三颗恒星的轨道可能非常混乱,以至于不可能精确计算出恒星的未来轨迹。这就是 Netflix 热播剧集名称背后的真正科学,3 身体问题这部科幻剧的大部分情节都基于各种其他物理概念。但为了配合剧情,一些科学理论被运用到了难以置信的程度——甚至在物理上是不可能的程度。
要了解什么是真实的,什么是虚构的,科学新闻与巴黎国家科学研究院和加州劳伦斯伯克利国家实验室的宇宙学家 Jacques Delabrouille 进行了交谈。
还没有观看的观众请注意:以下内容涉及剧透。
物理学中的三体问题是什么?
对于两个相互绕转的物体,科学家可以精确预测它们未来的位置和速度。但对于三个或更多相互绕转的物体,运动可能会很混乱。这意味着结果非常敏感地取决于这三个物体的初始位置和速度,以至于未来不可预测(日期:4/6/20)。
在3 身体问题,一个名为 San-Ti 的外星种族居住在距离地球四光年的三星系统中的一颗行星上。恒星不可预测的轨道导致了“稳定”和“混乱”的时代。混乱的时代会破坏星球的气候,摧毁整个文明。
事实上,距离太阳最近的恒星系统——半人马座——确实有三颗恒星,甚至行星距离地球约四光年(日期: 8/24/16)但该系统并不混乱。两颗较大的恒星彼此靠近运行,一颗质量较小的恒星在较远的地方绕它们运行。“这个特殊的系统有一个相当稳定的解决方案,”德拉布罗伊尔说。
然而,对于一个假设的三颗恒星确实在混乱中绕轨道运行的系统,行星可能不会存活太久,德拉布罗伊尔说。“最有可能发生的事情是,行星要么落入其中一颗恒星,要么被弹出。”
量子纠缠能实现即时通信吗?
在剧中,三体人能够操控地球上发生的事件,从远处控制视频屏幕和粒子物理实验,甚至让星星看起来闪烁。这些能力是通过智子来解释的,剧中智子被描述为质子大小的超级计算机。
节目解释说,单个质子可以成为超级计算机,因为 San-Ti 利用了额外维度。额外维度是一个真实的物理学概念:例如,在弦理论中,科学家提出有 10 个或更多维度,而不仅仅是我们所知的三个空间维度和一个时间维度。但是,Delabrouille 指出,那些额外的维度必须很小(日期:10/5/18)。在该系列中,额外维度展开到巨大的尺寸,使得计算机能够被刻在质子上。“这完全是科幻小说,”德拉布罗伊尔说。
另一个令人费解的问题:San-Ti 加速智子,将它们送往地球,但没有解释智子如何减速并毫发无损地到达地球大气层。来自太空的高速质子定期撞击地球大气层;它们被称为宇宙射线(日期:11/23/23)。当这些宇宙射线到达时,它们会以粒子流的形式消失。同样,智子“会撞击大气层并解体”,德拉布罗伊尔说。
更重要的是,智子可以以比光速更快的速度向 San-Ti 传递信息。节目中对此进行了解释量子纠缠? 物理学的一个真实特征经常被科幻小说作者滥用(日期: 10/4/22)。纠缠粒子具有相互关联的属性。测量一个纠缠粒子,你就能知道它的配对粒子会给出什么结果,即使两个粒子相隔数光年。
但物理学家们对一件事非常清楚:量子纠缠无法传递信息。每次测量纠缠粒子都会产生随机结果。因此,德拉布罗伊尔说,“我们能做的最好的事情就是进行测量,得到随机数,然后在另一边——他们也会得到随机数。”
核爆炸可以为太空探测器提供动力吗?
随着 San-Ti 号飞速驶向地球,预计 400 年后抵达地球,人类派出探测器迎接它。为了让探测器达到光速的 1% 左右,团队决定进行一系列核爆炸,精心安排时间,以便在探测器经过时捕捉到它的辐射帆。
德拉布罗伊尔说,这些数字是可以计算出来的,但每次爆炸的效率会很小——每次爆炸的大部分能量都会流失到太空中,不会用于推动探测器。“我认为这有点乐观,”他说。
德拉布罗伊尔说,剧中还有许多其他场景,虽然基于真实科学,但最终却不可信。纳米纤维可以制造令人印象深刻材料,例如(日期:1/10/18)但单个的导弹无法击穿一艘船。科学家们曾尝试向外星人发送信息但太阳不会放大人类发射的无线电信号(日期:2/24/23)。德拉布罗伊尔说,如果三颗恒星排成一线,一支军队就不会飘离圣蒂母星。要将军队飘离母星需要巨大的潮汐力,这股潮汐力会撕裂整个星球。
尽管科学上有所突破,德拉布罗伊尔表示他喜欢这部电视剧和它所改编的小说。“它非常富有想象力,我喜欢这一点,”他说。“它让我思考:‘这合理吗?这可能吗?’然后你不得不思考为什么这是不可能的,所以即使从这个方面来看,它也很有趣。”