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如何理解《三體》中用逃逸速度解釋『』低光速黑域永無法脫離『』 這一個理論?

人總是不知道自己不知道的東西,

無知可以但要謙遜。

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用達不到逃逸速度來解釋不能離開低光速黑域,

應該是誤解了高中物理知識。

那幾個宇宙速度指無需額外做功的發射速度。

如果可以持續做功的話, 不管速度多慢, 逃出銀河系都可以。

而且隨著距離的增加,逃逸速度是遞減的。

這個硬傷原本是最巧妙和精彩的構思,涉及到整本書最重要的幾個核心,

幸好大部分人對這一知識想當然的不會深究。

看科幻的正確方式就是為其洗地 +1

請問有辦法可以彌補這個問題,正確解釋「低光速黑域無法脫離」嗎?

安全聲明還能構造的出嗎?

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3.23

1、參考 劉慈欣的作品有哪些硬傷? - 科學 這個問題下

一成,金庸腦殘粉

答案下的討論。

2、關於 「看科幻的正確方式就是為其洗地」 並無貶義,

意思是:對於原著中可能存在的各種bug,給予更合理的進一步科學解釋,令其不再成為原著的bug,使原著更完善。

參考 2014 年的電影《星際穿越》中有哪些科學上的錯誤? - 科幻電影

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3.24

發現了一個還算合理的解釋,

按照三體中描述,並不是憑空改變了真空光速常數,

而是在改變空間曲率時附帶改變了光速,

空間曲率的改變才是主要的,

至於怎麼改變的,可能有很多方法,比如黑洞就是靠質量暴力改變的。

空間扭曲到整個空間都被封閉,就出不去了(這時能否進的去呢?)

這個和速度沒什麼關係了。


題主某些話說的太不中聽了,當自己發現一個從未被人提及的問題便迫不及待昭告天下,殊不知走入了思維定勢。

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這是高中物理範疇之內的知識。

那幾個宇宙速度指無需額外做功的初速度。 不超過第一宇宙速度,

扔出去的石頭總會落地。

但是如果可以持續做功的話,

不管速度多慢,

逃出銀河系都可以。

到這裡為止題主說的是沒有問題的。

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《三體》把黑域描述的像是有一個邊界面, 邊界裡面東西的永遠出不來,

這太扯了吧。

我慢慢走怎麼就走不過去了…

覺得這個太扯為什麼不想想為什麼黑洞視界里的東西永遠出不來呢。

逃逸速度怎麼來的?

GmM/r^2=mV^2/r,V等於根號下GM/r就是逃逸速度。

黑洞的M很大沒人知道上限,r有很小沒人知道下限。所以V近乎是個天文數字,在我們的宇宙中大於這個宇宙的光速。所以視界中一片黑暗。我慢慢走怎麼就走不過去了…這句話的回答就是你再如何慢慢走也達不到黑洞的逃逸速度。

在大劉構思的科技中,將某個區域(太陽系)的光速降低,其實應該理解為能達到的最大速度降低,降低到小於太陽的逃逸速度,我慢慢走在這個區域內還真就走不到這個速度。因此在太陽系外看來這片區域就是跟黑洞一樣。

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下面點草這幾句話

這個硬傷涉及到整本書最重要的幾個核心,

幸好大部分人對這一知識想當然的不會深究。

恩,只是大部分人會保持謙卑,向三體同好請教。另外我也不認為這是三體的核心,不過是一個巧妙的構思。

看科幻的正確方式就是為其洗地 +1

你這還是好好來問問題的態度?別人跟你討論就是洗地?

請問有辦法可以彌補這個問題嗎?

有,多讀書。這問題還真不用扯到相對論效應。初中生都知道光速無法達到,高中生知道黑洞的形成原理是逃逸速度無限大的一抓一大把。

安全聲明還能構造的出嗎?

你如果只好好問這一個問題,我一點噴點都找不到。 @黑fate說的沒錯,三體的核心應該是 不要傲慢。建議修改題目為如何理解三體中「低光速黑域永遠無法脫離」這一設定?

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另外其實我不是很懂為什麼黑洞能夠以脈衝形式向外噴射粒子或輻射。理論上沒東西能夠逃逸,希望知友解惑一下。

(以上是原答案)

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OK下面我還是說明下為什麼在我看來黑域理論能夠說得通。

首先是為什麼黑域可以用黑洞來類比的關係,大家都知道萬有引力常數,普朗克常數,光速也是常數,那有沒有想過為什麼在我們的宇宙中,這些常數偏偏不是別的大小?

有些理論認為存在無數平行宇宙,在混沌初期這些常數隨機的,不同的平行宇宙的理論體系也不一樣,我們恰巧生活了在一個常數恆定演變溫和的宇宙中,我們要做的是去研究這個宇宙的常數。

也有些理論認為本宇宙前有無數個宇宙,因為常數體系的無法自洽爆炸著爆炸著又坍縮回奇點,又是一個新的混沌的開始,恰巧本宇宙常數體系相對自洽而存在了137億年。

所以光速常數不一樣是有可能的,也許在另一個平行宇宙,由於光速太小而處處都是黑洞。

為什麼這麼說呢,黑洞的定義首先來源於黑字,那麼說白點,就是連光也逃逸不了的區域嘛。在三體的設定中,光速常數降到極低的時候,其實就是一個人造黑洞,就好比另一個宇宙處處存在的上帝造的黑洞。為什麼,因為光就是無法從視界中跑出來,就是黑的嘛,有質量的物體不可能達到光速,就更不可能跑出來了嘛。只不過常識中人們總覺得C&另外是持續做功的問題,隨著高度增加逃逸速度遞減是沒錯。問題是在視界範圍內,你想逃逸就必須突破光速,航天器在地球表面不還得先做三級火箭推進達到地球的逃逸速度么,但是在這個人造的黑域內,明明光速就無法達到啊。就是相對論質量=靜止質量/根號下1-(V/C)^2。

當然又牽扯到這個黑域中相對論效應是否成立的問題,這也就是前面為什麼要提到有些平行宇宙、本宇宙之前的宇宙由於內部系統不相適應而消亡。也許在人造黑域中理論無法自洽而使得安全聲明無法實現,但這並不是「低光速黑域永遠無法脫離」是嚴重的常識性錯誤導致的。

至少假設相對論效應及其他理論成立能使得我的上述邏輯一步步推導下來,也就是「低光速黑域永遠無法脫離」是成立的,讓我不再糾結於這個設定,而有富餘的腦細胞去思考更深層次的問題(難道不應該是黑暗森林么不是么。。討論黑洞對我生存競爭有半毛錢作用啊)。

另外還得說一句,不是什麼此時地球移動速度接近光速才需要考慮相對論效應,不論什麼參照系都無法超過光速是肯定的。因為相對論效應就在那裡,不管你考慮不考慮。


謝邀~

先說結論:『』低光速黑域永無法脫離『』這個不是bug,但從第一第二宇宙速度來進行解釋是錯誤的。

題主所說的慢慢走也可以脫離地球、太陽系、銀河系沒有問題,一般所說的第一第二第三宇宙速度是指某飛行器不再有動力後想要徹底離開某引力源最低需要達到的速度,如果你一直有動力源,比如等離子引擎,那麼你是可以想離開地球多遠都可以的。大劉用此來解釋「黑域永無法脫離『』」是錯誤的。以上都是在牛頓引力論框架下的討論,但我們現在已經知道它與真實世界是有較大偏離的。

而由精確度比較高的廣義相對論模型,如果光速很低的話,那麼形成黑洞的臨界半徑就會很大,換言之,小說中的人物一下子已經生活在黑洞(正在形成)內部了。對於時空奇點(黑洞),在它附近時空是如此扭曲,使得如果你想略微離開一點的話只有超光速才能辦到。換句話說,只要你進入事件視界的半徑以內,那麼你的墜落是不可阻擋的,除非你能超光速,並且你的時鐘對於黑洞以外的人來說已經完全靜止了(注意是完全),是時間的終點(對於黑洞之外的人)。小說中的人物應該是生存於正在形成的黑洞,因此事情可能沒這麼簡單,而是有一個逐漸封閉隔絕的過程,直到你徹底無法逃出。如果你不好理解,那麼你要記住我們生存的宇宙的時空不是歐幾里得平直時空,勾股定律不是精確成立的,時間不是獨立於空間之外的,特別是在黑洞附近。總之,『』低光速黑域永無法脫離『』基本沒有問題,更沒有硬傷。另外由於量子效應,黑洞還是有可能向外界透露一些信息的,這是現代理論物理的前沿,對於理解我們的宇宙是如何誕生的至關重要,這裡就不展開了。

其他地方大劉的理解還是有一點小問題的,光速變慢以後,生物體也受制於分子信號的傳導同樣也會變慢,因此人是不會感覺到世界變慢的,因為大家都慢了,標準時鐘也慢了,所有的都慢了,相當於都沒慢。而光速變慢真正能造成的影響應該是非常顯著的量子效應和相對論效應,甚至可能導致原子甚至質子的解體。具體的我還在想,這個真是很有意思。

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剛簡單算了下,如果按照大劉書中給的光速值的話,人體自己就會塌縮成黑洞了~


+

沒耐心看完您所有文字,但是,單純從其中一個您提及的片段

《三體》把黑域描述的像是有一個邊界面, 邊界裡面東西的永遠出不來,

這太扯了吧。

我慢慢走怎麼就走不過去了…

這點對於物理學來說是完全可以想像的,最典型莫過於 Anti-de Sitter 時空, 這就是高維歐氏空間中挖出來的負曲率超曲面, 它就是有邊界, 但"裡面"的東西永遠出不來.

+


先佔個地方,等我有空了算一算。這東西必須用廣義相對論(忽略更基礎的東西如光速改變對電磁作用和強弱相互作用帶來的影響),其他人的回答都是空口無憑。順便說一句,我是學數學的,搞引力的人可能都不屑於回答這類問題。

【更新】

先來掰扯一下"內部沒有時空奇點"的問題. 這一點根據劉慈欣的設定是不可能保證的. 假如我們忽略"低光速黑洞"內部的所有其它物理效應--所以一切粒子的質量不會變, 萬有引力常數不會變, 電磁作用和強弱作用不會因為光速值變化而發生變化--那麼就會發現這不過是一個將物理常數c改變了一下的廣義相對論而已. 注意, 如果裡面的人還想要正常生活, 那麼這樣的假設都是十分合理的.

據此我們可以計算一下太陽在c=16.7km/s之下的Schwarzchild半徑; 實際上只需要把光速rescale一下就能得到結論, 因為廣義相對論在這兒照樣可以應用(Einstein方程沒變, 近似為球對稱之後也還是Schwarzchild外解). 這時太陽的Schwarzchild半徑是968,123,632 km. 現在的太陽半徑只有695,500km, 所以要是光速降到16.7km/s, 那麼太陽本身都不可避免地要開始引力坍縮, 而成為一個黑洞. 對於行星來講就更是如此.

而且實際問題比前面(單純地依據Schwarzchild真空解計算半徑)而導出的"太陽坍縮"更加嚴重. 恆星的相對論流體力學會給出它的質量以一個上限. 具體推導這裡省略, 只說結果: 對於質量為M, 半徑為R的靜態球對稱恆星, 只要它能穩定存在, 那麼必定有

frac{GM}{c^2R}<frac{4}{9}.

帶入目前的數據(太陽質量大概是2	imes10^{30}kg, 半徑取7	imes10^5km, 光速為16.7km/s, 萬有引力常數不變), 則會發現得到的結果遠遠地超過了4/9(這個數的數量級大概是一百). 所以, 假如說只改變光速, 那麼太陽連穩定存在都不可能了. 為了讓太陽依舊能穩定存在(也為了不發生引力坍縮), 必須得要改變萬有引力常數的值--最少要讓它變小几百倍. 這種情況下的重力會怎麼改變, 人們的生活會發生什麼變化, 無需我多說了.

所以為了討論逃逸的可能性, 我們不得不強行假設前面的問題通通不是問題. 這個時候的圖景無疑很清晰: 黑洞中的任何粒子都不可能以經典的方式離開黑洞內部. 為了解釋, 首先需要澄清一種誤解:

相對論中所謂"速度不能超過光速"的精確含義是: 粒子的世界線在時空中是類時曲線(其切向量依時空度規衡量是類時的).不論粒子如何進行加速, 其世界線都永遠是類時的.

這樣, 根據事件視界附近類光測地線的動力學性質, 任何類時曲線都必定是內向的. 換言之, 不論內部的粒子以何種方式運動, 它都永遠不可能穿越事件視界.

具體的推導必須要使用內向Eddington坐標. 回憶一下Schwarzchild解的表達式(自然單位制, 所以這裡G=c=1):

ds^2=-left(1-frac{2M}{r}
ight)dt^2+left(1-frac{2M}{r}
ight)^{-1}dr^2+r^2dOmega.

既然問題都出現在t和r上, 後面的球面度規就不用管了, 可以只保留前兩項. 在內向Eddington坐標之下, 前兩項化成

ds.

再換一下坐標	ilde{t}=v-r, 則可寫

ds.

據此表達式解出的類光測地線滿足微分方程:

frac{d	ilde{t}}{dr}=frac{r+2M}{r-2M}.

	ilde{t}-r時空圖中的類光測地線的表現可見wiki頁面:

Eddington–Finkelstein_coordinates

大致描述一下, 就是類光曲線統統都是向內的, 一旦穿過事件視界的邊界就不可能再回去. 從而, 由於類時曲線必須要呆在每點的光錐之內, 類時曲線也必須都是內向的, 不可能超過事件視界的邊界. 用坐標語言寫出來, 就是它的r坐標永遠不可能超過2GM/c^2, 換句話說, 永遠呆在Schwarzchild半徑的裡面.

那種"慢慢加速脫離地球"的討論在這裡不適用. 因為黑洞並非是單純地"逃逸速度高於光速". 時空的結構使得任何類時曲線(從而任何粒子)都無法脫離事件視界內部(它是一個時空區域).

這似乎很符合劉慈欣的設定. 但是黑洞的內部必定有時空奇點, 所有粒子最終都一定會碰上奇點. 黑洞內部的人們是無論如何沒辦法生存的.

最後, "改變了曲率從而改變了光速"更是不符合廣義相對論的. 在廣義相對論中, 曲率由Einstein方程描述:

mathrm{Ric}(g)-frac{1}{2}R(g)g=T.

要是按照國際單位制寫出來的話, 光速和萬有引力常數都出現在右邊的能動張量項中.

劉慈欣誤解了廣義相對論, 也誤解了超弦理論的結論. 三體中反覆地提到"空間存在曲率", 但符合廣義相對論的說法應該是"時空存在曲率". 一個用詞的差別, 含義完全不同. 廣義相對論中, 時間和空間是統一為時空(一個Lorentz流形)的. 另外所謂"我們的空間是三維, 剩下七維蜷縮起來"不符合超弦理論的預言. 超弦理論中, 有四個宏觀的維度(就是四維時空), 而六個微觀維度蜷縮成為一個Calabi-Yau流形(一個關於這種東西存在性的描述參見我的一個答案http://www.zhihu.com/question/24239308/answer/31278094, 也就是目前排名第一的回答. 但是在那裡我沒有寫到其具體性質).

另外這問題裡面的"時空捲曲成了封閉的, 所以出不來"也是不對的. 我已經沒什麼耐心再解釋下去, 因為要涉及到不少的微分幾何, 我懷疑這裡根本沒人看得懂.

最後, &<三體&>中有不少自然科學和社會科學(things just don"t happen that way)的硬傷, 文學性(人物刻畫, 故事情節等等)上也很有欠缺, 但這些不妨礙它為我們提供一種全新的視角, 來考慮一些可能同我們每個人都相關的終極問題.

為&<三體&>挑錯還真是一個累活, 因為還要動筆算. 作為學純數學的表示很煩這種具體的數值計算. 以及沒有相應的數學和物理基礎, 還是不要隨便討論這種話題的好, 因為越說越暈. 這就是我不喜歡Hawking這個人的原因: 不做研究了就跑出來寫拙劣的科普書嘩眾取寵, 忽悠得很多人都不好好做自己該做的事情, 整天去想一些不著邊際的問題.


第四段…引力再不能看成是一種力了。巨大的引力將會使路徑偏移。

這種情況下,不能再使用普通的動能方程了。

我們的地球在那個時候已經相當於太陽…整個二位空間開始扭曲

見倒數第三段

此外…希望能把問題修改一下…

這並不是常識性硬傷…

如果你看完了整部三體

我從三體中獲得的最大的感悟~不要傲慢


樓主忽略了相對論

又仔細想了想發現好像樓主只是錯誤理解了逃逸速度,手機不方便之後上答案


沒記錯黑域應該是一個保護太陽系的設想,那麼它的逃逸應照著第三宇宙速度來,可是問題來了。

第三宇宙速度是在非相對論效應下計算而來,《三體》語境中是討論相對論的,要知道此時任何接近第三宇宙速度,也即新光速的物體都有明顯的質量膨脹,他們的逃逸速度沒有這麼簡單。

不過想想「黑域」確實有問題,可惜不是題主想的那樣簡單,還有這種自信而又完全不能說服別人的語氣是要出問題的。


史瓦西半徑的原理你可以搜一下。黑域中光速降低,史瓦西半徑擴大,覆蓋整個恆星系。

在黑域中任何未來光錐都不會往黑域外延伸,和黑洞中一樣。

但這裡我覺得還是存在問題,雖然不一定算bug。

黑域的要求是光速改變,這裡就涉及到修改廣義相對論。然而史瓦西半徑又是在廣義相對論下推出來的。

也就是說其實還是缺乏理論來支撐黑域的設定。


看了題主的問答,總算讓我長出了一口悶氣。所謂上帝的歸上帝,凱撒的歸凱撒,那麼科學的歸科學,科幻的歸科幻。無論黑域也好,低光速黑洞也好有多少科幻的美感,也不能抵消用逃逸速度來解釋星系飛行上的科學常識錯誤。就這點來說,三體可以算作瑕瑜互現吧


答主沒看懂原著


這個應該不能用逃逸速度來解釋吧,而且大劉在書中也有用漩渦來解釋這種現象,就像你在漩渦中慢慢划船,那你能划出漩渦嗎?


呼叫三體物理學家~


慢慢走是可以出去,但是慢到一定程度相對於外部時空黑域里的研究對象就是無限接近靜止了,與外部時空是脫離的,甚至等到後文的大宇宙返回十維了,研究對象才能脫離黑域。


不學物理好多年

個人理解具體的黑域內部的表現可以參考黑洞

小說里提到的黑域來發布安全聲明只是大劉概念化的一個「名詞」

沒記錯的話小說里提到過黑洞對於宇宙中的其他文明來說就是一個「最安全的地方」

另外黑域這個本身就是一個BUG的設定,小說里也說了要實現黑域的可能性微乎其微,難度和造個黑洞差不多,所以只能理解成是小說中的一種理論上的解,是無法實現的

另外,小說中當時人類的技術也只能勉強達到10%左右的光速,能做到光速飛行對當時來說已經是幾乎不可能的事情了

那麼在黑域里,計算機的運行速度都要減慢,想要飛行器達到超光速的難度比做到光速飛行就要難N倍


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