小说《三体》中有哪些科幻创新

小说中“三体星系”原型——半人马座α三合星系统想象图。这里会有外星文明吗？

小说中三体人武器水滴模拟图。科幻小说能否催生科学发现？河北日报资料片

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8月23日，我国科幻作家刘慈欣的小说《三体》获得科幻文坛大奖雨果奖。雨果奖被誉为科幻小说界的诺贝尔奖，《盗梦空间》、《复仇者联盟》、《权力的游戏》等诸多科幻名著都曾获此殊荣，刘慈欣是获得该奖的首位亚洲人。《三体》被认为是迄今为止中文科幻界出现的最具影响力的科幻小说之一。

三体、黑域、智子、水滴、二向箔……翻开小说，看到这些奇幻的字眼时，你是否会脑洞大开？在《三体》中，刘慈欣融入了大量的前沿物理学理论，并在此基础上加以延伸，树立了硬派的科幻风格，向读者呈现出一个个神秘莫测的科幻奇景。那么这些科幻奇景与现代物理学有哪些联系？他们是否有可能成为现实呢？

河北日报、河北新闻网记者 陈诚

“三体”是什么？现实宇宙中存在“三体星系”吗？

在小说《三体》中，三体人居住在一个有三颗恒星的星系里。由于三颗恒星处于无规律运转状态，不断吞噬星系中的行星，造成行星上智慧生命不断地重生和毁灭，最后只剩下三体文明存活下来。因此，三体人决定迁徙至外界星系，进犯最近的宜居行星——地球。

仰望星空，我们会发现一颗极为明亮的星星——半人马座α，一个距离太阳只有4.22光年的恒星。这颗恒星所在的半人马座α三合星系统是距离太阳系最近的恒星系统，也是小说中“三体星系”的原型。

“半人马座α三合星系统由A、B、C三颗恒星组成，这个现实的星系相对稳定，并不像小说里那样混乱。”燕山大学物理学教授朱艳英说，它并不是标准的三体系统，而是一个双星系统加一个卫星恒星。A星和B星以一个偏心率较大的椭圆轨道互相围绕旋转，公转周期为79.9年。较小的C星（比邻星）则在遥远的0.2光年之外，以50万年以上的周期围绕A、B星的质量中心缓慢公转。

实际上，三体是物理学中的著名现象。1900年，著名数学家希尔伯特提出了N体问题的特例——三体问题，时至今日，三体问题依然困扰着物理学界。

“三体问题是天体力学中的基本模型，即探究三个质量、初始位置和初始速度都为任意的可视为质点的天体，在相互之间万有引力作用下的运动规律问题。”燕山大学物理学教授朱艳英表示，目前，三体问题仍得不到精确求解，无法预测所有三体问题的数学情景，只有几种特殊情况已研究。

三体问题最简单的例子就是太阳、地球、月球的关系，太阳系仅有一颗恒星——太阳，太阳的轨道恒定，地球的轨道恒定，地日的关系恒定，因此地球才能维持相对恒定的生存环境。那么，刘慈欣笔下那样毫无规律运转的“三体星系”在现实宇宙中真的存在吗？

据英国《新科学家》杂志报道，距离地球大约4200万光年的宇宙深处，存在着3个孤零零的星系，这三个星系的外围被一团氢气团包围，一团无形的暗物质纽带将它们关联在一起。这个“三体星系”构成的“空洞集群”被科学家命名为VGS_31。天文学家表示，此前还从未在一个宇宙空洞区域内看到过这样的星系系统。

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。

智子、水滴等小说中的科幻武器可行吗？

在科幻故事中，战争是永恒的主题。

在《三体》中，包括维度武器“二向箔”在内的几大武器令读者脑洞大开。“因为这两个质子的存在，人类的科学将不可能有任何重大进展。”《三体》中的这样一句台词，道出了《三体》广受赞誉的第一个科幻武器——质子，又叫“智子”。

三体人在尚无法抵达地球时，向地球发射了两个“质子”，专门扰乱基础物理实验依赖的大型对撞机（也叫高能加速器），从而打断了人类科研的正常进程。对撞机被干扰，真的会让人类科技“锁死”吗？

在现实生活中，大型对撞机是基础物理学进步的最重要来源。“物理学的种种理论必须通过实验验证才能证明，如果大型对撞机的实验结果真的被干扰，确实会重创物理学的创新发展。”朱艳英说。

物理学家李淼在一次采访中谈道：“三体可以随时控制质子，这是《三体》里面最大的硬伤。”智子的设定，实质是认为科学实验有可能被智能干扰，从而不遵守“碰撞完全随机”的实验前提。

但是如果智子掌握和计算地球上所有的量子，那么它内部工作的量子必然更多。那么它就是一个比它要模拟的对象更复杂，能量更大的系统。如果它比宇宙更小，那么它就没法精确地预测一切。

“银河系在它的表面映成一片流畅的光纹，使得水滴看上去纯洁而唯美。”在《三体》中，水滴是刘慈欣又一神奇设定，它可以极快地加速到接近光速，仅以简单的撞击方式，就在半小时内使人类2000艘核聚变动力战舰全军覆没。

小说中，刘慈欣假设水滴的物质结构由强相互作用力控制。如果该物质的基本组成是分子和原子，那么强相互作用力是核子（即质子和中子）之间的力，其力程比氢原子的大小还要小四个量级，在原子构成的材料中不起作用。

如果水滴的材料并非由原子和分子构成，而由更基本的粒子夸克和胶子构成呢？

“夸克之间的距离比中子半径还小，水滴的密度会太大，而小说中的水滴质量还不到10吨。所以，水滴材料的控制力不可能是强相互作用力。”朱艳英说，如果硬要水滴的设定成立，就必须假设一种尚未被人类发现的新型材料。

“无论这些假设是否成立，《三体》把科学融于文艺，让读者更多地接触和思考物理学前沿的科学问题，起到了意想不到的科普作用。”朱艳英说。

目前可以预见能够实现的技术有超大型计算机，冬眠技术，完全信息化社会，人工智能，无线输电技术，纳米材料技术，量子通讯，基因武器等等，将来有可能实现的有光速飞船，引力波发射，太空电梯，人工重力，地下城市，曲率驱动，太空舰队，太空移民，强作用力材料等等，还有目前属于人类未知领域或属作者想象的，智子封锁，光粒打击，二向箔打击，黑域，小宇宙等等。

三体人将质子从九维展开二维，在上面蚀刻电路，改造为智能计算机，可以自由收缩和展开维度，最多可以收缩到十一维。当其收缩到高维时，可以进入任意地点（三维）。两个智子之间，即使相处数光年，也能进行瞬间通信。智子可以破坏高能加速器的结果，使高能加速器只能得出错误和混乱的结果，由于智子速度接近光速，并且不受三维空间的阻挡，可以同时破坏多达一万台加速器的撞击结果。智子可以在三维空间显示文字图形等，但由于其只是一个微观粒子，对宏观世界作用极小，并且需要低维展开，此时极易被破坏。

量子通信，现在已经在研究领域迈出了重要的一步。引力波，就是时间涟漪。现在已经有了初步成果。曲率飞行，美国航空航天局(NASA)正在研制超光速引擎。驾驶装备着这种引擎的飞船，从地球飞到电影《阿凡达》(Avatar)中的潘多拉星球，仅需要几个星期而已。

曲率引擎，驱动飞船进行光速飞行的发动机，通过在飞船身后降低空间曲率来推动飞船，三体人和地球先后掌握了这一技术。曲率引擎运行时会产生曲率航迹，航迹内的光速降低。可以利用大功率曲率引擎产生的航迹来制造黑域甚至死线。关于类似的技术，参见阿库别瑞引擎或星际迷航系列的曲速引擎。

就像降维打击，本来无所谓有无理论依据，事实证明很多名词都是在科幻作品里先有了一个概念原型，然后被用到科学领域，就像黑洞这个词很黑是个洞，在很大程度上与宇宙学中的黑洞的某些特征有些像，或者说能够抽象概括黑洞这种东西的部分关键特征就行。当然了这些词都是作家脑洞大开找到一个比较符合这一现象的一个关键词而已，而后很有可能被引用到其他领域，就像互联网也出现降维打击这个词，用来描述一些寡头公司对一些小公司进行打击，就像不在同一个维度的两种事物，(我们踩死蚂蚁那样)量级不一样，斗争与对抗的方式也就不一样。

“二向箔如果说《三体》中出场的最黑暗武器，无疑当属歌者发出的二向箔，它可以通过一种二维能量态，让三维空间坍塌从而降维到二维，所有物质化为能量态，而且永不停止，这是以人类的心智所不能想象的黑暗和疯狂。但是对于他们来说这是一种常见清理坐标的低等武器，曾经的太阳系就毁于这种降维打击。

我觉得在这部剧中说是地球文明的黑科技是三向箔，它可以让三维空间坍塌，降到二维空间是非常厉害的存在。