《三體》中的物理知識(shí)：引力波與多元宇宙

8月23日，我國(guó)著名科幻作家劉慈欣的小說(shuō)《三體》，榮獲2015年科幻文壇大獎(jiǎng)“雨果獎(jiǎng)”，這被稱為科幻文學(xué)界的諾貝爾獎(jiǎng)，也是亞洲作家首次獲此殊榮。在科幻小說(shuō)《三體》中，用到了大量的物理學(xué)設(shè)定。我國(guó)著名物理學(xué)家、科普作家李淼先生在不久前出版的《三體中的物理學(xué)》一書中，對(duì)這些知識(shí)做了深入淺出的生動(dòng)講解。雖然有些內(nèi)容不乏艱澀，很燒腦洞，但其中自然科學(xué)知識(shí)的ABC，作為生活在現(xiàn)代社會(huì)的讀者來(lái)說(shuō)也很有必要了解。

黑洞

作為天體物理學(xué)家，葉文潔對(duì)核武器十分敏感，她知道這是恒星才具有的力量。她更清楚，宇宙中還有更可怕的力量，有黑洞，有反物質(zhì)，等等，與那些力量相比，熱核炸彈不過(guò)是一支溫柔的蠟燭。——《三體》

拉普拉斯根據(jù)牛頓的萬(wàn)有引力理論，推測(cè)黑洞是存在的。拉普拉斯的黑洞很好理解，我們知道，在地球表面發(fā)射火箭，如果初始速度不夠大，不論火箭飛多遠(yuǎn)，最終還會(huì)落回到地球上。如果速度再大一點(diǎn)，例如超過(guò)7.9千米每秒，火箭就會(huì)越飛越遠(yuǎn)，永遠(yuǎn)逃離地球。對(duì)于宇宙中的每個(gè)質(zhì)量點(diǎn)而言，都可以計(jì)算逃逸速度，質(zhì)量越大，距離質(zhì)量中心的距離越近，逃逸速度就越大。如果我們將地球的質(zhì)量壓縮到一個(gè)更小的球體中，地球表面的逃逸速度就會(huì)增大，因?yàn)槿f(wàn)有引力變強(qiáng)了。拉普拉斯發(fā)現(xiàn)，如果這個(gè)質(zhì)量點(diǎn)的半徑足夠小，逃逸速度就達(dá)到光速，因?yàn)闆]有任何速度大過(guò)光速，故而所有物體都不可能逃脫這個(gè)質(zhì)量吸引。不論它飛多遠(yuǎn)，最終都會(huì)落回來(lái)，或繞這個(gè)質(zhì)量公轉(zhuǎn)，這就是拉普拉斯的黑洞。

史瓦西先生發(fā)現(xiàn)，黑洞是愛因斯坦理論的一個(gè)自然結(jié)果。在其去世的前一年，也是愛因斯坦發(fā)現(xiàn)廣義相對(duì)論的幾個(gè)月后，他發(fā)現(xiàn)了愛因斯坦理論中的第一個(gè)嚴(yán)格解。在一個(gè)由中心質(zhì)量造成的彎曲時(shí)空中，越靠近中心的鐘走得越慢，到了一個(gè)固定的邊界，時(shí)鐘走得無(wú)限慢，也就是說(shuō)，如果我們站在外面看這個(gè)邊界上的鐘，它的秒針幾乎不動(dòng)。這個(gè)邊界就是著名的黑洞視界。在這個(gè)邊界上，光也無(wú)法逃逸。為什么光無(wú)法逃逸呢？很簡(jiǎn)單，盡管光速很大，但時(shí)間變得太慢了，對(duì)于我們的一個(gè)小時(shí)甚至一年，那里的時(shí)間幾乎沒有變，當(dāng)然光在我們看來(lái)也就沒有走了。

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