知道，知识的建立有两个途径，经验归纳和理论推导（演绎）。经验归纳服从实证批判，理论推导服从逻辑批评。而理论推导必须要有起点，归根结底要建立在经验归纳基础上的。所谓“公理”，是理论的基础，往往是在一定普遍的尺度上不证自明的常识。所以从原则上说，经验世界是所有知识的来源，公理也不例外。公理阶段的偏差，往往直接影响到理论是否正确，或者至少是理论适用的范围大小。

那我们就来看看在杨冬墓前，叶文洁传授给罗辑的宇宙社会学知识，有几分站得住脚。说实话，这一幕总让我联想到上帝向摩西显现。宇宙社会学第一公理：生存是文明的第一需要。

宇宙社会学第二公理：文明不断增长和扩张，但宇宙中的物质总量保持不变。罗辑说：“叶老师，从社会学角度看，这两条公理都足够坚实……” 很遗憾，从社会学角度看，这两条公理都不成立。

先说第一条。逻辑学上，“是”是个极其关键的词汇，“应然”或是“实然”都可以用“是”来表达，但其中的含义是截然不同的。第一公理这个命题，是“应然”还是“实然”呢？“生存应该成为文明的第一需要？”还是“生存确实是文明的第一需要？”

大刘在这两本经天纬地的奇书中已经展现出了他深厚的自然科学素养。但是对于社会科学，他显然没有把握住其中的关键。前面提到社会科学的特殊性，在我看来，就是“意义”二字。原因无他，因为社会科学研究的现象无论再怎样被“忽略细节，浓缩成一个点”，面对的集合体也是由有意志有情感的个人组成的。涉及人的地方，一定存在意义。宇宙社会学第一公理到底是应然命题还是实然命题，这在自然科学中无足轻重。因为恒星和原子是不会涉及意义的。无论“应该这样转”还是“确实这样转”对它们来说都是一样，总之他们就是这样转。但是对于人类文明来说，情况完全不同。

人有意志，可以选择，而且他们的选择并不总是依据自己真正的需要，哪怕是学者眼中的“第一需要”！现代社会的“成瘾性”现象就不必说了，古人的事例更是多不胜数。不必烦引现象学社会学的理论，简单举例即可。古龙说过一句话：“每个人都有一样比自己的命更要紧的东西，酒鬼眼中的酒，色鬼眼中的美人，赌鬼眼中的赌局，都是如此。”其实已经把这个道理说得很清楚。人之所以为人，正因为他并不像动物一般，把自己的生命看得重于一切。谈论到“文明”，尤其如此。“文明”必然涉及“互惠”和“利他”，有时候，生存的第一需要也是可以被牺牲的。

当然人有为了基本生存不惜一切的时候，社会学从来不否认这一点。但是作为“公理”，应该是个极强的论断，只要有反证就可以被推翻，何况是如此大量的“反证”。只能说这个公理本身有问题。

假设一位支持宇宙社会学的对手辩驳：“不，你说的是微观层次，作为整个文明本身，是不会为了另一个文明牺牲的。”

我同意，但是既然上升到宏观层次，我就要提醒对手，他在摆脱了一个问题的同时，面对着一个新的问题：文明本身是有重量的。

这个诗意的说法借自卡尔维诺的《看不见的城市》，用社会学术语来说，文明社会必然是个分化的社会，其运行是有成本的。生存的需要并不必然可以清晰地传递到决定文明命运的阶层心中。如果从“生存是第一需要”的公理出发，五世纪的罗马帝国应该重整尚武精神，把蛮族迁移到边疆才对，不应该大量雇用蛮族军队。清王朝末年应该整顿吏治，推行新政才对，不该把施行宪政的日期一推再推。可惜我们知道这一切都没有机会发生，有权力为文明选择未来的人往往已经被文明局限住了视野，一个文明运行的成本决定了它无力去选择另一种可能。

用一个诗化的说法总结就是：“文明自身是自身的敌人”。探寻历史上文明盛衰的轨迹，无不如此，所以说，无论“应然”还是“实然”，第一公理都是站不住脚的。宇宙社会学第二公理不成立的原因，和第一条有联系。

宇宙中总量保持恒定与否和社会学没关系，可以省略，重点看前半句。

如今地球上生存的人，总属于这种或那种文明，所以当我们回顾文明的历程时，总不免产生“文明在不断增长和扩张”的幻想。可事实呢？地球上曾经存在过的所有文明中，延续到今天的绝对是少数。大多数文明都已经湮没在历史的长河中了。王铭铭在碰到有人质疑历史的重要性时，总要反问对方：“你说自古到今，死人多还是活人多？”面对宇宙社会学第二公理，我们可以这么问，只不过主体换成文明而已：消失的文明多还是延续下来的文明多？ 假设我的对手这样辩驳：“你说的这都是地球上的状况，宇宙中不适用！”并且引用创始人叶文洁的话：“宇宙社会学比起人类社会学来呈现出更清晰的数学结构！” 对不起，还是不对。人群的量级是个问题，不过不是核心的问题。哪怕在一个社会内部，只要从统计入手，大量社会事实也会呈现出清晰的数学结构，例如离婚率、自杀率、教派人数兴衰等等，并不需要放大到宇宙级别。问题是你采取什么路径去看。坚持实证方法，用自然科学手段研究社会的人，也会得到一些成果，但是从概念界定开始（什么叫做“婚姻”和“教派”），他就会遭到“意义”问题的持续困扰，直到他解释这些现象为止（为什么离婚率会上升？为什么教派兴起又衰落？）。他会发现数学可以帮他一些忙，但是关键的问题他都必须从意义入手才能解决。照《三体》的世界观看，三体人或许比较先进，比较特殊（不能隐藏内心意图），但是与人类一样有精神觉悟，有自由意志的生物，能制造、交流和读解意义。宇宙中的其他文明数量再多，构成的“宇宙社会”再复杂，只要能互相交流，那么“宇宙社会学”就一定会涉及到意义问题，绝对不可能用数学来解决的。

所以说穿了，所谓“宇宙社会学有清晰的数学结构”，其实只是理工科背景人士对于社会的一种幻想（不客气地说是无知），跟宇宙不宇宙倒没什么关系。接下来谈谈两个重要概念：“猜疑链”和“技术爆炸”。

猜疑链不新鲜，博弈论中的“囚徒困境”就是典型的猜疑链造成的——两个囚徒互相猜疑对方的选择，难以决定自己的下一步如何举措。这个假设的前提是两人处于完全无知的黑幕状态，并且彼此之间缺乏信任和共同利益。

这个假设听起来没错，因为两个陌生人之间是完全可能发生这种博弈的。它的问题在于，它假设社会有一个起点状态，在这种状态下，不熟悉的陌生人各自本来是孤独的，彼此之间是陌生的，好像是穴居的动物一样，在这种起点状态下，人和人开始交往并结成团体。卢梭的社会理论就是建立在这种起始状态之下的。

然而在我看来，这种状态并非人类社会的常态，毋宁说是一个非常态。人是群体生活的动物，绝大多数的人类都是在社群中长大的，人类社会的常态应该是聚众而居。当然这并不意味着我们应该抛弃猜疑，把信任当作是社会学理论的起点，人和人之间的交往是一个动态的过程，猜疑和信任都只是这个过程中的一部分。如果要我为社会学理论选择一个起点的话，我会选择人和人之间有猜疑的信任，或者说有误解的交流，而非绝对的猜疑。

对方可能会提出反对意见：宇宙中文明之间的遭遇，更多与穴居动物的遭遇类似，而与已经建立了信任关系的社群无关。所以即使猜疑链在人类社会中不合适，在宇宙中却是绝对合适的。

我的意见是，猜疑链这个概念用来描述人类社会过于高估了猜疑，而如果用在宇宙社会中，恐怕是高估了信任，准确地说是文明与文明之间的了解。

事实上猜疑链这个概念本身就已经包含了了解的成分，正是相信对方有与我类似的价值观和行为模式，所以才有“以己度人”的余地。因此，即使我觉得章北海率领的舰队之间的勾心斗角可以接受，我还是忍不住要怀疑，宇宙中的文明遭遇，会有这样的前提么？

假如a星球的文明与b星球遭遇，他们能马上了解彼此之间的实力差距么？假如对方有意掩藏起了自己的实力怎么办？假如对方的科技水平并非单纯反映在对外层空间的探索上怎么办？又或者，假如对方对于生命和宇宙有跟我完全不同的态度怎么办？率先攻击会不会反而招来飞来横祸？那是不是不攻击反而会是更为明智的选择呢？ 最后一条：技术爆炸。这一条没什么好驳的，因为在我看来是顺理成章地不成立。现代人被现代以来的人类历史框住了思维，总是以为近五百多年来的技术持续进步是顺理成章的，甚至以为加上人类所有历史的过去，就是一个理论不断上阶梯，技术突破瓶颈的历史。这是典型的进化论的宏伟叙事。回首人类的历史，我们会发现许多古代的工艺至今难以复现，而很多技术，实际上经历了一个重复失落和再发明的过程。近几百年来的技术爆炸到底是个偶然还是必然，现在还无从知晓。再往深了质疑，连近几百年来的技术爆炸是否成立也成问题，因为随着现代性的演进，人类一边在不停地发明出新的技术，一边在不停地失去旧的技术。我们的社会从没有现在这样先进，也从没有现在这样单一。技术在未来到底是会不停地爆炸下去，还是会反过来将人类吞噬，现在是个谁也说不准的事情。因此断定技术爆炸是文明的一条支配法则，显然是过于短视了。

还要提宇宙的特殊性的话，我只能说，依据小说的内容，连三体文明都是技术匀速发展的，凭什么断定这个概念的合理性呢？ 最后谈谈理论的取向问题。

在自然科学里面，我们常说“发现”了一条定理，包含的意思，是说客观规律是不以人的意志为转移的，只等着人类的意识去接近。而在社会科学里，尤其是八十年代以来，我们常说某人“发明”了一条理论，因为我们承认，社会科学的理论（或者更前卫一点说，我们认为人类所有的理论）都是“发明”出来的。是带着特殊用意的建构。《三体》中的宇宙社会学也是这样，用意无非是要营造出一种残酷的宇宙丛林法则来，好支撑小说情节的展开。

然而即使我承认这只是小说的笔法而已，我还是要挑剔一番，因为我实在不忍心看到这样一部充满了坚实的自然科学细节的幻想小说，在社会科学方面出现这样不成熟的设想。这与天马行空的前瞻性幻想不同，大刘的“宇宙社会学”再现出来的，其实只是社会学早在四五十年前就已经抛弃的一些陈腐思想，有些想法的渊源，甚至可以上溯到启蒙时代一些自然科学家和政治学家对于人类社会所做的臆测，以及从自己学科出发的轻率比附。尽管充满童趣，然而很遗憾，这些“人对人是狼”、“社会遵循数学模型”、“技术不断进步”之类的幻觉，在社会学里已经属于史前史了。

从理论根源上去追溯这种社会观是一条路径。让我更感兴趣的小说中具体的思想路径。叶文洁从自己文革的经历中得出这样的社会观，可以理解。我也可以理解经历过文革的一代人这样去认知社会。但是，与他们认为“文革把整个人类社会还原到了原点”，故此可以通过文革中的人际关系去认识社会不同，我认为文革状态是人类社会的一种极端形态，就此把“社会”定义成一场“无仁义的战争”，恐怕有失偏颇。

值得大力肯定的一点是，《三体》这部瑰丽的科幻小说第一次从正面肯定了社会学的价值。作为一名社会学从业者，我深深感谢大刘老师对于这门学科的推重，同时感佩于大刘老师的眼界之宽广。如果有说得不对的地方，欢迎讨论。

读完这本小说，我的心里多了一个幻想。我憧憬着，有一天我从梦中醒来，赫然发现两位黑衣人站在我的床头：“嘘……先生，对不起，请跟我们来一趟，外星事务司现在急需一名社会学学者的帮助。”

《三体》中的物理学原理篇四

专业：软件工程（12级）班级：

姓名：xxx学号：xxxxxx

科幻电影中的物理学

我看过很多科幻电影，对科幻电影中的时空穿梭很感兴趣，大家都看过《机器人总动员》《哈利波特》《爱丽丝梦游仙境》以及我国的古装穿越剧等好看的科幻片，其中有很多物理知识和一些天马行空的思想。

我很喜欢看《爱丽丝梦游仙境》，它讲的是她跟随一只白色的兔子逃到一个洞里，进入仙境。13年前，爱丽丝曾来过此地，但她现在却一点也不记得了。在这里，爱丽丝与那些可爱的老朋友们重逢了：虚张声势的睡鼠，美丽的白皇后和她可憎的姐姐红桃皇后，还有双胞胎兄弟，毛毛虫，白兔，疯帽子等等。在奇妙的仙境历险中，爱丽丝了解到自己身负的重大使命，那就是带领地下世界的居民们结束了红桃皇后的邪恶统治，恢复昔日仙境。

其实用物理学的思想来解释在这个世界上是没有仙境的，仙境的历险也只是作者凭空想象出来的，山洞都是有尽头的，不可能链接到另一个世界，更别提仙境了，只是作者对现实的一种抨击，对爱丽丝勇敢机智的一种赞扬。从物理的角度来讲我们的地球上没有仙境，也没有通往仙境的山洞。

我们都知道动量守恒定律的，大家还记得《机器人总动员》，当电影中的机器人瓦力不小心漂浮进太空后，它无论怎么动，怎么努力都不能漂回到飞船，因为在太空中没有其他的物体甚至空气来使机器

1人瓦力受到向前的力量。如果要使自己得到一个向前的动量，必须对其他物体施加力使得其它的物体得到一个大小相等但方向相反的动量。这样设定向前的动量为正，向后的动量为负，总和仍然与之前一样为零。幸亏机器人瓦力身边带着的一个灭火器瓶，他向后放出灭火用的泡沫，使自己受到反冲力，得到向前的动量，当然，设机器人瓦力向正方向运动，泡沫向负方向运动，机器人瓦力的动量为正，泡沫的动量为负，所以这时系统的总动量仍然守恒。这样，用电影中的实例就是物理的阐述。一个系统如果不受外力或者所受外力为零，则系统的总动量保持恒定。从物理学角度来看，没有什么可以隐形，只有人眼看不到的而已。我们喜欢的《哈利波特》魔幻主题系列电影的主人公拥有一件神奇的隐形道具，然而隐形衣虽然这件隐形衣已不属于科学领域了，人能瞥见物体，是因为光照到物体后被反射到人的视网膜上因此物体的隐身应该属于一个光学问题实现隐形一般有两条路可走一种是寻找能够吸收可见光的特殊材料另外一种就是改变物体对光线的折射率，让电磁波“拐弯”，绕过物体因为天然隐形，当光波从具备正折射率的材料入射到具备负折射率材料的界面时，光波的折射与常规折射相反，入射波和折射波处在于界面法线方向同一侧。但以现在的技术还是不可以实现的，所以这些是作者大胆的夸张和想象。

近年来我国穿越剧很是风行，几天后即将上映的《步步惊情》，就是穿越剧，女主角从清朝穿回现在，清朝男主角穿回现代，他们在时空里穿越过去和将来。前几年《空锁心玉》 《步步惊心》等是女主角穿越回到几百年前的清朝，发生的一系列搞笑感人的故事，时光之旅在理论上是可行的，人类可以打开回到过去的大门和通向未来的捷径。为了实现时光旅行，霍金首先建议人们接纳时间作为第四维的观念。他举了一个非常简单的例子：当人们驾驶汽车时，向前直行和向后倒车是第一维，向左或向右转弯是第二维，在山路上爬坡和下坡是第三维，那么时间就是第四维。对于物理学家来说，时光隧道也许就是虫洞。霍金说，虫洞就在我们周围，只是小到肉眼无法看见。宇宙万物都会出现小孔或裂缝，这种基本规律同样适用于时间。时间也有细微的裂缝和空隙，比分子、原子还要小的空隙被称作“量子泡沫”，而虫洞就存在于“量子泡沫”中。但是目前我们还达不到这样的科技。科幻电影中种种奇特的幻想让我们感到了宇宙的奥秘，生活中一些事情的不可思议，也许那些都不是真的，也许有一定的物理依据，但这都给我们带来了很大的影响，不仅让我们在看电影的同时欣赏到美美的电影大餐，也让我们进一步思考那些是否真实存在，扩宽了物理的研究之路。在学习了科幻电影中的物理学后，我学到了很多物理知识，也明白许多现象，如“时间之旅”“空间折叠”等，真空是不能传播声音的，学习这些物理知识是很有必要的，选修这门课是很有意义的，一方面让我们知道了物理知识的奥秘，一方面启发了我们的想象力。科

幻作品与物理学科的成长也有着明显的相互增进效果，科幻作品给物理学家提供了无尽的猜想，但那毕竟是猜想，就像我前面所讲的《爱丽丝梦游仙境》一样，这个世界上没有仙境，物理也解释不了仙境，它是作者的想象，感情的抒发，对现实世界的一种讽刺，用爱丽丝的勇敢机智打败红桃皇后，鼓励人们要同恶势力斗争到底，争取自由。所以我们要辩证的认识科幻电影中的物理学。

《三体》中的物理学原理篇五

科幻电影中的物理学

课程作业

科幻电影中的物理学

——《月陨天劫》

物理学是研究物质结构、物质相互作用和运动规律的自然科学，是一门以实验为基础的自然科学，按所研究的物质运动形态和具体对象，它涉及的范围包括：力学、声学、热学和分子物理学、电磁学、光学、原子和原子核物理学、基本粒子物理学、固体物理学以及对气体和液体的研究等.物理学包括实验和理论两大部分，经过实践检验被证实为可靠的理论物理包括：理论力学、热力学和统计物理学、电动力学、相对论、量子力学和量子场论。

科幻电影是好莱坞类型片的一种，其特色的情节包含了科学奇想。和其它类型片一样，它是随着电影工业化生产而出现的，其人物形象、叙事结构和价值观都有一定的模式。它是被批量化、重复化生产的同类产品，满足了人们在闲暇时对一部“很容易看懂”的娱乐电影的需求。同样也和其它类型片一样，它大量生产的都是平庸之作，但在此基础上，也产生了一些在美学、思想和历史上有价值的经典作品。

那么物理学在科幻电影中又是如何体现的呢，接下来我将会借助于一部科幻电影来向大家分析物理学在该电影中的表现形态。

让我们先来了解一下这部电影的内容，正当人们兴致勃勃地欣赏万年一遇的巨型流星雨时，一颗躲藏在流星群中的棕矮星突然冲向月球。巨大的冲击力引起恐怖的爆炸，月球表面的部分区域瞬间碎裂成岩屑。碎片很快坠入地球的大气层，所及之处陷入一片火海。虽然损失并不算大，但极度恐慌的情绪还是在全世界范围内迅速蔓延开来。与此同时，地球上出现了一系列异常－－最开始只是手机信号消失、不规则的静电干扰、奇怪的潮汐现象等不太惹人注目的现象，但事情显然并不这么简单。世界上最顶尖的科学家们开始收集相关线索，试图解读其中的玄机。然而他们惊讶地发现，月球的轨道可能已被彻底改变。更糟糕的是，地球上的异常现象已到了不容忽视的地步－－来自月球的巨大「磁涌」已足以干扰地球的地心引力。地球上某些区域里的人、物体甚至汽车，经常无缘无故地陷入短暂的失重状态。这些区域的产生是随机的，相互独立的。经过精确计算，alex等人证实：还有39天的时间，地球将和月球迎头相撞，世界的末日、人类的末日将在同一天到来！此外，《月殒天劫》对人们之间的情感刻画的非常细腻，亲情、爱情、甚至是陌生人之间的友情，灾难面前的情感更显珍贵，这部影片不仅是部惊险刺激的科幻片，更是一部感人至深的情感片。《月殒天劫》是一部科幻电影，本片由720p蓝光高清片源压制，分辨率720,396。可以看到陨星撞月，海啸，火车、轮船因月球引力腾空而起等特技镜头。《月殒天劫》故事主要描述一颗流星击中月球后，导致了一系列灾难性的后果。如同电影《世界末日》的情节一样，人类派出一支精英团队前往月球，试图寻找拯救地球的最后途径。

下面我们来分析一下部分故事情节，浅析电影当中蕴藏的物理学理论。情节一：电影中第三十八分钟描述一块密度极大的矮星碎片撞击到了月球，其中有一小块落在了地球上。几名科学工作者去考查时，一把小镐头在掏出的瞬间被矮星碎片一下吸了过去。我们假设一下，如果真的有这样一个碎片落在地面上，出现了电影中的众人寻到它的场景会出现电影中的场景吗？由这种物质的密度，我们仅按原子核的密度数量级来算，从片中看到这块物质的直径大约为十厘米，代入万有引力公式计算，其表面的引力加速度为，即是正常地表g的十万倍左右，这么大的加速度自然可以把小镐头吸过来，问题是科学家罗朗德的手摸在这块物质上，还有旁边的人都能安然无恙？这么大的加速度是不会让周围的人一点反应都没有的。最可能出现的情况是周围的人与那个小镐头一样会被瞬间吸过去，地球上没有什么物质的结构可以抗拒比自己重力大十万倍的力量，这些人会被吸过来之后，立刻被压缩得找不到，像是掉入一个无底的黑洞，而且周围的物质也会被吸引到这块物质的周围其结果与刚才的描述一个样！不客气地说，地球上的物质都会是这个下场！地球将被一点一点地吸入这块物质中去！当然月球被更大的物质（电影上叙述另一块物质质量是地球的两倍）撞击，月球一样会被吸入这块物质。在地球上更不可能用大型机械去挖这块物质（电影中有情节描述人们用大型机械去挖这块物质），没什么东西能保存它！原来所以此处可以有更宏大的场面可以拍摄呈现给观众！

情节二：一艘巨轮被吸了起来，集装箱也一样被吸得离开了巨轮。这个场景的漏洞最大，船与集装箱都吸起来了，那水呢？不被吸引起来吗？其实最终的结果是水与巨轮一起被吸起，就像有人说百慕大三角洲有船莫明其妙地失踪是因为那里的重力突然变大，把船吸引下去的结果是错误的一样。如果船所在的地方重力加速度变大，则水对船的浮力一样要变大，（由浮力公式可得）船是不会被吸引到海底的。

情节三：矮星物质被月球磁化后反弹出来的场景。要知道，片中提到这块物质是地球质量的两倍，也就是月球质量的一百六十二倍，要是这块矮星碎片被以片中那么大的速度弹出去还脱离了与地球的关系，那依动量守恒，月球更得跑得无影无踪了。

纵观以上情节，我们能够看出，掌握了物理知识还可以为我们在看电影时做一下专业的评价提供依据，科幻电影中的物理学理论并不都是正确可推理的，也并不都是现实生活中能够实现的。