原标题:刘慈欣《三体》中的引力波(图)
最近,许多关于引力波的文章提到了刘慈欣的《三体》,美国人为他们的LIGO骄傲,晋人也能从《三体》中找到自豪。《三体》中的引力波源自怎样的构思?春节刚过,笔者用邮件交流的方式同刘慈欣进行了探讨——
〖核心提示〗
最近,许多关于引力波的文章都要提到刘慈欣的《三体》,美国人为他们的LIGO骄傲,国人特别是山西人也能从《三体》中找到自豪。《三体》中的引力波到底是怎样构思的?春节刚过,就同刘慈欣探讨了引力波。几次邮件往来,他都耐心、坦诚、朴实地给予解答,并没有因为引力波而宣扬《三体》。希望《三体》和引力波不仅仅是时令性的话题,而能引发大家较为深度的思考,我们对科学的态度是怎样的?我们的文化中科学的比重如何得以增加?那就从刘慈欣《三体》中的引力波说起,让我们从对科学的好奇、关注、热爱开始吧。
宇宙就是这么奇妙!刘慈欣的《三体》掀起的热潮还余波未平,宇宙的另一端,13亿光年前两个黑洞合并引发的引力波,经过漫长的旅程抵达地球,正好,位于美国的LIGO监测站刚完成了系统升级,引力波第一次被人类捕捉到了。《三体》掀起的涟漪和引力波引发的时空涟漪就这样交汇了。
很多报道引力波的文章都不忘提到《三体》。如果你读过《三体》第三部《死神永生》,会对引力波出现时那几行加粗的黑体字留下印象:
北美引力波发射台被摧毁。
欧洲引力波发射台被摧毁。
亚洲引力波发射台被摧毁。
太阳电波放大功能被全频段压制。
引力波宇宙广播系统无法回复,黑暗森林威慑终止。
这是全书中最为紧张的时刻!发生在执剑人罗辑和程心交接后的10分钟,三体世界利用强互作用力探测器水滴果断对地球实行了攻击。他们没有攻击执剑人,而是直接摧毁了地球上的三座引力波发射台。制衡三体世界的威慑系统被摧毁,三体人占领了地球。
就引力波问题同我省著名作家刘慈欣探讨时,他还是那种一贯的诚笃,并不为外界的玄虚所动,谦虚地说自己对引力波也懂得不多。他这样解释引力波:“在数学上很复杂,不是人们通常认为的由引力强度构成的波动,而是一种由引力影响的时空的波动。其中有一种宇宙诞生初期产生的原初引力波,其波长竟然约等于宇宙的直径,难以想象和理解。”
闻道有先后。刘慈欣在《三体》中能引用引力波,已经称得上先闻道了。《三体》中为什么要用到引力波?让我们还是从《三体》构建的基石——黑暗森林法则来说吧。
宇宙可能是好的,也可能是中性的,还可能是恶的。刘慈欣说科幻文学只是提供一种可能性。《三体》中描摹的宇宙是恶的,这同人们通常期待的理想社会、乌托邦、天堂不同。《三体》中的宇宙是一片黑暗森林,每个文明都是带枪的猎人。每个猎人都必须隐藏好自己,谁先暴露目标谁就会被摧毁。
在《三体》第二部《黑暗森林》里,罗辑因为被第一个同三体世界联系的地球人叶文洁授以黑暗森林的秘笈,而被选为蒙蔽三体世界的面壁人。他既不像其他面壁人一样或制造大型核弹、或组建神风敢死队、或改造人类思维,他成天无所事事,只是适时向宇宙发布了一组咒语。于是他成为地球上仅有的一个能制约三体世界的执剑人。为什么?因为他发出的咒语是一颗恒星的坐标,一百多年过去后,那颗恒星被摧毁了——黑暗森林法则发挥了威力!
罗辑的逻辑是,如果三体世界敢于攻击地球,他就向宇宙发布三体世界的坐标,哪怕地球的坐标也同时被暴露,那就同三体世界同归于尽好了——这就是威慑系统的来历。
《三体》中引力波的引用是用来发布坐标的。三体世界的文明程度要高于地球。他们很早就知道罗辑识透了黑暗森林法则,是危险任务,在《三体》第二部中处处想要置罗辑于死地。三体世界派出的强作用力攻击武器水滴在摧毁了地球的太空舰队后,又向地球扑来。罗辑以为这次也是针对自己,但结果是水滴转向飞向太阳,悬浮在太空中封住了太阳能放大的所有波段。地球无法向宇宙发布威慑了。
为了躲避三体世界的监督,罗辑利用雪地计划作掩护,在太阳轨道上部署了3000多枚核弹,并设计了负触发系统,只要自己生命体征消失,核弹就会被引爆,所产生的尘埃云远观会产生太阳闪烁的效果,闪烁形成的信号会发送三体世界的坐标。这种鱼死网破的做法再次对三体世界产生了威慑,使得他们停止了对地球的攻击,并答应了罗辑的要求。《黑暗森林》结尾处,罗辑要求三体世界帮助人类建立更完善的信号发射系统,使人类掌握随时向太空发射咒语的能力。这个发射系统就是引力波。
这就是引力波在《三体》中构思的逻辑过程。为什么要用引力波,刘慈欣说:“引力波用于科幻,主要是由于它传播时的低衰减特性,可以穿透巨量的物质传输很远的距离,甚至可以传到宇宙尽头,被认为有可能实现未来宇宙通讯。《三体》里面的引力波就是出于这一点。”
问题的关键是,怎么产生引力波。这次人类首次发现的引力波是13亿光年外两个黑洞合并产生的。《三体》中三体文明也没有发达到利用微型黑洞产生引力波,刘慈欣构想了另一种产生方式。他说:“引力波的产生一般都与巨大质量的物质有关,所以小说中设想产生引力波使用简并态物质,这种物质只存在于中子星中,密度极大,一小勺的质量就相当于一座山峰。”简并态物质也是超出我们常识和想象的,它一般是由基本粒子电子、中子等组成的。引力波发射台到底是什么模样,发射的引力造成什么样的影响?《黑暗森林》结尾做了描述。
在《三体》中,引力波发射到底有没有发挥作用?这在第三部《死神永生》中会呈现。因为更换了执剑人,三体世界已经判定新执剑人程心不会触发黑暗森林威慑,将地球和三体世界两个文明毁于自己手中,所以果断地对地球进行了袭击,摧毁了引力波发射台。三体人攻占了地球。但是,还有一座引力波发射台是建造在太空飞船上的。这艘飞船恰好名为“万有引力”,这艘引力波飞船逃脱了三体世界的追击,在得知地球文明在三体世界统治下正在走向毁灭时,他们最终选择了威慑——用引力波向宇宙广播了三体世界的坐标。
促使飞船做出决定的关键因素是小说中简并态物质的半衰期,50年后引力波发射将失效。这显然是为小说的情节推动设计的。刘慈欣这么说:“至于这类物质的半衰期只是一个设想,因为简并态物质只能在极大的引力和压力下存在,在正常引力和压力下可能会渐渐降低密度,最后变成正常的物质。当然这个想法有许多地方说不通,但作为科幻也只能到这个程度。”
结果就是大家在《死神永生》中看到的,三体世界被摧毁,与之相距不远的地球接着也暴露了坐标,只是赢得了逃离的时间,最终是整个太阳系被二维化,飞船带着人类文明的种子飞向宇宙深处。
“引力波一个很专业的领域,涉及到广义相对论中至今无精确解的一个方程,我们这些外行真正搞明白是很难的。”连刘慈欣都这样说。
发现引力波这个消息还是同在美国上学的女儿视频通话时得知的。她有着那种人类有了重大发现的喜悦,甚至后悔没有去学物理而学了数学。还说这条新闻在CNN是头条。她这种情绪感染了我,于是开始浏览搜寻引力波。这时距离引力波发现的新闻发布会过去12个小时。
在手机腾讯上看到了引力波的专题,但不是头条。一组文章没读完,再找时遍寻不见。引力波的新闻没在版面上停留24小时,就被各类娱乐新闻取代了。探究欲望没得到满足,还去下载了凤凰新闻,结果连引力波的专题都没有,只好删了。左找右找,才在腾讯科技中又打捞出来。翻看微信朋友圈,仅一两个朋友提了引力波,没有刷爆棚的感觉。于是在朋友圈发出感概,中国人对科学怎么这么不热爱呢?科学精神怎么这么稀薄呢?
很多朋友看到了,不吝进行了科普。引力波的文章不少,很多被娱乐化,能把一个科学命题插科打诨地说得深入浅出,真是高手在民间。一有重大发现,媒体特别爱把它同“中国古已有之”之类连在一起。这一次又把几年前一位下岗工人提到引力波的视频挖掘出来。看了那段视频,毋论这位工人是不是有能力研究引力波,一群公众人物七嘴八舌不让人家把话说完的态度,就很令人愤慨。他们应该懂得“我可以不同意你的观点,但我誓死捍卫你说话的权利”这句话吧。
这件事一时引发了什么是“民间科学家”之争。刘慈欣的观点是:“这就是我与那个下岗工人的区别,不知道就是不知道,不敢乱说。事实上,自学成才产生重大科学发现是个幻觉。看看科学史,基础研究的重大发现都是由经过正统高等教育且拥有很高学历的人做出的,以物理学为例,上世纪有重大发现的科学家都有名牌大学的博士学位。别总举爱迪生的例子,他是发明家不是科学家。”
当然也不乏一些深度思考,比如为什么这次又是美国率先发现了引力波。这次引力波发现美国自然科学基金发挥了很大作用,这可以视作民间资本,并且是非盈利的。对此刘慈欣这么看:“美国的科研机制,特别是基础研究的机制是一个很复杂的问题,我知之不多,不敢信口开河。我国的太空探索我认为应该推进民营化,特别是近地轨道探索的民营化,并努力启动航天市场,但深空探索仍然只能由国家主导。理论物理研究要以强大的实验物理设施做后盾,投入巨大,几乎没有可见的产出,也只能由国家主导,具体怎么做,显然不是我一个写科幻小说的人能想出来的。”
刘慈欣说过,有些后悔没有亲赴雨果奖现场参加颁奖,重要原因是因为他没想到《三体》获奖是由美国宇航员在空间站宣布的!能听到从太空传来获奖的声音,和LIGO的科学家从屏幕上捕捉到引力波,接收到宇宙13亿光年前的讯息,其狂喜程度应该是相当的。
“我们不挑容易的做!”就是为了这一刻,漫长的探索、等待、孤寂也是值得的。世界上值得热爱的事物很多,《三体》、科幻、科学,都是其中之一。
吴言
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