科普小课堂——

看完《三体》,曾有读者好奇,水滴能否被造出来?有学者曾就这个问题提出过一家之言。

首先,《三体》中直接说了,水滴的质量不大,在10吨以下,刘慈欣也直接说了不是用中子物质制造的。其次,它的分子结构非常严密,应该是一种晶体,即使在放大1000万倍后,地球人还是没有看到它的不光滑之处,且分子排列有序,没有任何振动。放大1000万倍,我们原则上可以看见一纳米了,也就是说,几乎能看见原子或分子了。刘慈欣假设这种物质结构是由强相互作用力控制的。这个假设不可能正确。很简单,如果物质的基本组成还是原子和分子,那么强相互作用力是核子(质子和中子)之间的力。这种力的力程由介子的质量决定,也就是大约10^-12厘米,这个距离比氢原子的大小还要小四个量级,所以强相互作用力在原子构成的材料中不会起到任何作用。另一个可能是,材料不是原子和分子构成的,而是由更加基本的粒子夸克和胶子构成的,但如果假设夸克是“自由粒子”,夸克之间的距离要比中子的半径还要小,这种物质的密度就太大了,水滴的物质就像夸克星中的物质了。因此,这也不可能。结论是,水滴材料的控制力不可能是强相互作用力。如果硬要确定水滴的设定成立,我们必须假设一种新型固体。这种固体也许存在,尚待人们去发现。我觉得,石墨烯就是类似水滴需要的材料,不过是二维的,不是三维的。石墨烯是由碳原子构成的二维的网状结构,只有一个碳原子厚,如果放大,就会发现它的基本结构是蜂巢状的。虽然只有一个碳原子厚,但一平方米大小的石墨烯可以承重一只猫,也就是说,石墨烯非常结实。石墨烯的发现让它的发现者获得了2010年度诺贝尔物理学奖。也许,制造水滴的材料是一种三维的石墨烯,但还没有任何物理学家敢于想象构成它的是什么原子。

——李淼《三体中的物理学》