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三体中的科与幻

《三体》中的『科』与『幻』

科幻?

科幻小说顾名思义科(学)幻(想)。科幻小说是十九世纪西欧『工业革命』之后才有的文化现象。中国近代的科幻小说事业从翻译起步的,自1902年梁启超先生使用文言文翻译凡尔纳的《十五小豪杰》为中国科幻敲响了第一声锣,至到今天中国科幻已经走过了一个多世纪。刘慈溪作为新生代科幻文学代表作家,其作品《三体》以经典力学中的三体问题入手,使用超长的时间线,宏大的宇宙观描述了两个文明在宇宙中的兴衰历程。其在科学理论的基础上,构建了一个极为奇幻的想象世界。

『科』与『幻』

三体问题

在《三体》中,作者描述了一个经典力学问题:

假设三个质点,了解其质量、位置,以及某一时间点的速度矢量,在只考虑万有引力的情况下,我们是否可以通过计算预测三个质点的轨迹方程。

『科』

三体问题历史悠久,在17世纪80年代就被科学家提出了。随后,科学家们为解决三体问题绞尽脑汁。1887年,德国数学家海因里希·布伦斯在经过了大量的计算和思考之后,不得不承认:三体问题没有普通解,只可能存在特定条件下成立的特殊解。

1889年,法国数学家亨利·庞加莱计算出三体问题的第一个特殊解。在他的计算中,三个天体中,有一个天体的质量与其他两个天体的质量相比,小到可以忽略,于是就将三体问题简化成了“限制性三体问题”。即便如此,它的解的形态也是非常复杂的,以至于对于给定的初始条件,几乎没有办法预测当时间趋于无穷时这个轨道的最终命运。至今,三体问题的特殊解已经被扩充到了600^1多个,人们普遍认为,三体问题不具有周期性而且趋向于混沌,但是距离三体问题完全解决,还有很漫长的路要走。

『幻』

然而,说三体问题无解其实是不准确的,准确的说,是没有解析解,即在数学上三体问题没有规律性的答案,不能用解析式表达出来,只能算数值解,没有办法得出精确值。对于三体问题的数值解,时间会无限放大初始的微小误差,因此数值法几乎没有办法预测当时间趋于无穷时,三体轨道的最终命运。而这种对于轨道的长时间行为的不确定性,就被称为“混沌”现象。

换句话说,我们没有办法预测三体在长时间尺度下的运行轨道,但是短时间的运行状态是可以通过计算预测到的。如同太阳系其实也算是一个多体问题,我们依然能够通过一些科学的计算获取到各个行星短时间内的运行状态,但是这个轨道其实也并不是一个精确值,但是对于我们人类对太空的探索活动来说,这个已经足够用了。

在三体中所描述的三体人的科学发展已经超过了地球,因此三体人其实理论上是有能力预测三体短时间的轨道的,三体人甚至可以认为炸掉一颗恒星,使三体系统变成双星系统,这样就可以彻底摆脱三体人命运了。

不得不说三体的设定其实是作者强加的一个故事设定,在这个设定的基础上,才引发了两个文明之间的种种冲突。

量子纠缠

量子纠缠理论无疑是现代物理学的研究热点。《三体》中描述了三体人通过两个相互纠缠的质子,其中一个发送到地球,从而可以监控地球人的一举一动。

『科』

纠缠是关于量子力学理论最著名的预测。它描述了两个粒子互相纠缠,即使相距遥远距离,一个粒子的行为将会影响另一个的状态。当其中一颗被操作(例如量子测量)而状态发生变化,另一颗也会即刻发生相应的状态变化。即使相隔整个宇宙,两个纠缠的粒子依然可以实时互动。

1935年,爱因斯坦、罗森、波多尔斯基为了反驳量子理论提出这种反直觉的现象。之后薛定谔将这种现象定义为量子纠缠。爱因斯坦曾讥讽量子纠缠为『鬼魅般的超距作用』。直到2017年6月16日,中国量子科学实验卫星墨子号首先成功实现,两个量子纠缠光子被分发到相距超过1200公里的距离后,仍可继续保持其量子纠缠的状态。

『幻』

虽然量子可以跨越超远距离保持纠缠状态,但是爱因斯坦的相对论又告诉我们,宇宙中最快的速度是光速。难道这两个理论中有一个是错的?

爱因斯坦的侠义相对论中描述的是物质或者信息是不能超过光速的,但是量子纠缠其实是一种超距现象,并没有速度之说。当我们测量其中一个粒子的同时,我们也知道了与其纠缠的另一个粒子的状态。这种现象是瞬时的,并不存在速度。但由于粒子的状态是随机的,我们只能够测量,因此我们无法通过量子纠缠携带任何信息。

因此《三体》中的质子虽然可以保持量子纠缠的状态,但是并不能把地球上信息实时发送给三体星人。因此三体人通过质子监控地球人也就不存在。

但是,《三体》小说中质子的存在依然是一个大胆的设定。在三体人与地球人发生正式接触之前,把相互纠缠的一个质子发送到地球,得以让三体人提前了解地球文明。地球人也通过质子了解到了三体人的弱点,从而才引出了后面的面壁计划。

科幻!

《三体》小说中有很多建立在现代物理学大厦之上的假设,比如高维空间的存在,黑洞理论,时空曲率和超光速飞船等。正是有了这些元素,才让故事更加贴近于现实,没有像玄幻小说一样那么的架空。

关于科幻小说到底姓『科』还是姓『幻』从来都是众说纷纭。科幻爱好者们习惯给科幻作品加上『软』『硬』的标签。中国科幻小说的代表性作家叶永烈有一段写给《科幻迷中国村》的寄语: 加了科学味精,漂着五光十色的幻想油花,还撒上文学的胡椒面——哦, 科幻小说,据说 “味道好极了”!

不得不承认,《三体》中既存在一定的科学,也存在着大量虚构的部分,但是科学的存在正是为了合理的想象,通过幻想的世界再去看现实,从而使我们对现实有更真切更深刻的认识。

所以,无论是科学也好,幻想也罢,最终是相辅相成,科不离幻,幻不离科!