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三体3最大硬伤分析:不可能的黑域 (评论: 三体Ⅲ)
三体3:死神永生 是本很好的科幻小说。情节扑朔迷离,想象险境逢生。人类为了抵挡三体世界的入侵,基于黑暗森林假说设计了同归于尽的广播威慑。三体世界不守诺言强占地球后,由残存的飞船发起广播。三体世界被摧毁后,暴露了自身坐标的人类文明又开始了漫长的自卫纪元。“蓝色空间“号与四维空间朝圣般的邂逅,二向泊从歌者手中划向地球的毁灭旅程,无不贯穿着刘慈欣绝伦的想象,令人叹奇。
  
  三体3中,作为必要的抵御光粒攻击的自卫手段,基于云天程的童话谜语,人类设计了三个方案:掩体计划,黑域和光速飞船。全书的后半的大部分内容都是基于这三个计划展开的(虽然最终解救人类的是云大神的小宇宙计划。。)
  
  三个计划中,掩体计划是最直白,最平凡,也是最为失败的。计划设计在土星木星后面建造人类避难地,以抵御光粒对恒星攻击后太阳爆发产生毁灭冲击。然而刘慈欣设计下的人类未能觉察到,神级文明并不是每一次都派光粒完成使命。对于太阳系这样的多行星结构,神级文明往往采用更为彻底的打击。。
  
  光速飞船则很有创意,颇有阿基米德浴缸的寓意。在洗澡的时候,发现水的浮力定律。不过这一次不是浮力,而是水的张力。把space-time比喻成水,如果能改变飞船前后空间的时空曲率,利用曲率之间的不同改变张力,从而给飞船提供动力。这真是个”绝顶聪明“的想法。我敢保证,即便大刘本人在想到这个主意的时候,也拍案叫绝了。不过,光速飞船的方案在某些方面,仍然难以解释。这个理论和黑域理论互相联系,他们的困难我将在下面给出。
  
  黑域计划。黑域计划在小说中的巧妙之处,在于他给出了一个”夜空里有一颗星星,人们抬头随便一看,就能知道他是安全的“这个”安全申明“两难的解。黑域计划在小说的科幻逻辑上,也给出了光速和黑洞之间的技术链接。黑域理论的核心,就在于将一个平凡空间改造成黑洞,里面所有的物质都不能外出,不可能对外界构成威胁,这样即完成所谓”安全申明“。如何把平凡的空间改造成黑洞?把光困在空间中即可。然而光如何困在平凡空间呢?大刘给出的精彩绝伦的推理是,把光速降低到太阳系的逃逸速度以内,这样太阳系的逃逸施瓦西半径以内即形成所谓”黑洞“。而降低光速和改变空间结构有关,光速飞船的原理又和改变曲率有关,改变空间曲率,在某种程度上也改变了空间结构。因此,光速飞船和黑域的创造在逻辑上”完美“结合起来。
  
  且不说改变空间曲率是如何改变空间结构的,大刘在黑域这个核心理念的设计上,的确是”捡了芝麻,丢了西瓜“。黑域设计是整个三体小说结尾的必要条件,也是后半部分的核心高潮。如果这个理论有误,将其称作三体3最大的硬伤,不足为过。
  
  让我们来首先回顾一下改变曲率的光速飞船吧。设计中提到通过改变曲率,获得动力,让我们不禁对这种技术的前景产生瞻仰。然而瞻前不能忘后。如果大刘认同基本相对论的话(事实上,大刘对其想象的全部解释都借助相对论及其以下的现代物理理论,例如施瓦西半径,视界,时空曲率,光速CASUALITY,甚至经典理论,例如逃逸速度,潮汐力,拉格朗日点等,在拉格朗日点的处理上还屡犯错误。看起来他对量子力学和统计物理不是很熟。大刘毕竟不是物理学家,不可能自己创造一个VIABLE的理论),他应该知道,相对论中对曲率和力的关系给出的解释,就是万有引力。在大刘的所谓设计里,曲率产生的张力,或者更直白的说,水面产生的张力,并非什么第5种力,就是引力;通过肥皂泡改变曲率产生的额外张力,无非也就是引力大小的不同罢了。大刘的光速飞船理论转换成通俗的语言就是说,通过在前方创造始终大的正引力将飞船加速到接近光速。到现在为止,这点听上去仍然是可行的。引力飞行并不是什么新鲜的事物,先进大部分人造飞船就是依靠行星引力加速的。
  
  然而,时空的扭曲是由质量引起的。如果这点不错的话,那么大刘的意思,就是让我们在飞船前方不断(等效的)堆积质量。同时,还要把后方的质量(等效的)挖空。这将是一个多么奇异现象。。
  
  当然大刘在他的物理中可以说,相对论是错误的。除去质量,还有其他的扭曲时空的办法。而且扭曲时空不一定产生万有引力。如果真是这样,那么大刘小说中关于黑洞,视界和施瓦西半径的一切说法,都无效了。。
  
  如果说曲率飞船悖论只是一个可以辩论的小硬伤的话,黑域的提出就有一些让人啼笑皆非了。黑域的理论基础,在于太阳系的逃逸速度(或者,第三宇宙速度)。这个设计的核心缺陷就在于,第三宇宙速度是为有质量的物体设限,而光子的质量,正如大家所知道的,是0。
  
  大刘认为,如果把光速限死在逃逸速度以内,那么包括光在内的一切物质,就都逃不出来了,太阳系也就成了一个名副其实的黑域。这个逻辑单向的看,是正确的。因为光的速度小于逃逸速度,又因为一切物体的速度都不能超过光速,自然所有物体都无法逃逸了。
  
  事情真的是这样简单吗?使用第三宇宙速度估算施瓦西半径,仅仅是经典力学下的近似而已。这个近似恰巧和相对论下的张量计算结果重合(实际上在1.5倍的施瓦西半径内还会有光子旋转)。就好像低速下的狭义相对论和牛顿力学重合一样,又或者像量子力学中电子的运动和经典电磁场理论下的洛仑兹公式重合一样,又或者像狄拉克方程中给出的自旋-轨道能量和经典自旋-轨道耦合给出的能量重合一样。光子之所以不能逃离黑洞,不是因为他在势场中的动能不够无法逃离黑洞(即便是,光子的动能也不是1/2Mv^2,因此用光子计算出来的半径显然是错误的,再退一步说,第三宇宙速度是在非相对论效应下计算而来的。而大刘在显然应当使用相对论的[要知道此时任何接近第三宇宙速度,也即新光速,的物体都有明显的质量膨胀,他们的逃逸速度没有这么简单]情形下,照搬第三宇宙速度,让人汗颜),而是由于光在那个极度蜷缩的时空中沿扭曲测地线行走的结果。这就是,光子将在黑洞的施瓦西半径内部眩晕的打转,最后吸向奇点。
  
  黑域中的空间,按照大刘的设想,除去光速变低以外(计算机的速度下降),没有任何异常。脱离当前的物理体系来思考,有可能是时空的维度变化。可是黑域中的生物,不会被压缩成2维(这样和毁灭打击没有什么区别),也不可能拓展成4维(三体3有言,维度只能不断下降,最后重置到10维),唯一的可能就是空间扭曲。试问,究竟是哪里来的空间扭曲让光的测地线变化,以致于无法逃逸呢。再退一步,即便假设太阳系内部空间均匀,在不同光速交界面存在时空扭曲,使得光子无法逾越(完全反射),那么产生时空扭曲的质量从何而来?倘若真的有这样的质量的话,根据等效原理,这个质量的指数级的大小,连同他们之间的万有引力,也将把整个太阳系坍缩成一个具有奇点的真正黑洞。
  
  考虑了相对论的时空关系,却落魄了广义相对论中最为重要的质量和引力。大刘三体中最为关键的黑域理论由此成为一个抑郁幽灵,游离在这个硬科幻的视界里,在这个并不完美的故事结局中,孤单的存在。
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