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解读《三体》之六：宇宙闪烁，三体游戏·墨子，三体游戏·伽利略，“空无”
23 Sep 2016
解读《三体》之六：宇宙闪烁，三体游戏·墨子，三体游戏·伽利略，“空无”题图：三日凌空（来源：网络）宇宙闪烁在汪淼讲述了自己对宇宙微波背景辐射的基本了解之后，沙瑞山挥手打断了汪淼的讲述，说：“足够了。那你就应该知道，与我们观测的不同部分的微小不均匀不同，宇宙整体辐射背景波动是随着宇宙的膨胀，在宇宙时间尺度上缓慢变化的，以Planck卫星的精度，直到一百万年后都未必能测出这种变化，你却想在今天晚上发现它百分之五的波动？！知道这意味着什么吗？这意味着整个宇宙像一个坏了的日光灯管那样闪烁！”他认为叶文洁让这样一个外行来观测宇宙的闪烁，简直是开玩笑。但既然是自己老师派来的，他还是要给面子，他说：“既然是叶老师交待的，就观测吧，反正也不费劲，百分之一的精度，用老古董COBE就行了。”沙瑞山说着，在终端上忙活起来，很快屏幕上出现一条平直的绿线，“你看，这就是当前宇宙整体背景辐射的实时数值曲线哦，应该叫直线才对，数值是2.720±0.010K，那个误差是银河系运动产生的多普勒效应，己经滤掉了。如果发生你所说的超过百分之一振幅的波动，这条线就会变红并将波动显示出来。我敢打赌直到世界末日它也是条绿直线，要看到它显现肉眼看得到得变化，可能比看太阳毁灭还要等更长的时间。”沙瑞山提到的多频率效应，在解释红移的时候，已经介绍了，而微波背景辐射的多频率效应是因为整个银河系在微波背景辐射中穿行，但是背离方向上的波长变长，靠近方向的波长变短，扣除这些效应，才可以得到正确的微波背景辐射功率谱。他认为这是绝对不可能观测到的，比看太阳毁灭还要等更长时间，而太阳毁灭至少要等几十亿年。他决定让COBE这个老古董观测就可以了，应为这么大的波动，对精度的要求不高。二人出去一趟，回到实验室是凌晨一点，沙瑞山惊恐地发现，“波动刚刚出现，直线变成了曲线，出现了间隔不一的尖尖的波峰，颜色也变红了，如同一条冬眠后的蛇开始充血蠕动了。”他断定这是COBE出现了故障，而汪淼却很很平静地说这不是故障。沙瑞山调出WMAP和Planck的实时数据，发现“三条曲线在同步波动，一模一样。”沙瑞山调出乌鲁木齐射电观测基地的观测数据，得到的是一样的曲线。没错，“宇宙在闪烁！”这里有一个很大的问题，因为根据故事的设定，这是1969年之后的38年发生的事情，即2007年，在之前介绍Planck卫星时已经说了，Planck卫星不是2007年发射升空的，而是2009年升空的，这是一个无法避免的硬伤。所以完全可以割弃Planck卫星。征得沙瑞山同意后，汪淼打印并译出了其中的含义，是倒计时：。还剩1108小时。也就是说超自然力量控制了微波背景辐射（至少是地球附近的辐射）并将倒计时信息反应在曲线形状上。沙瑞山说：“要想最终证实这一切，其实很简单。宇宙背景辐射这样幅度的波动，已经大到我们能用肉眼觉察的程度。”汪淼说：“你胡说什么？现在是你在违反常识了：背景辐射的波长是7cm，比可见光大了七八个数量级，怎么能看到？”如之前所说，微波背景辐射在各波段都有，只是地球上由于大气的屏蔽以及当初仪器自身的特征，最先观测到7厘米波段的辐射。利用黑体辐射的计算公式，经过非常简单的计算可知，2.7K的微波背景辐射，最强的波段是0.1厘米波段。我们还可以利用黑体辐射公式计算太阳辐射最强的波长，太阳的温度大约为5800K，代入后得到的答案为500纳米，人类可见光范围为400纳米到770纳米之间，500纳米恰好位于这个范围之间，也是人类能够观测的最强的太阳光。我们回到微波背景辐射，虽然它的峰值波长在0.1厘米，但我们还是当只能在7厘米波段上看到吧，毕竟接下来说的是在地球上用眼镜看，而不是在太空中。于是沙瑞山提到要用3K眼镜，这种眼镜可以将7厘米长的微波辐射转化为红光。“这样，观众在夜里藏上这种眼镜，就能亲眼看到宇宙的3K背景辐射，现在，也能看到宇宙闪烁。”最终，汪淼戴上了从天文馆借来的3K眼镜。他抬起头，看到了一个发着暗红色微光的天空，就这样，他看到了宇宙背景辐射，这红光来自于一百多亿年前，是大爆炸的延续，是创世纪的余温。看不到星星。由于可见光波段已被推至不可见，星星应该是一个个黑点，但厘米波的衍射掩没了一切形状和细节。当汪淼的眼睛适应了这一切后，他看到了天空的红光背景在微微闪动，整个太空成一个整体在同步闪烁，仿佛整个宇宙只是一盏风中的孤灯。（原文）在汪淼绝望哭泣时，史强出现了。汪淼感觉找到了依靠。二人到一家小饭店，一起喝酒。交谈中，史强说发现了一个终极定理：“邪乎到家必有鬼。”“我说的‘有鬼’是指没有鬼，是有人在捣鬼。”二人在后来的交谈中，史强还说了句很有意思的话：“还有一个科幻小说征文大赛，最高奖五百万，谁把未来写的最恶心谁就能得奖，然后又砸进去几个亿把那几篇小说拍成电影……”在我看来，《三体》就把未来写得相当恶心啊。史强根据自己的分析，断定敌人很强大，理由是：“这又是一个了不得的现象：所有国家同时保密，而且做的这么严实。我现在可以肯定一点：敌人是个狠角色，上面害怕了！我太熟悉常伟思了，从他那里就能看出来，他是天塌下来都不怕的人，但现在塌下来的可能不止是天了。他们被吓得够呛，他们根本没有信心战胜那个敌人。”但史强并未悲观，他认为：“不过谁都有怕的东西，那个狠角色也有；越厉害的角色，它怕的东西对它就越致命。”这些敌人怕科学家，怕基础科学（根据还原论这的一贯看法，数学不算科学，化学生物不算基础科学，只有物理恰好算基础科学）。但汪淼研究的是纳米，不算基础科学，所以他不理解为何敌人会盯上自己。史强让他不要管倒计时，去打游戏，把游戏打通最好。于是汪淼又开始打《三体》游戏了。三体游戏·墨子这次汪淼在游戏中遇到墨子，书中的奇幻描写这里不再重复。上次汪淼遇到周文王那次，由于三个太阳都与行星远离，文明在极度寒冷中毁灭。墨子（来源：网络）这次相反，银白色的曙光出来之后，以超乎寻常的速度扩展变亮，很快弥漫半个天空，太阳还未升起时，大地就亮如白昼。汪淼向曙光出现的远方看去，发现地平线发出刺眼的强光，并向上弯曲拱起，成一个横贯视野的完美弧形，他很快看出那不是地平线，是日轮的边缘，正在升起的是一颗硕大无比的太阳，眼睛适应了这强光后，地平线仍在原位显现出来，汪淼看到一缕缕黑色的东西在天边升起，在日轮明亮的背景上格外清晰，那是远方燃烧产生的烟雾。金字塔下面，一匹快马从日出方向飞驰而来，扬起的尘埃在大地上划出一道清晰的灰线，人群为其让开了一条路，汪淼听到马上的人在声嘶力竭地大喊：“脱水！脱水！！”（原文）显然，这次太阳与行星非常近，视野中的太阳硕大无比，因此行星上的温度极高，太阳升起时，太阳的弧线让人一开始误以为是地平线，可见太阳在视野中有多么巨大。如此炽热的太阳升起后，迅速烧焦地面上的物体，烟雾升起。巨日已从地平线上升起了一半，占据了半个天空，大地似乎正顺着一堵光辉灿烂的大墙缓缓下沉。汪淼可以清晰地看到太阳表面的细节，火焰的海洋上布满涌浪和旋涡，黑子如幽灵般沿着无规则的路线漂浮，日冕像金色的长袖懒洋洋地舒展着。（原文）巨大的引力导致地球奔向太阳，大地上脱水与没脱水的人们都纷纷被烧死烧成灰。墨子也被烧死了。湖泊也被烧干了。一行红色的字出现：第141号文明在烈焰中毁灭了。该文明进化至东汉层次。文明的种子仍在。她将重新启动。再次开始在三体世界中命运莫测地进化，欢迎您再次登录。（原文）这次文明因为星体混乱运动，与恒星距离过近而毁灭。此后汪淼拜访了叶文洁，叶文洁给他讲了红岸的一些故事，但是把最核心的部分隐瞒了。三体游戏·伽利略告别叶文洁之后，汪淼第三次进入《三体》游戏中。这次，他遇到了伽利略和格里高利教皇。下图为伽利略及其简介。伽利略及其生平与科学贡献简介（来源：网络）他用自己的知识解释了文明毁灭的原因：“其实很简单：太阳的运行之所以没有规律，是因为我们的世界中有三颗太阳，它们在相互引力的作用下，做着无法预测的三体运动、当我们的行星围绕着其中的一颗太阳做稳定运行时，就是恒纪元；当另外一颗或两颗太阳运行到一定距离内，其引力会将行星从它围绕的太阳边夺走，使其在三颗太阳的引力范围内游移不定时，就是乱纪元；一段不确定的时间后，我们的行星再次被某一颗太阳捕获，暂时建立稳定的轨道，恒纪元就又开始了。这是一场宇宙橄榄球赛，运动员是三颗大阳，我们的世界就是球！”这次游戏中，世界在最可怕的“三日凌空”中毁灭。汪淼抬头望去，看到三轮巨大的太阳在天空中围绕着一个看不见的原点缓缓地转动着，像一轮巨大的风扇将死亡之风吹向大地。几乎占据全部天空的三日正在向西移去，很快有一半沉到了地平线之下。“风扇”仍在旋转，一片灿烂的叶片不时划出地平线，给这个已经毁灭的世界带来一次次短暂的日出和日落，日落后灼热的大地发出暗红的光芒，转瞬而来的日出又用平射的强光淹没了一切。三日完全落下之后，大地上升腾的水蒸气形成的浓云仍散射着它的光芒，天空在然烧，呈现出一种令人疯狂的地狱之美。当这毁灭的晚霞最后消失，云层中只有被大地的地狱之火抹上的一层血红时，几行大字出现了：183号文明在“三日凌空”中毁灭了，该文明进化至中世纪层次。漫长的时间后，生命和文明将重新启动，再次开始在三体世界中命运莫测的进化。但在这次文明中，哥白尼成功地揭示了宇宙的基本结构，三体文明将产生第一次飞跃，游戏进入第二级。欢迎您登录第二级《三体》。（原文）显然，这次是因为三个太阳非常靠近，行星又与这三个太阳太靠近，飞星全部变成太阳，将大地瞬间烤焦，由于毁灭性强，需要很长时间才可以恢复文明，因此历史上没有记载。三体问题：魏成的空无汪淼退出游戏后，被史强紧急叫到警局。这里，他遇到了避难的魏成，申玉菲的丈夫。魏成是个数学天才，他对世界的看法并和尚还消极，他对和尚说：“名利于我连浮云都算不上，你庙里那些僧人都比我有更多的凡心。”“长老摇摇头：空不是无，空是一种存在，你得用空这种存在填满自己。这话对我很有启发，后来想想，这根本不是佛家理念，倒像现代的某种物理学理论。”这里说到的“空是一种存在”，像是“现代的某种物理学理论”，这个理论是量子理论，确切说，量子力学与量子场论都有类似的看法。1913年，玻尔提出了氢原子轨道量子化规则，根据这个规则，氢原子中的电子只能处于某些固定的轨道上，具有固定的能量，在某个高能态的电子释放光子后，就会从高能态跃迁到低能态，最低能的态为基态。电子轨道的跃迁（来源：网络）量子场论将物质粒子解释为场的激发态，粒子消失解释为粒子场的基态，基态也有能量，能量大于零。在量子场论中，真空更是“不空”。按照宇宙学理论，即使物质和暗物质全部掏空，宇宙还有大约70%的暗能量，推动宇宙加速膨胀，因此宇宙不可能空。下图为暗能量使宇宙加速膨胀的示意图。图中的big bang 表示大爆炸，大爆炸之后，宇宙开始膨胀，此时物质的引力作用大于暗能量的排斥作用，宇宙减速膨胀（图中的“slowing expanding”）。到了大约几十亿年后，暗能量的排斥作用超过引力的吸引作用，宇宙开始加速膨胀（图中的“accelerating expanding”）。这个结果首先通过观测遥远的超新星而确定出来（关于超新星，我之前的一篇《如何在十岁前发现超新星》有过简介）。图中的“farthest supernova”就是“最遥远的超新星”。这个结果在年由两个小组分别公布，引起了物理学界、宇宙学界与天文学界的强烈震撼。两个小组的三个领头人获得了2011年度的诺贝尔物理学奖。暗能量导致宇宙加速膨胀（来源：wiki，dark energy 词条）暗能量至今未被任何理论解释，但它有一个非常特殊的性质：无论空间如何膨胀，它的密度不变。而一定数量的物质放在空间中，随着空间膨胀，物质的平均密度会降低。正因为这个原因，空间膨胀导致暗能量越来越占优势，最终超过物质与暗物质的力量，此后，这个优势将更大，宇宙将更加加速膨胀。我们回到魏成的经历。魏成于是开始冥想，他想象两个物体的运动，“如果有初始运动且不相撞，它们就会在各自引力作用下相互围绕着对方旋转，不管你怎样初始化，那旋转最后都会固定下来，永远不变，死亡的舞蹈。”这就是上面已经讨论过的“二体运动问题”。然后魏成引入了第三个球，情况马上变得非常复杂，令魏成震惊：“前面说过，任何图形在我的意识深处都是数字化的，前面的无球、一球和二球宇宙表现为一条或寥寥几条描述它的方程，像几片晚秋的落叶。但这第三个球体是点上了‘空’之睛的龙，三球宇宙一下子变得复杂起来，三个被赋予了初始运动的球体在太空中进行着复杂的、似乎永不重复的运动，描述方程如暴雨般涌现，无休无止。我就这样进入梦乡，三球在梦中一直舞蹈着，无规律的永不重复的舞蹈。但在我的意识深处，这舞蹈是有节奏的，只是重复的周期无限长而已，这让我着迷，我要描述出这个周期的一部分或全部。”全书首次切入到“三体运动”的问题。魏成说：“我第一次享受到了数学的乐趣，三体问题的物理原理很单纯，其实是一个数学问题。这时，我就像一个半生寻花问柳的放荡者突然感受到了爱情。”和尚说他找到了空。没错，他悟出空的含义，成为“悟空”了。与三体运动有关的内容，接下来会详细讨论。
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ABOUT THE AUTHOR
博士生（PhD candidate）
一个在加州大学伯克利分校（UC Berkeley）天文系游荡的天体物理学研究者。主要研究方向：超新星的能源机制，伽玛暴与超新星成协。已在美国 The Astrophysical Journal（《天体物理学杂志》，ApJ，影响因子为 5.993）发表 8 篇研究论文（ 3 篇为第一作者，3 篇为第二作者，2 篇为第四作者），在 Advances in Astronomy（《天文学进展》，影子因子为 1.66）发表 1 篇综述论文（第二作者），在中国 Chinese Astronomy and Astrophysics （《中国天文与天体物理》）发表两篇综述论文（均为第一作者）。在《科学世界》等杂志发表多篇科普和科学史文章。
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