A. 每天读一点‖《三体》中的物理学
之前一段时间，因为一则新闻报道，刘慈欣带着他的《三体》闯入了大众视野。热度经久不衰，一度使很多人迷上了引力波、量子力学等话题。
广州中山大学天文与空间科学研究院院长李淼也为此写了一本书，讲述《三体》中的物理学。
三体星其实就是靠我们最近的恒星，那个恒星叫比邻星。它和另外两个恒星形成了三星系统。
的确如刘慈欣所说，这个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。那这有多遥远呢？
你可能无法直观感受，我们就以太阳为例，太阳发出的光，其实你是看的8分钟之前来的。8分钟和4.2年比，那少很多。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。
但这里就有一个小问题了。
这三个系统，在李淼先生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。用物理学的术语是：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。
李淼认为是南门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，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，因此“现实”中三体星人会活的挺好的。
所以，在物理学上刘慈欣的设定没有问题。只是对应到现实中来，三体星人是不会为了逃避不断发生的灾难，要入侵地球的。
大家大可放心（笑）。
万有引力号追蓝色空间号，还有几个小时就追到的时候，突然发现本来护卫他们的三体星人的水滴失灵了。他们和蓝色空间号进入了一个四维空间的碎片。 也是这个导致了追击失败。
那么身为三维人的我们真的可以进入到四维空间吗？那是一种怎样的体验？
首先我们知道宇宙里面的空间不完全是三维的，三维是指上下前后左右，用三个坐标来描述。而四维比三维还高出一维，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。
回过头来看，阅读时你可能会觉得很正常，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，但这个在物理上是有缺陷的。
李淼的结论是，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。下面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。
那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，因为能量是守恒的。
比如说一个灯泡发出的光是40瓦，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。
因此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。
尽管如此，却依旧不妨碍我们欣赏这本小说，以及由它引起的对于物理学的那一点点好奇。
而这虽然是本硬科幻小说，但却不妨碍你随着故事去阅读，通过后续来理解那些你可能不太懂的专业名词。刘慈欣的聪明之处就在于，他小心翼翼地，在这本书里，掺杂了点人文关怀，浅浅勾勒出一个大概。
他一边通过三体人向人类广播“人类，你们其实都是虫子”，一边通过面壁者计划进一步加深零道德的宇宙社会形态，那句紧箍一般的：我们怎么知道您是不是在工作，和罗辑最后的一句“黑，太TM黑了”描绘宇宙的真相。可在给这脆弱人性和道德以毁灭性的打击之中，我们又看见了一颗星星。云天明为暗恋的程心买的那颗遥远的星星，最终拯救人类这个种族的是人类那颗柔软温暖的心……
——星
2017.4.5
B. 三体涉及的物理学有哪些
个人认为《三体》是一本非常优秀的科幻小说，包含了很多的物理前沿理论，例如量子力学、相对论、弦论等等。只有对物理了解得越多，才能越发地佩服作者的才华，才能真正理解这本书的魅力。
C. 能够谈谈《三体》里面的物理知识吗
首先三体，它是科幻小说，当然基础知识是真的，比如纳米材料的确很坚硬，但大多数涉及宇宙的，都是推测，或者说纯粹是猜想，比如水滴和智子，把单个质子并蚀刻是根本无法想象的，当然把太阳当扩音器什么的，不清楚，但我记得这个也是个猜想。但涉及主观方面的，比如黑森法则，的确很有意思，而且也很有依据，这个是讲不清楚的，你可以参考一下费米悖论，书上也提到过，或者宇宙绿岸公式，就是计算，宇宙中可能演化出生命的星体的个数的一个公式。还有就是地球名片，我个人认为，地球名片没啥用，因为我觉得不怎么可能有地外文明……你真的要知道详情，或者喜欢三体，你可以去看作者刘慈欣，就是大刘作的几个访谈节目，纯手打，望采纳～
D. 《三体》中的奇妙物理学
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
■阅读提示
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》等诸多科幻名着都曾获此殊荣，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，三体是物理学中的着名现象。1900年，着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。”着名物理学家、科普作家李淼在所着的《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。
E. 关于《三体2》中一个基本的物理知识
嗯，我看过三体……这是第二部的结尾的内容吧……
这个用物理的角度来说，是一个冲量的问题
冲量是Ft，力乘以时间
然后有动量定理Ft=Δmv，这里的F是合外力（这点很重要）
当合外力累计了时间，就会使得物体的速度发生改变
你问题的说法是错误的，能否推动的确是看力的大小，是看推力是否能克服其他力，使物体受力不平衡，而产生加速度，太小的力，无法克服阻力的确无法推动任何物体。
当推力足够克服阻力的时候，才能有累计时间而造成速度变化
关于推动地球，这是不可能的，除非有一个与地球无关支持点或者面让你推动地球
直接推动地球采取的可能是两种方式
一种是倒立，用重力来推，但是重力的反作用力，即人对地球的引力，相互抵销，无法破坏地球的受力平衡
一种是固定住脚，来推地球，但是如果脚固定在地球上，又会因为作用力与反作用力而变得无意义
三体中的这番话，物理角度分析，引力波天线是悬浮的，几乎不存在任何阻力，所以可以推动
而推动地球，只是逻辑的一个说法，不能说犯物理错误，而是因为这有文学上的意义，逻辑这句话是为后面做铺垫的，逻辑相信阳光会照进黑暗森林，使得宇宙中的各个智慧生命之间不再持续黑暗森林状态的猜疑，但是这需要的是信念（就像是相信自己能推动地球），同时也需要漫长时间的努力（推动地球需要足够长的时间）……同时也是说逻辑与庄颜的爱情，跨越了两个世纪的时间，在此刻延续下去……强调了一个时间长的感觉……
这段是个人对于这个小说的理解……与物理关系不大……囧