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《三体》中的物理知识:引力波与多元宇宙

来源:北京日报 | 时间:2015-09-02 13:40:26 | 阅读:101 |  标签: 三体   | 分享到:

8月23日,我国著名科幻作家刘慈欣的小说《三体》,荣获2015年科幻文坛大奖“雨果奖”,这被称为科幻文学界的诺贝尔奖,也是亚洲作家首次获此殊荣。在科幻小说《三体》中,用到了大量的物理学设定。我国著名物理学家、科普作家李淼先生在不久前出版的《三体中的物理学》一书中,对这些知识做了深入浅出的生动讲解。虽然有些内容不乏艰涩,很烧脑洞,但其中自然科学知识的ABC,作为生活在现代社会的读者来说也很有必要了解。

《三体》中的物理知识:引力波与多元宇宙

黑洞

作为天体物理学家,叶文洁对核武器十分敏感,她知道这是恒星才具有的力量。她更清楚,宇宙中还有更可怕的力量,有黑洞,有反物质,等等,与那些力量相比,热核炸弹不过是一支温柔的蜡烛。——《三体》

拉普拉斯根据牛顿的万有引力理论,推测黑洞是存在的。拉普拉斯的黑洞很好理解,我们知道,在地球表面发射火箭,如果初始速度不够大,不论火箭飞多远,最终还会落回到地球上。如果速度再大一点,例如超过7.9千米每秒,火箭就会越飞越远,永远逃离地球。对于宇宙中的每个质量点而言,都可以计算逃逸速度,质量越大,距离质量中心的距离越近,逃逸速度就越大。如果我们将地球的质量压缩到一个更小的球体中,地球表面的逃逸速度就会增大,因为万有引力变强了。拉普拉斯发现,如果这个质量点的半径足够小,逃逸速度就达到光速,因为没有任何速度大过光速,故而所有物体都不可能逃脱这个质量吸引。不论它飞多远,最终都会落回来,或绕这个质量公转,这就是拉普拉斯的黑洞。

史瓦西先生发现,黑洞是爱因斯坦理论的一个自然结果。在其去世的前一年,也是爱因斯坦发现广义相对论的几个月后,他发现了爱因斯坦理论中的第一个严格解。在一个由中心质量造成的弯曲时空中,越靠近中心的钟走得越慢,到了一个固定的边界,时钟走得无限慢,也就是说,如果我们站在外面看这个边界上的钟,它的秒针几乎不动。这个边界就是著名的黑洞视界。在这个边界上,光也无法逃逸。为什么光无法逃逸呢?很简单,尽管光速很大,但时间变得太慢了,对于我们的一个小时甚至一年,那里的时间几乎没有变,当然光在我们看来也就没有走了。

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