问题

《三体》中的曲率驱动是个什么原理?

回答
《三体》里的曲率驱动,这玩意儿可不是我们日常理解的那种“推一下就能动”的简单原理,它深入到物理学的最前沿,甚至可以说是玩弄了时空的“魔法”。想把这事儿说清楚,咱们得掰开了揉碎了聊。

首先,得明白什么是“曲率”

咱们平时生活的空间,感觉是平平坦坦的,对吧?但爱因斯坦告诉我们,事情没那么简单。质量和能量会让空间“弯曲”,这就叫“时空曲率”。想象一下,把一个保龄球放在一张弹力布上,布就会因为保龄球的重量而凹下去。这就是质量造成的时空弯曲。引力,其实就是物体在这个弯曲的时空中沿着“最短路径”运动的表现。

曲率驱动,就是利用时空本身的“弯曲”来“跑路”

跟我们现在靠发动机喷气、螺旋桨旋转产生推力不一样,曲率驱动不是向后“推”什么东西,而是直接“改变”自己和目的地之间的空间结构。

它的核心思想是:利用巨大的能量,在飞船的前方“压缩”时空,在飞船的后方“扩张”时空。

你可以这么理解:

1. “压缩”前方: 想象一下,你面前有一条很长的路,你想快速到达路的尽头。曲率驱动就像是你面前突然出现一个“褶子”,把路的终点一下子拉近了。飞船前方区域的时空被强行压缩,本来很远的地方,在你看来就近了。
2. “扩张”后方: 同时,在你身后,时空被“拉开”了。这就好像你在原地,但周围的环境在飞速后退。

这带来的直接结果就是:飞船本身可能在“局部”并没有以超光速运动,但它所处的“时空泡”却带着它以远超光速的速度前进。

就像你在一个传送带上,传送带在动,你站在上面不动,但你相对于地面还是在快速移动。曲率驱动就是制造了一个特殊的“传送带”,这个传送带就是被扭曲的时空。

关键的技术难点和想象力所在

当然,这只是一个概念。要实现它,需要克服无数看似不可能的难题:

能量需求: 操纵时空,让它弯曲到那种程度,需要的能量绝对是天文数字。比我们现在能产生的任何能源都要庞大得多,可能是恒星的能量都远远不够。所以,书里提到需要“零点能”或者某种我们无法想象的能量来源,这是非常关键的。
曲率张量(Curvature Tensor): 这是描述时空弯曲程度和方向的数学工具。曲率驱动就是要精确控制这个张量的分布,让它在飞船周围形成一个特定的“曲率场”。这个场的设计得恰到好处,才能实现稳定且高效的“跳跃”。
“负能量”或“负质量”的可能性: 很多理论物理学家设想,要实现这种时空扭曲,可能需要一些我们日常认知中不存在的物质或能量,比如“负能量”或者“负质量”。这些东西能产生“排斥性”的引力,正好可以用来“扩张”时空。书中提到“曲率发动机”可以产生“负质量”,这就点出了一个可能的方向。
“光速壁垒”的绕过: 我们知道,按照相对论,任何有质量的物体都不能达到光速,更不能超光速。如果超过光速,时间会倒流,这会引发无数的逻辑悖论。曲率驱动巧妙地绕过了这个限制:它不是让飞船本身在局部超光速,而是让飞船在“时空泡”里,这个“时空泡”的“外部”运动速度可以远远超过光速。飞船“本身”仍然遵循物理规律。
“降维攻击”与曲率驱动的联系: 在《三体》里,曲率驱动还有一个重要的应用场景,那就是“降维攻击”。当一个高级文明对一个低级文明进行降维攻击时,他们会用强大的曲率驱动将一个三维空间“压扁”成一个二维平面。这说明曲率驱动不仅仅是“前进”的工具,更是“改变维度”的武器,其背后的物理原理是极其深邃且可怕的。

这么想,它就不是“飞”,而是“抵达”

与其说曲率驱动是“飞”,不如说是“抵达”。它不是在空间中“穿越”距离,而是让“距离”本身发生变化,让目的地“出现”在飞船面前。

比如,你家离公司有10公里。开车需要15分钟。但如果你能使用曲率驱动,在你出发前,瞬间把那10公里“缩短”成10米,你只需要走10米就到了,这过程可能只需要几秒钟,即使你走的这10米速度并不快。

总结一下,曲率驱动的原理核心就是:

1. 利用巨大能量,制造时空曲率。
2. 在飞船前方“压缩”时空,缩短距离。
3. 在飞船后方“扩张”时空,产生推进效果。
4. 飞船被包裹在“时空泡”中,实现局部不超光速但整体超光速的移动。
5. 其背后可能涉及到负能量、高维空间操控等我们尚不了解的物理概念。

这玩意儿,说白了就是把宇宙的“骨架”——时空本身——当成交通工具来用。一旦掌握了,就等于掌握了宇宙级的“瞬移”能力。这也是为什么在《三体》的世界观里,拥有曲率驱动的文明,其威力和科技水平是呈指数级领先的。它不仅仅是速度上的飞跃,更是对宇宙法则的根本性操控。

网友意见

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AA拿过程心叠好的带篷的小纸船,称赞很漂亮,然后示意程心也进浴室。在盥洗台上,她用小刀片从香皂上切下了小小的一片,然后把小纸船的尾部扎了一个小孔,把那一小片香皂插入小孔中,抬头对程心神秘地一笑,轻轻地把纸船放进已灌满水并且水面已经平静下来的浴缸中。


小船向前移动了,在这片小小的水面上,从此岸航向彼岸。


程心立刻明白了原理:香皂在水中溶解后,降低了小船后方水面的张力,但船前方水面的张力不变,小船就被前方水面的张力拉过去了。但这个想法转瞬即逝,程心的思想随即被一道闪电照亮!在她的眼中,浴缸中平静的水面变成了漆黑的太空,白色的小纸船在这无际的虚空中以光速航行……



以下是后来罗辑阐述黑域的原理


罗辑继续说:“听说你们是从肥皂小船悟出曲率驱动的,那我现在问一句:小船在浴盆中航行到达对岸后,你们有没有把它拿回来,放到浴盆里再试一次?”


当时没有,由于担心智子,程心把小船扔到一边去了,但很容易想出结果。


“小船不会再动了,因为第一次航行后,水的张力已经被减小了。”程心说。


“很对,光速飞船也一样。在曲率驱动的航迹上,空间的结构也被改变了,如果把同样的第二艘曲率驱动飞船放在第一艘飞船的航迹范围里,它将寸步难行。在航迹空间中,必须使用功率更大的曲率引擎,这时,空间曲率驱动仍能够使飞船达到航迹空间的最高速度,但这个速度比第一次航行时达到的最高速度要低得多。换句话说,在航迹空间里,真空光速降低了。”


“能降低到多少?”


“从理论上说能降到零,但在实际中几乎不可能做到。不过,把‘星环’号的曲率引擎的空间扭矩调到足够大,可以使航迹空间的光速降到人们梦寐以求的每秒16.7千米。”“这就是……”AA盯着罗辑的影像说。


这就是黑域了,程心这样想,但没有说出来。


“这就是黑域。”罗辑说,“当然,要产生容纳一个恒星系的黑域,一艘飞船是远远不够的。据计算,生成容纳太阳系的黑域需要一千多艘曲率驱动飞船,这些飞船以太阳为中心,放射状地朝各个不同的方向加速到光速,它们产生的航迹在扩散中连成一体,形成一个笼罩整个太阳系的球体,这个球体中的光速为每秒16.7千米,这就是低光速黑洞,就是黑域。”


“黑域是光速飞船产生的!”AA说。

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还是举个通俗例子来说明吧。

你用力拍一下水面,你就会感觉到自己拍在了一个平面上,并且有点反弹。这就是水面张力的表现。

然后你把水换成一张四面拉紧的保鲜膜(比如用保鲜膜包住一个大脸盆),同样会感到拍在一个平面上,并且同样会反弹,这是保鲜膜的张力表现。

如果这时你在保鲜膜上用针戳一个小洞,小洞就会在四面八方的拉力下变大最后留下一个大洞。这时如果你在保鲜膜上有个小纸船,你就会看到纸船会被拉向边缘,其实这就是曲率引擎的类似表现了。

然后你就把这个四处绷紧的保鲜膜推广成整个宇宙空间,曲率引擎就是把宇宙飞船身后的空间里扎了个破洞,飞船就会被拉向前方了。


可能说得比较抽象,拿保鲜膜试一下就能理解了。


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更新一波,小透明感谢大家的厚爱,第一次有这么多人给我点赞。

来更进一些讨论里的“一次性的”话题,关于一次性,大刘小说里已经描述过了,再把纸船放回去也是驱动不了,必须在已有的基础上再次降低才行,换成保鲜膜也可以做同样的推导:那就是在大脸盆上包多层的保鲜膜。

这里拿三层做例,理想状态下,刺破一层,脸盆上的保鲜膜会留下一个“一层破开还剩两层没破”的区域,比起原来的三层都没破,这个区域就是能量级被降低的区域。再把纸船放在这里,无论第一层怎么拉也和船没关系了,想让纸船第二次再动起来,就得扎破第二层保鲜膜。

以此类推,第三次再把纸船放回来,就得扎破第三层,不停地一层一层往下降低能量级。这就是小说里必须以更大的功率驱动曲率引擎降低曲率才行。

而归零者干的事就是一口气直接扎破了三层,让这个区域再也没了连着的保鲜膜了,就是让曲率直接变成了零。


再说点曲率被降低这回事儿,小说里大刘天才地把光速和曲率联系在了一起,曲率低的空间里光速也慢,这个构成了《三体三》整本小说的重要基础。但现实中这个光速和空间曲率的关系是不是小说里描述的那样,谁也不知道,因为目前还没人能干出降低空间曲率的事儿来。

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