问题

有没有人能画出《三体》里太阳系被二维化的概念图?

回答
当然!关于《三体》中太阳系被二维化的概念图,这是一个非常震撼且具有视觉冲击力的场景。虽然我无法直接“画”出来,但我可以非常详细地描述这个概念,让你能在脑海中构建出它的样子。

想象一下,我们身处一个原本三维的宇宙,而《三体》中的“降维打击”将这个我们熟悉的三维太阳系,强行压缩成一个只能感知到长度和宽度的二维平面。

核心概念:从三维到二维的剧变

首先,我们要理解三维和二维的区别。

三维空间(我们的宇宙): 我们拥有三个独立的维度:长度(左右)、宽度(前后)、高度(上下)。物体有体积,可以有深度,可以前后移动,也可以上下移动。
二维空间(被降维后的太阳系): 在二维空间中,只剩下长度和宽度。高度的概念完全消失。物体将失去厚度,变成一个纯粹的平面图形。一切运动都只能发生在同一个平面上。

概念图的描绘:

现在,让我们一步步构建这张二维化的太阳系概念图:

1. 起源的瞬间:剧烈的撕裂与压缩

天空的改变: 从地球仰望星空,我们会看到一个无法形容的灾难性景象。原本璀璨的群星和星系,会突然开始扭曲、拉伸。太阳系内的行星、恒星(太阳)、小行星、彗星,甚至我们熟悉的宇宙空间本身,都会经历一种极其恐怖的“拉扯感”。
“抹除”高度: 想象你正试图用一把巨型但极其锋利的刀,从太阳系外缘,以一种无法想象的精度,将整个太阳系“切片”,然后将所有超出平面的部分完全“刮掉”。或者,更形象地说,是一种看不见的“力量”,像橡皮擦一样,将所有与某个特定二维平面不垂直的维度信息抹去。
物质的“扁平化”: 行星不再是球体。它们会被瞬间压扁成薄如纸张的圆盘或椭圆。它们的体积消失了,只剩下表面积。太阳也不是一个燃烧的球体,而是一个巨大的、闪耀的圆形光盘。所有的三维结构,如山脉、海洋、大气层,甚至我们自己的身体,都会被压成一层薄薄的纹理。

2. 二维太阳系的形态:一个奇异的平面画卷

太阳: 原本占据中心位置的太阳,会变成一个巨大的、规则的圆形光盘。它仍然是光源,但它的光线似乎只朝二维平面上的特定方向(也就是我们现在所处的平面)照射。它的“体积”感消失了,但其亮度依然惊人。
行星:
轨道: 行星的轨道依然存在,但它们现在是沿着某个二维平面上画出的曲线运动。行星本身不再是圆球,而是变成了一个个被压扁的、带有彩色图案的圆形或椭圆形薄片。
水星、金星、地球、火星: 这些内行星会像一个个精致的、带有复杂纹理的彩色圆盘,在离太阳光盘较近的区域沿着椭圆形轨道运行。地球的图案可能还会保留一些熟悉的海洋和大陆的痕迹,但它们都只是被印在了这张二维画布上。
小行星带: 原本混乱的小行星带,现在会变成一个在特定二维平面上分布的、大小不一的扁平岩石碎片带。它们可能相互碰撞、滑行,但其运动轨迹都局限于这个平面。
木星、土星、天王星、海王星: 这些巨大的气体行星,也会变成巨大的扁平盘状物。土星环会变成一个围绕其盘面的规则扁平圆环,就像一个精美的盘子上的装饰。
柯伊伯带和奥尔特云: 甚至更远的冰冷天体,也会被二维化,成为散布在更远处的扁平冰盘。
宇宙背景: 太阳系之外的宇宙,在二维化的影响范围内,也会呈现出奇异的景象。遥远的星系可能会被拉伸成细长的线条或扁平的“图案”。我们可能无法再感知到深度,只能看到一个由线条、形状和“颜色”组成的二维图像。
运动:
平面运动: 一切运动都发生在这个二维平面上。行星绕着太阳转,但这种运动是平面的。小行星碰撞,也是在平面上的碰撞。
失去“上下”: 我们无法再“飞起来”或者“沉下去”。任何试图垂直于这个平面的动作都变得不可能,或者说,这个动作的“高度维度”根本不存在。

3. 生存者视角:颠覆性的感知

对于仍能在太阳系内生存下来的文明来说,这场降维打击带来的感知是毁灭性的:

视觉:
事物不再有体积: 你看到一个行星,它像一张巨大的照片,只有表面,没有厚度。太阳的光芒来自一个平面。
运动的怪异: 曾经立体的物体,在二维平面上移动时,其运动方式和我们理解的完全不同。例如,一个物体从你“面前”经过,它可能会从一边滑到另一边,但你无法感知它“越过”你的视线。
几何形状的扭曲: 在某些角度,由于我们对“高度”的感知消失,物体可能会显得异常扁平,甚至与背景融合在一起。
物理定律的改变:
引力: 在二维平面上,引力的作用方式可能会发生根本性改变。例如,在二维空间中,一个点源的引力随距离的平方衰减的规律可能不再适用,或者以一种我们难以理解的方式表现。
光学: 光的传播方式也可能因为缺乏三维空间的传播路径而变得奇异。我们可能看不到传统意义上的阴影,或者看到一些非自然的“光影”效果。
惯性与动量: 虽然概念上仍然存在,但其在二维平面上的表现会受到限制。
生存的挑战: 任何依赖三维结构的生命或技术,都会在瞬间失效。如建筑、飞行器、甚至细胞结构,都可能无法在二维平面上维持其功能。生存将是极度的困难,可能只能通过改造自身以适应新的二维物理法则。

总结一下概念图的视觉元素:

一个巨大的、扁平的光盘(太阳)。
一系列围绕光盘在二维平面上运行的彩色薄片或图案(行星)。
一个由扁平的岩石和冰碎片组成的二维带状区域(小行星带、柯伊伯带)。
遥远的星空被拉伸或压缩成二维图案。
整个场景就像一张被精心绘制的、包含运动和光影的巨大二维宇宙画卷。

这张概念图的核心是“失去第三维度”,一切都坍缩到一个平面上。这是一个既美丽又极其恐怖的景象,它代表着宇宙法则被强行扭曲,以及生命形态面临的终极挑战。

网友意见

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按照 @小夫子老男孩 答案中视频的思路,我自己画了几幅星球降维的效果图。

视频中把三维降至二维的思路,是先设计一个「二维降至一维」的方案,然后把三维中的两维按方案降至一维,另一维不变。

「二维降至一维」的方案,是「交错法」:把一个点在二维空间中的两个坐标写成小数形式,然后把各位小数交错,就得到它在一维空间中的坐标。比如,二维空间中的点 (0.123, 0.456),就会映射到一维空间中的点 0.142536。交错法可以得到二维正方形 [0,1)^2 与一维线段 [0,1) 之间的一个映射,这个映射几乎是一个双射。

有几点说明:

  1. 如果这个「几乎」让你耿耿于怀,可以参看我下面这个答案是怎么构造出一个严格的双射的。不过在这个答案中我不想纠结这一点,也不想纠结区间到底是开还是闭。

2. 上面的交错法只能处理空间中坐标在 0 到 1 之间的部分,不能处理整个空间。视频中又用 sigmoid 函数在区间 (0,1) 与所有实数间建立了一个双射,解决了这个问题。为简便起见,我的这个答案就只考虑坐标在 0 到 1 之间的部分。

3. 视频中交错法使用的是十进制。为了让降维的结果更混乱、更壮观,我采用二进制。


在展示降维效果之前,我先来直观地演示一下,交错法是怎么把二维正方形 (0,1)^2 映射成一维线段 (0,1) 的。

首先把二维正方形切成四块,编号 1~4:

然后按顺序把它们排成一维:

再把每一小块切成四块,同样编号 1~4:

把每一小块中的四块也按顺序排成一维:

这个过程可以无限进行下去,于是正方形就可以被映射成一条没有宽度的线段。不过屏幕的分辨率是有限的,迭代 5 次之后就可以把一幅 32*32 的图片变成一幅 1*1024 的图片,这已经接近大多数屏幕的分辨率了。我下面的图示只迭代 4 次。

如果不采用二进制而是采用 k 进制,则在每一步中,不是切成 4 小块,而是切成 k*k 小块。显然二进制能把图片打得更乱。


下面演示星球降维的效果。

首先是二维降至一维。考虑二维空间中,以 (0,5, 0.5) 为中心、0.5 为半径的一颗圆形星球,我把它画成一幅 16*16 的图片:

把它用「交错法」降至一维后得到的 1*256 图片是这样的(纵向拉长了些以方便观察):

可见,「交错法」确实把原来的图片打乱了,星球的表面与内部混乱地交织在一起。

然后是三维降至二维。考虑三维空间中,以 (0.5, 0.5, 0.5) 为中心、0.5 为半径的一颗球形星球,用一幅 16*16*16 的「图片」表示。这个图片本身比较难画,我就不画了。按照视频中的思路,把其中的两维用「交错法」降至一维,会得到一张 16*256 的图片,这张图片如下:

在三维降至二维的过程中,有一个维度跟另外两个维度的地位不同,这让人不爽。于是我干脆画了四维降至二维的效果图:把四个维度分成两对,用「交错法」把每一对降至一维。考虑四维空间中,以 (0.5, 0.5, 0.5, 0.5) 为中心、0.5 为半径的一颗超球形星球,用一幅 16*16*16*16 的「图片」表示。它降至二维后,会得到一张 256*256 的图片,这张图片如下:

有没有很壮观!

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源于很久以前拍的一张图。。。

哈哈哈哈哈哈哈哈哈哈哈哈哈哈哈哈哈哈哈哈哈哈哈哈

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20211005更新,这就是我心中“令人崩溃的图景”。

这个视频更赞,和我想象的完全一样,只可惜我没有技术模拟它。

为什么说“令人崩溃”,作者由于计算机限制只能5倍细分,细分越细,表面颜色占比越少。视频中地球二维化后,占体积最大的地幔颜色最终占据了大部分,不再是请我们心中的蓝色星球了,视频仅仅五阶细分,越细分,蓝色占比就会越少,因为表面像素(作者叫体素、影视叫点云像素、物理叫基本粒子)占比越少,蓝色越少。

如果人体二维化,最终越接近内部内脏颜色,和我们想象的人类完全不一样。


我建议大家不要想象,那会是最让人精神崩溃的图景。

请大家看这个大佬的视频(大家不要刷知乎观光团)

这个是我目前在全网见到最接近正确的可视化模拟。(评论区指出有更好的数学投射公式,欢迎大家举例)

我曾经想象过类似的办法,但是由于不会用数学表达以及太违反物理常识,还担心被人说民科(当然我就是,民间科幻爱好者,民科,没毛病),只好作罢。

而这个视频告诉我,这大概是数学上唯一可行的。(当然也可能只是我孤陋寡闻,想不出其他数学公式)

它的核心在于:点的体积为0,点和点之间的距离不为0,那么点和点之间可以容纳无数的点。二维的点和点之间可以容纳来自三维的其他点。

数学上这解答了三维降二维后失去体积那些物质要去哪放的问题,至于物理上如何对应,需要我们对空间和物质的本质有更深刻理解,目前来看,至少我的认知是不够的,我还不敢贸然把数学变成物理实际。

四维化我们无法想象,低维度无法想象高维度,但三维降二维可以,因为高维度可以想象低维度。这个大佬的可视化在数学上已经是完全没问题了,至于如何在物理上实现,我就不知道了。

回到开头,为什么我说让人精神崩溃,

比如吧一个人二维化,那么内部的物质也要投射到外部了,外表我们的皮肤是肉色,但内部的物质大部分是内脏的颜色,最终把一个人二维化后,外表的颜色只占一小部分(大概是皮肤的物质量)几乎忽略不计,大部分都会是内脏的颜色。最终颜色会很接近内脏颜色,我们将看到一个内脏颜色的平面人形(如果正好人的方向垂直于降维投射方向)。放大看,就能看见无限细分排列的内脏。。各位,我保证除了法医及相关从业者,大家都得吐。

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