A. 每天讀一點‖《三體》中的物理學
之前一段時間，因為一則新聞報道，劉慈欣帶著他的《三體》闖入了大眾視野。熱度經久不衰，一度使很多人迷上了引力波、量子力學等話題。
廣州中山大學天文與空間科學研究院院長李淼也為此寫了一本書，講述《三體》中的物理學。
三體星其實就是靠我們最近的恆星，那個恆星叫比鄰星。它和另外兩個恆星形成了三星系統。
的確如劉慈欣所說，這個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。那這有多遙遠呢？
你可能無法直觀感受，我們就以太陽為例，太陽發出的光，其實你是看的8分鍾之前來的。8分鍾和4.2年比，那少很多。光跑8分鍾跑了多遠？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恆星，其中兩顆恆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恆星，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恆星，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。
但這里就有一個小問題了。
這三個系統，在李淼先生看來還是比較穩定的，為什麼比較穩定呢？首先我們知道，兩顆恆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。用物理學的術語是：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。
李淼認為是南門A和B相互繞著轉，然後比鄰星繞著他們轉。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，是兩顆恆星靠的近，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，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，因此「現實」中三體星人會活的挺好的。
所以，在物理學上劉慈欣的設定沒有問題。只是對應到現實中來，三體星人是不會為了逃避不斷發生的災難，要入侵地球的。
大家大可放心（笑）。
萬有引力號追藍色空間號，還有幾個小時就追到的時候，突然發現本來護衛他們的三體星人的水滴失靈了。他們和藍色空間號進入了一個四維空間的碎片。 也是這個導致了追擊失敗。
那麼身為三維人的我們真的可以進入到四維空間嗎？那是一種怎樣的體驗？
首先我們知道宇宙裡面的空間不完全是三維的，三維是指上下前後左右，用三個坐標來描述。而四維比三維還高出一維，就相當於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，還有一個前後。
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。就相當於一個螞蟻在紙上爬，我們可以用手把它提到第三維裡面。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。所以他們就相當於通過了第四維，然後抄近路把水滴給幹掉了，他們又抄近路佔有了萬有引力號。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，就突然被佔領了。
回過頭來看，閱讀時你可能會覺得很正常，就像爬在紙上的螞蟻，你用手把它提出來，放到高於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，但這個在物理上是有缺陷的。
李淼的結論是，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，爆炸或者什麼樣。用成語講就是灰飛煙滅。
為什麼會灰飛煙滅呢？
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於三維物理學規律。到了四維裡面，物理學規律變了，那麼三維人就沒有辦法生存了。下面就講講為什麼沒有辦法生存。
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，然後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，依賴於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，庫侖力是什麼意思呢？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裡面，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。
那為什麼說庫侖力在三維空間裡面跟距離平方成反比，而在四維空間裡面是跟距離立方成反比？非常簡單，因為能量是守恆的。
比如說一個燈泡發出的光是40瓦，每秒鍾它的功率是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鍾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。因此你單位面積裡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，他雖然不是能量守恆，但道理是類似的。
那麼到了四維會怎麼樣呢？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，因為它在四維空間裡面，它的球面就變成三維了。
因此根據能量守恆，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。所以如果你在四維裡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，同樣在四維空間裡面，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，然後根據我們的物理學，你可以很快的解這個方程，這個是不穩定的，馬上就崩潰。
因此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，它的身體裡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。
盡管如此，卻依舊不妨礙我們欣賞這本小說，以及由它引起的對於物理學的那一點點好奇。
而這雖然是本硬科幻小說，但卻不妨礙你隨著故事去閱讀，通過後續來理解那些你可能不太懂的專業名詞。劉慈欣的聰明之處就在於，他小心翼翼地，在這本書里，摻雜了點人文關懷，淺淺勾勒出一個大概。
他一邊通過三體人向人類廣播「人類，你們其實都是蟲子」，一邊通過面壁者計劃進一步加深零道德的宇宙社會形態，那句緊箍一般的：我們怎麼知道您是不是在工作，和羅輯最後的一句「黑，太TM黑了」描繪宇宙的真相。可在給這脆弱人性和道德以毀滅性的打擊之中，我們又看見了一顆星星。雲天明為暗戀的程心買的那顆遙遠的星星，最終拯救人類這個種族的是人類那顆柔軟溫暖的心……
——星
2017.4.5
B. 三體涉及的物理學有哪些
個人認為《三體》是一本非常優秀的科幻小說，包含了很多的物理前沿理論，例如量子力學、相對論、弦論等等。只有對物理了解得越多，才能越發地佩服作者的才華，才能真正理解這本書的魅力。
C. 能夠談談《三體》裡面的物理知識嗎
首先三體，它是科幻小說，當然基礎知識是真的，比如納米材料的確很堅硬，但大多數涉及宇宙的，都是推測，或者說純粹是猜想，比如水滴和智子，把單個質子並蝕刻是根本無法想像的，當然把太陽當擴音器什麼的，不清楚，但我記得這個也是個猜想。但涉及主觀方面的，比如黑森法則，的確很有意思，而且也很有依據，這個是講不清楚的，你可以參考一下費米悖論，書上也提到過，或者宇宙綠岸公式，就是計算，宇宙中可能演化出生命的星體的個數的一個公式。還有就是地球名片，我個人認為，地球名片沒啥用，因為我覺得不怎麼可能有地外文明……你真的要知道詳情，或者喜歡三體，你可以去看作者劉慈欣，就是大劉作的幾個訪談節目，純手打，望採納～
D. 《三體》中的奇妙物理學
小說中「三體星系」原型——半人馬座α三合星系統想像圖。這里會有外星文明嗎？
小說中三體人武器水滴模擬圖。科幻小說能否催生科學發現？河北日報資料片
■閱讀提示
8月23日，我國科幻作家劉慈欣的小說《三體》獲得科幻文壇大獎雨果獎。雨果獎被譽為科幻小說界的諾貝爾獎，《盜夢空間》、《復仇者聯盟》、《權力的游戲》等諸多科幻名著都曾獲此殊榮，劉慈欣是獲得該獎的首位亞洲人。《三體》被認為是迄今為止中文科幻界出現的最具影響力的科幻小說之一。
三體、黑域、智子、水滴、二向箔……翻開小說，看到這些奇幻的字眼時，你是否會腦洞大開？在《三體》中，劉慈欣融入了大量的前沿物理學理論，並在此基礎上加以延伸，樹立了硬派的科幻風格，向讀者呈現出一個個神秘莫測的科幻奇景。那麼這些科幻奇景與現代物理學有哪些聯系？他們是否有可能成為現實呢？
河北日報、河北新聞網記者 陳誠
「三體」是什麼？現實宇宙中存在「三體星系」嗎？
在小說《三體》中，三體人居住在一個有三顆恆星的星系裡。由於三顆恆星處於無規律運轉狀態，不斷吞噬星系中的行星，造成行星上智慧生命不斷地重生和毀滅，最後只剩下三體文明存活下來。因此，三體人決定遷徙至外界星系，進犯最近的宜居行星——地球。
仰望星空，我們會發現一顆極為明亮的星星——半人馬座α，一個距離太陽只有4.22光年的恆星。這顆恆星所在的半人馬座α三合星系統是距離太陽系最近的恆星系統，也是小說中「三體星系」的原型。
「半人馬座α三合星系統由A、B、C三顆恆星組成，這個現實的星系相對穩定，並不像小說里那樣混亂。」燕山大學物理學教授朱艷英說，它並不是標準的三體系統，而是一個雙星系統加一個衛星恆星。A星和B星以一個偏心率較大的橢圓軌道互相圍繞旋轉，公轉周期為79.9年。較小的C星（比鄰星）則在遙遠的0.2光年之外，以50萬年以上的周期圍繞A、B星的質量中心緩慢公轉。
實際上，三體是物理學中的著名現象。1900年，著名數學家希爾伯特提出了N體問題的特例——三體問題，時至今日，三體問題依然困擾著物理學界。
「三體問題是天體力學中的基本模型，即探究三個質量、初始位置和初始速度都為任意的可視為質點的天體，在相互之間萬有引力作用下的運動規律問題。」燕山大學物理學教授朱艷英表示，目前，三體問題仍得不到精確求解，無法預測所有三體問題的數學情景，只有幾種特殊情況已研究。
三體問題最簡單的例子就是太陽、地球、月球的關系，太陽系僅有一顆恆星——太陽，太陽的軌道恆定，地球的軌道恆定，地日的關系恆定，因此地球才能維持相對恆定的生存環境。那麼，劉慈欣筆下那樣毫無規律運轉的「三體星系」在現實宇宙中真的存在嗎？
據英國《新科學家》雜志報道，距離地球大約4200萬光年的宇宙深處，存在著3個孤零零的星系，這三個星系的外圍被一團氫氣團包圍，一團無形的暗物質紐帶將它們關聯在一起。這個「三體星系」構成的「空洞集群」被科學家命名為VGS_31。天文學家表示，此前還從未在一個宇宙空洞區域內看到過這樣的星系系統。
黑域存在嗎？黑洞和黑域有什麼關系?
在小說中，一個智慧文明為了避免受到攻擊，向別的文明發出信號表示自己是無害的，而唯一無害的前提就是這個文明永遠無法駛出自己所在的恆星系，這個恆星系成了黑域，即光無法逃離出去的區域，被稱為宇宙保險櫃。
那麼，黑域就是黑洞嗎？
黑洞是現代廣義相對論中，宇宙空間內存在的一種密度極大體積極小的天體。黑洞的引力很大，使得視界內的逃逸速度大於光速。「黑洞的引力場非常劇烈並且快速變化，任何物體都會像面條一樣被巨大引力拉伸。也就是說，任何物質或者任何人都無法在黑洞中倖存，更談不上文明的存在。」朱艷英說。
於是，作家劉慈欣在小說中發明了低光速黑洞，假定將真空光速降至太陽系的逃逸速度每秒16.7千米，從而使整個區域變成黑域。作為一種科幻設想，黑域在廣義相對論中是可能實現的嗎？
「光速變小，與光速有關的一切物理學參數就變了。」著名物理學家、科普作家李淼在所著的《三體中的物理學》一書中分析了黑域，認為如果光速變小，人類將不復存在。
人類由原子組成。原子理論中有個精細結構常數，這個常數標志著電子和質子之間的電磁互相作用強度。原子中，電子的速度就是精細結構常數乘以光速。在氫原子中，電子的速度雖然遠低於通常的光速，也高達光速的1/137。當光速突然變小到每秒16.7千米，電子在原子中就超光速了，這和黑域中光速為速度上限的設定矛盾，可能導致原子的解體。
三維人進入四維會發生什麼？維度武器「二向箔」可行嗎?
「一個四維的空間泡飄過地球，與地球的一部分發生了重疊，於是，在這片四維空間的范圍內，三維空間的一切都被完全敞開，人們可以隨意從一個地方穿越到另一個地方，從密閉的墓室里拿出珍寶，從囚犯完好無損的頭顱中取出大腦……」——這是小說《三體》對四維空間一段精彩的描述，就好像二維平面對於三維空間的我們來說是一覽無余的，從四維空間看來，三維的物體也同樣無處隱藏。
在物理學中，「維」是一種度量，在三維空間坐標上，加上時間，時空互相聯系，就構成了四維時空。「一維是線，二維是面，三維是靜態空間，四維是動態空間。」朱艷英介紹說，理論上多維空間是存在的，時間空間的維度是宇宙最基礎的性質，只是人類的觀測只能到三維。
如果真的存在多維空間，三維世界的我們能否進入四維或者更高的維度空間呢？
眾所周知，人的身體是由分子原子構成。「而分子原子一旦進入四維空間就會不復存在，人體也就會隨之解體。因此，人類無法進入四維，更談不上進入更高的維度空間。」朱艷英說。
基於多維空間的假定，劉慈欣在小說《三體》中設計了一種維度武器叫「二向箔」。高級文明向太陽系扔來一張小紙片「二向箔」，導致整個太陽系跌落到二維空間，幾乎毀滅整個人類。
那麼，這種維度武器在現實中是否可行？在理論物理的分支學科弦論中，這種可能性是存在的。
在弦論中，空間維度的變化可看成類似液態水變成水蒸氣的相變。當水達到沸點時，液體中開始出現小氣泡，小氣泡慢慢地變大，最終吞噬整個液體。氣體密度和液體密度的差別可以看成一種物理量，它被物理學家稱為場。
小說中的「二向箔」中也有一種場，能量比較低，一旦與三維空間直接接觸，就變得像水中的氣泡那樣開始膨脹，觸發三維空間的能量較高的場向能量更低的地方跳，讓「二向箔」越長越大。這種降維武器一旦觸發就無法停止，只有乘坐光速飛船才能逃生。
智子、水滴等小說中的科幻武器可行嗎？
在科幻故事中，戰爭是永恆的主題。
在《三體》中，包括維度武器「二向箔」在內的幾大武器令讀者腦洞大開。「因為這兩個質子的存在，人類的科學將不可能有任何重大進展。」《三體》中的這樣一句台詞，道出了《三體》廣受贊譽的第一個科幻武器——質子，又叫「智子」。
三體人在尚無法抵達地球時，向地球發射了兩個「質子」，專門擾亂基礎物理實驗依賴的大型對撞機（也叫高能加速器），從而打斷了人類科研的正常進程。對撞機被干擾，真的會讓人類科技「鎖死」嗎？
在現實生活中，大型對撞機是基礎物理學進步的最重要來源。「物理學的種種理論必須通過實驗驗證才能證明，如果大型對撞機的實驗結果真的被干擾，確實會重創物理學的創新發展。」朱艷英說。
物理學家李淼在一次采訪中談道：「三體可以隨時控制質子，這是《三體》裡面最大的硬傷。」智子的設定，實質是認為科學實驗有可能被智能幹擾，從而不遵守「碰撞完全隨機」的實驗前提。
但是如果智子掌握和計算地球上所有的量子，那麼它內部工作的量子必然更多。那麼它就是一個比它要模擬的對象更復雜，能量更大的系統。如果它比宇宙更小，那麼它就沒法精確地預測一切。
「銀河系在它的表面映成一片流暢的光紋，使得水滴看上去純潔而唯美。」在《三體》中，水滴是劉慈欣又一神奇設定，它可以極快地加速到接近光速，僅以簡單的撞擊方式，就在半小時內使人類2000艘核聚變動力戰艦全軍覆沒。
小說中，劉慈欣假設水滴的物質結構由強相互作用力控制。如果該物質的基本組成是分子和原子，那麼強相互作用力是核子（即質子和中子）之間的力，其力程比氫原子的大小還要小四個量級，在原子構成的材料中不起作用。
如果水滴的材料並非由原子和分子構成，而由更基本的粒子誇克和膠子構成呢？
「誇克之間的距離比中子半徑還小，水滴的密度會太大，而小說中的水滴質量還不到10噸。所以，水滴材料的控制力不可能是強相互作用力。」朱艷英說，如果硬要水滴的設定成立，就必須假設一種尚未被人類發現的新型材料。
「無論這些假設是否成立，《三體》把科學融於文藝，讓讀者更多地接觸和思考物理學前沿的科學問題，起到了意想不到的科普作用。」朱艷英說。
E. 關於《三體2》中一個基本的物理知識
嗯，我看過三體……這是第二部的結尾的內容吧……
這個用物理的角度來說，是一個沖量的問題
沖量是Ft，力乘以時間
然後有動量定理Ft=Δmv，這里的F是合外力（這點很重要）
當合外力累計了時間，就會使得物體的速度發生改變
你問題的說法是錯誤的，能否推動的確是看力的大小，是看推力是否能克服其他力，使物體受力不平衡，而產生加速度，太小的力，無法克服阻力的確無法推動任何物體。
當推力足夠克服阻力的時候，才能有累計時間而造成速度變化
關於推動地球，這是不可能的，除非有一個與地球無關支持點或者面讓你推動地球
直接推動地球採取的可能是兩種方式
一種是倒立，用重力來推，但是重力的反作用力，即人對地球的引力，相互抵銷，無法破壞地球的受力平衡
一種是固定住腳，來推地球，但是如果腳固定在地球上，又會因為作用力與反作用力而變得無意義
三體中的這番話，物理角度分析，引力波天線是懸浮的，幾乎不存在任何阻力，所以可以推動
而推動地球，只是邏輯的一個說法，不能說犯物理錯誤，而是因為這有文學上的意義，邏輯這句話是為後面做鋪墊的，邏輯相信陽光會照進黑暗森林，使得宇宙中的各個智慧生命之間不再持續黑暗森林狀態的猜疑，但是這需要的是信念（就像是相信自己能推動地球），同時也需要漫長時間的努力（推動地球需要足夠長的時間）……同時也是說邏輯與庄顏的愛情，跨越了兩個世紀的時間，在此刻延續下去……強調了一個時間長的感覺……
這段是個人對於這個小說的理解……與物理關系不大……囧