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大羿射日&三体问题:量子世界的花果山

时间:2023-09-17 理论教育 版权反馈
【摘要】:“三体文明”所面临的生存窘境是基于天体力学中的基本模型——“三体问题”而构设的,即探究三个质量、初始位置和初始速度都为任意的可视为质点的天体,相互之间在万有引力作用下的运动规律问题。现在已知其不能精确求解,即无法预测所有“三体问题”的数学情景,只有几种特殊情况已研究。在刘慈欣先生创作《三体》时,尚未发现在半人马座α星有行星存在。

大羿射日&三体问题:量子世界的花果山

据学者考证,古本的《山海经》里曾经记载了羿射日的传说,但今本不存,而且其中所记载的羿并非通常所认为的后羿,而是大羿。前者是夏太康时期人物,后者则生活于帝尧时代。《淮南子·本经训》中,以古本《山海经》为蓝本,对这一传说做了总结:

“逮至尧之时,十日并出。焦禾稼,杀草木,而民无所食。猰貐、凿齿、九婴、大风、封豨、修蛇皆为民害。尧乃使羿诛凿齿于畴华之野,杀九婴于凶水之上,缴大风于青邱之泽,上射十日,而下杀猰貐,断修蛇于洞庭,禽封豨于桑林。万民皆喜,置尧以为天子。”

其大体意思是说:在尧的时候,天空出现十个太阳,因此禾苗草木枯焦。于是尧命羿射落其中的九个,从此大地上风调雨顺,万民乐业。

刘慈欣先生所著的科幻小说《三体》,以距离太阳系最近的恒星半人马座α星为故事背景,描述了居于该恒星系统一颗行星上的“三体文明”所经历的,等同于传说中我国古代先民所经历的生存窘境:受三颗无规则运行的恒星——“太阳”影响,该文明历经两百余次毁灭与重生,被迫另觅适宜的生存地,目标则为地球,进而两个文明激烈碰撞、相互绞杀、艰难求存,铺陈了一幅跨度达1800多万年的,关于地球、太阳系、银河系,乃至宇宙毁灭的末世图景。

如同古代传说和小说中所记述的那样,一颗行星围绕着多个“太阳”运行的情况其实是宇宙中的常态。根据天文学研究结果,银河系主要由恒星组成,在其可见区域中包括不少于2.19亿颗恒星。这些恒星常常聚集成团,有的是两颗星聚在一起形成双星;有的是三颗聚在一起成为三合星,或者是三颗以上聚在一起形成聚星。比如说半人马座α星就是一颗三合星,由A星、B星和C星组成;还有的是由几十颗、成百上千颗,甚至几万、几十万颗恒星聚集成星团。像太阳系这种只有一颗恒星的系统是较为少见的。

这些双星、聚星、星团作为一个个单元,既围绕着它们的共同重心旋转,同时与单独存在的恒星一样,还围绕着银心公转,不同的恒星系统,其运行轨迹差异巨大:如果是双星系统,其被赋予初始运动后,两颗恒星会在各自引力的作用下,相互围绕着对方旋转,最终运行轨迹会固定下来。如果该恒星系统中有行星的话,它可能会绕着相隔非常近的两颗恒星一起旋转,也有可能绕着间隔很开的双星当中的一颗恒星旋转;如果是三合星或者聚星、星团,其被赋予初始运动以后,则会进行复杂的、毫无规律可言,因而也无法预测其轨迹的运动。如果该恒星系统存在行星,则其运行轨迹会随之多变,温度也会因受多个“太阳”的影响而剧烈变化。

比如说在刘慈欣先生构设的“三体文明”中,有时行星会围绕一个“太阳”旋转,此时气温相对恒定,被称为“恒纪元”;当另外一个或两个“太阳”运行到一定距离内,其引力会将行星从它围绕的“太阳”夺走,使其在三个“太阳”的引力范围内游移不定,此时就称为“乱纪元”;再经过一段不确定的时间后,行星会再次被某一个“太阳”捕获,暂时建立稳定的轨道,重新进入“恒纪元”,如此周而复始。因此三体行星时而面临严寒,时而经受酷热,时而化为焦土,无遮蔽的一切生命将灰飞烟灭。该文明就在“恒纪元”与“乱纪元”的交错中历经毁灭与重生的两百余次轮回。(www.xing528.com)

“三体文明”所面临的生存窘境是基于天体力学中的基本模型——“三体问题”而构设的,即探究三个质量、初始位置和初始速度都为任意的可视为质点的天体,相互之间在万有引力作用下的运动规律问题。现在已知其不能精确求解,即无法预测所有“三体问题”的数学情景,只有几种特殊情况已研究。在刘慈欣先生创作《三体》时,尚未发现在半人马座α星有行星存在。但有报道称,2014年欧洲科学家曾发现半人马座α星有一颗质量与地球相近的行星,命名为半人马座α星Bb。如果这颗行星上真的有文明存在的话,那么其无疑将面临小说中那样的生存窘境。

根据《山海经》中的记载,先民们时时看到“十日并出”。按照天文学理论推断,这其实是不可能的。因为十颗恒星组成的聚星,其运行轨迹更为复杂,应该会有在不同时段看到一个至十个太阳的多种可能。先民们所面临的其实是“十体问题”,即在三维空间中给定十个质点,如果在它们之间只有万有引力的作用,那么在给定它们的初始位置和速度的条件下,求解它们会怎样运动。可以肯定地说,十体的运行轨迹远较三体运动复杂,遑论星团的N体运动。

汉代《嫦娥奔月画像石》(画中嫦娥人首蛇身,左侧圆形示月亮,内有蟾蜍图案)

根据古代传说,在大羿射落九日之后尚有嫦娥奔月的余波。这一记载最早见于《淮南子·览冥训》:“譬若羿请不死之药于西王母,姮娥窃以奔月,怅然有丧,无以续之。”嫦娥是中国上古时期神话中的人物,传说中是三皇五帝之一帝喾(天帝帝俊)的女儿,也是大羿的妻子。其本称为姮娥,因西汉时为避汉文帝刘恒的讳而改称嫦娥,又作常娥。这一记载是中国,也极有可能是世界上最早的关于人类离开母星,移居外星球这一愿望的表达。

颇有意味的是,中国古代先民虽然已经通过想象完成了移居外星球的“思维准备”,但在《山海经》中面对生存窘境,却未表达出如“三体文明”那样选择逃离母星的愿望,而是基于对力量的崇拜,摹想出射落九日的情节。这虽然并不现实,但无疑彰显了无比瑰奇的想象力以及挑战自然的非凡勇气。

(本文发表于《中国科学报》2016年2月5日)

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