深度分析《三體》中「小宇宙」如何創建?

小宇宙是什麼?

深度分析《三體》中“小宇宙”如何創建?

目前,小宇宙這種說法由於太過於超前,所以討論的人也少之又少,對於小宇宙的說法,沒有一個準確的定義。

本文試圖通過科幻小說以及科學界的隻言片語去儘可能合理的推斷一下小宇宙的一些情況,所以大家不要太和小編較真,你完全可以將本文當成科幻小說來讀,如果有其他想法,可以文明留言交流,但請有理有據。

小編認為,小宇宙就是人類掌握空間彎曲科技之後,對宇宙空間的一種局部改造,使之在某種程度上獨立於大宇宙。

深度分析《三體》中“小宇宙”如何創建?

懷孕母親體內的“小宇宙”

可以這樣思考小宇宙,想象一個母親孕育了一個孩子,這個小孩沒出生前在母親的子宮裡生活,如果把母親比作大宇宙,那麼這個孩子就可以稱作小宇宙,他們是相互獨立的兩個個體,在未出生前他們通過某種“臍帶”相互連接。

當然,有人肯定會問,如果把小宇宙比作未出生的小孩,那麼會不會也像小孩出生一樣,終有一天脫離大宇宙?

對於這個問題,小編承認自己無法解答。因為如果這種情況是真的,那麼也就間接承認了多元宇宙的存在,對這個推論小編可不敢負責。

劉慈欣《三體》中對小宇宙的描述

深度分析《三體》中“小宇宙”如何創建?

程心和關一帆再次進入時間真空。

……黑暗消失,時間開始了。

……世界的複製品和映像在周圍都存在,他們向兩側看,都看到一個同樣的田園世界,他們也在那個世界中,但只能看到背影,他們轉頭時複製世界中的人也同時轉頭。

(這裡的田園世界的一些實現細節,後面還要講)

他們向後看,吃驚地發現身後也是一個同樣的田園世界,只不過他們是在從另一個方向看,那個田園中的他們遠在另一端。

……“他(查爾斯·米什內爾)是公元世紀的一個物理學家,他是最早想象出這種東西的人。我們所在的世界其實很簡單,是一個正立方體,邊長我估計在一千米左右,你可以把它想象成一個房間,有四面牆,加上天花板和地板。

但這房間的奇怪之處在於,它的天花板就是地板,在四面牆中,相對兩面牆其實是一面牆

,所以它實質上只有兩面牆。如果你從一面牆前向對面的牆走去,當你走到對面的牆時,你立刻就回到了你出發時的那面牆前。天花板和地板也一樣。所以,這是一個全封閉的世界,走到盡頭就回到起點。

至於我們周圍看到的這些映像,也很簡單,只是到達世界盡頭的光又返回到起點的緣故。咱們現在還是在剛才的那個世界中,是從盡頭返回起點,只有這一個世界,其他都是映像。”

……“雲天明先生希望你們在這個小宇宙中躲過我們的大宇宙的末日,就是大坍縮,在新的大爆炸後進人新的大宇宙。他希望你們看到新宇宙的田園時代。現在,我們處於一個獨立的時間線中,大宇宙的時間正在飛速流逝,你們肯定能夠在有生之年等到它的末日。按更具體的估算,大宇宙的坍縮將在十年內達到奇點狀態。”

……智子告訴他們,小宇宙絕無可能向大宇宙傳遞信息,但接收到大宇宙的信息廣播卻是有可能的。她說,所有的宇宙都是一個超膜上的空泡,大宇宙有足夠的能量把信息在超膜上傳播。但這很困難,需要難以想象的巨大能量,如果大宇宙這麼做,可能需要把相當於一個銀河系的質量化為純能。

小宇宙的內部是什麼樣的?

深度分析《三體》中“小宇宙”如何創建?

大家不要覺得《三體》是在瞎寫,《三體》之所以被稱為硬科幻,那是因為這本書的每個細節都是有一定科學依據的,比如在這個小宇宙的描述中,大家有沒有注意到查爾斯·米什內爾這個名字,《三體》描述的這個小宇宙就是他提出的“米什內爾空間”的升級版。

在“米什內爾空間”中,你的臥室將成為一個宇宙。假定臥室左牆的每一點與右牆的相應點是相同的。這意味著你向左牆走,你不會碰得頭破血流,而是穿過牆重新出現在右牆。這意味著,在某種意義上左牆和右牆是連接在一起的,像一個圓柱體。 此外,前牆上的點和後牆上的點是相同的,天花板上的點和地面上的點是相同的。這樣,如果你在任何方向上走,你恰好穿過臥室牆回到臥室。你逃不出去。換句話說,你的臥室就是整個宇宙!

深度分析《三體》中“小宇宙”如何創建?

真正奇怪的是,如果你仔細看左面的牆,你看到它實際上是透明的,在這堵牆的另一側有一間你的臥室的複製品。實際上,這是你站在另一房間的你的精確克隆,儘管你只能看見你的背面,看不見前面。如果你向下或向上看,你也看到你自己的複製品。

實際上有無限多個複製品站在你的前、後、左、右,以及上面和下面。要想與你自己接觸是十分困難的。每次你轉過頭想看一下克隆的臉,你發現它們也轉過臉去,因此你怎麼也看不到它們的臉。但是如果臥室很小,你可以將手伸過牆去抓住你前面的克隆的肩膀。這時你會吃驚地發現,你背後的克隆也伸出手抓住你的肩膀。你也可以將左手和右手伸到側面,抓住側面的克隆,就會有無限多個的你手拉著手。結果,你完全可以手拉手地圍繞宇宙一週。(你要想傷害你的克隆是不明智的。如果你拿槍瞄準你前面的克隆,你會重新考慮是不是要扣動扳機,因為在你背後的克隆也用槍在對準你!)

這個情景的出現主要原因在於空間的彎曲導致光線也產生了彎曲,你後面的光線經過彎曲到達了你的前面,生活中比較相似的例子就是在一個鏡子房間裡,你會在前後相對的鏡子裡看到無數個自己,區別是,現實中出現這種現象的原理是光線反射,是虛像,而在米什內爾空間裡的原理是時空彎曲,所有的複製品都是實際的物體。

小宇宙的外部形狀怎麼樣?

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首先,假定一個一維的世界,一維世界上生活的一維人,想把自己的宇宙的一節線段世界改造成自我閉合的宇宙,怎麼辦呢?對了,把兩個端點(上圖中1端點和2端點)“焊接”到一起,就可以了,形成的形狀是什麼樣呢?對,是個圓環!

深度分析《三體》中“小宇宙”如何創建?

再假定有一個二維的世界,同樣的,二維世界上生活的二維人,也想把他們的宇宙中的一塊正方形世界(上圖)改造成自我閉合的小宇宙,你就必須把1號邊和2號邊“焊接”在一起,這個時候形成的是一個圓筒(如下圖所示)。

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這仍然是個開放的宇宙,因為它還有兩個端沒有閉合,我們再把這兩個端(也就是上圖中3和4兩個端點)“焊接”在一起。

深度分析《三體》中“小宇宙”如何創建?

這是什麼形狀呢?對了,一個圓環面,因為是二維的,圓環中間是空心的,只有外表一層面。

深度分析《三體》中“小宇宙”如何創建?

那麼在三維世界呢?我們截取上圖這樣一個三維立方體空間,只要把1和23和45和6這三組面進行“焊接”並融合在一起,那麼這個小空間就是一個閉合的空間。

焊接的結果也被稱為“三重環”(3-torus),從上面的過程我們可以看出,一維“焊接”的是端點,形成的是二維的環,二維“焊接”的是邊線,形成的是三維的體,由此我們可以得出一個結論:低緯度封閉的空間形成了一個高緯度的結構,所以三維的立方體,“焊接”的是面,形成封閉空間其實是四維的超結構,我們無法通過直觀圖形進行展示,請大家自行思考具體形狀。

想象一下,你正開著宇宙飛船,在這樣一個大立方體中飛行。如果你要去立方體的頂端,當你和它接觸時,你不會墜毀,相反,你會發現自己處於立方體底部的某個適當位置。不管你從任何方向走得多遠,你最終都會回到旅程開始的地方。

這裡肯定有人會問:為什麼非要拿正方形和立方體進行封閉呢?

因為正方形和立方體在相應緯度裡面都是能自我封閉的最簡單結構,比如二維的一個三角形是奇數邊無法封閉,而六邊形呢,邊數太多又太複雜。

如何創建小宇宙?

深度分析《三體》中“小宇宙”如何創建?

目前能夠支持小宇宙創建的理論,主要就是相對論。在廣義相對論中,愛因斯坦認為,物質能夠彎曲時空,也就是說時空中只要存在物質,時空就會因之發生彎曲,基於此,廣義相對論預言了引力波和引力透鏡的存在。

深度分析《三體》中“小宇宙”如何創建?

當前的宇宙觀測也驗證了引力波和引力透鏡的存在,這些都驗證了廣義相對論的正確性。

基於廣義相對論,科學家推測:既然時空可以彎曲,那麼就有可能使得時空高度彎曲,最終彎向自身並形成一個閉合的時空區域。這種高度彎曲並自我閉合的時空區域就可以認為是“小宇宙”。

那麼隨著人類科技高度發達後,如何真正去創建小宇宙呢?根據愛因斯坦的理論,物質能彎曲時空,也就是說必須有足夠密度的物質使時空彎曲並閉合,這個方面極端的例子就是黑洞,但大家也知道,黑洞裡面到底什麼樣,我們根本不清楚,所以我們更想創建一個溫和的、可以讓人愉快生活的閉合時空。

好在根據愛因斯坦狹義相對論,E=mc²,物質和能量能夠相互轉化,換個角度來理解,物質其實是能量的另一種存在形式。那麼如果我們擁有著控制星系級能量的科技能力,那麼完全有可能通過操控能量來創建這個閉合時空。

小宇宙有什麼特點?

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這個“米什內爾空間”構成的小宇宙,會出現許多有趣的現象,上面已經談了一些。

在“米什內爾空間”中,假定你周圍的所有牆壁收縮並向你靠攏,事情就變得更有趣了。

讓我們假定臥室在收縮,右牆以2km/h的速度向你靠攏。如果你現在穿過左牆,從移動的右牆返回,你的速度就附加了2km/h,這樣你現在移動的速度為4km/h。實際上每次進左牆出右牆都會得到附加的2km/h的速度,因此你現在的速度為6km/h。在圍繞宇宙重複旅行之後,你旅行的速度為每小時8、10、12……千米,直至達到難以想象的接近光速的速度。 在某個臨界點,你在米什內爾宇宙中跑得是這樣地快,結果在時間上你倒退旅行,回到了從前。事實上,你可以訪問空間——時間中從前的任何一點。

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晶體的晶格

還有,因為時空是彎曲的,如果在這個宇宙中存在一顆星球,那麼他們的運動規律將會出現一些不同尋常的地方,因為每個星球不僅對其他物體施加引力,它還通過彎曲的時空從幾個方向對自身也施加引力,所以該星球將很容易被穩定到空間的一個地方,此時的宇宙看起來就像一個由大量相同星球組成的晶格。如果再引入一個小星球,並給它一個初始速度,那麼這顆小星球就會不停的在空間裡亂舞,忽進忽出,運動軌跡也與大宇宙大不相同。

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而且光線也很值得討論,假設你對著左邊發射一束光,這束光會繞道從右邊出來並再次射進左邊,如此不斷重複,也就是說如果你此時換了位置,那束光仍然在那裡無限循環,等你過了半年,你再回到那個地方,你仍然可以觀察到那束光(可能有衰減),這意味著你可以看到你的過去,更意味著這個空間裡記錄著你從進來到現在的所有信息,而且這麼多的光線疊加在一起會導致空間亮度過高,使得你不得不採取一些措施降低亮度。

人們如何在裡面生活?

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人們要在小宇宙生活需要滿足基本的物質和能源需求。物質可以提前送進去一些,至於能源,小編相信能創造小宇宙的科技文明早已經解決了能源問題。

還有,上面也簡單提到過,事實上《三體》中描述的田園生活場景有瑕疵,因為小宇宙沒有上下之分的特性,那麼那些田地和房子他們在哪裡依附著呢?除非在文中所謂的田園下面再做一個大地板,並設置一個引力源,再者說,天上也應該看不到藍天,而是看到禾苗的根部和房子的底部,所以還需要在這個地板底下在設置一個藍天的虛擬屏幕以及太陽,月亮,星星,白雲等裝飾品。

當然還有一種方法是把一顆地球整個放進去,人們生活在地球上,但要真實還原地球生活,就需要人工製造類似於太陽的能量源和引力源。

小宇宙的時間流逝速度更慢?

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愛因斯坦相對論告訴我們,高速運動的物體和強引力源都可以使時間發生變慢效應,也就是說,如果你圍繞黑洞視界外圍運行一圈,那麼你相比地球會感覺時間過的更慢,那麼在小宇宙這種高度彎曲的時空中,時間變慢效應也肯定存在,而且可能效應更加明顯,所以時間流逝速度相對外界來說必然很慢,也許真正應了古人那句話“洞中方一日,世上已千年!”

我們能在小宇宙中永恆存在嗎?

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小編覺得,沒有什麼是永恆的,維持這樣一個小宇宙,所需的能量將是一個天文數字,可能都是以星系這樣級別的物質完全轉化為能量來計數的,所以即使正反物質湮滅這樣的技術都不一定能夠開啟小宇宙,也許只有當人類真正掌握黑洞能量和暗物質、暗能量的開採和使用技術的時候才能創建小宇宙並維持其正常運轉。

但這麼多的能量消耗,如何源源不斷供應才是最大的問題。

不過巨量的能源消耗帶來的效益也很明顯,用能量贏得了時間!

所以,小編覺得,小宇宙更像是一個高級的安全屋,是人類為了躲避一些災難而生。

寫在最後

限於篇幅和當前科技的發展程度,本文寫的比較簡單,很多問題還沒有寫出來,比如小宇宙與大宇宙的“臍帶”是什麼?小宇宙能與大宇宙通信聯繫嗎?等等。

再次強調一下,大家可以將本文當成一片科幻小說,不要太認真,大家有什麼想法,可以積極留言交流,但請不要罵小編!

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