《三體》中的水滴是到底用了什麼科學原理呢?為什麼可以摧毀上千艘飛船?

未來探索菌


《三體》是一本非常優秀的科幻小說,它的優秀不僅僅在於書中所體現的作者天馬行空的想象力,更重要的是,雖然是科幻小說,但是《三體》的科學理論性也很強,都可以視為科普讀物了。


《三體》中提到了一個水滴,是由三體人制造的宇宙探測器,本身跟水沒什麼關係,不過外觀看起來像一個水滴,故因此得名。這個探測器逼格很高,是由強相互作用力材料製造的,會反射幾乎所有的電磁波,表面絕對光滑,溫度處於絕對零度,厲害的是,它竟然無堅不摧!

書中寫到,末日之戰中,僅一個水滴就摧毀了人類太空武裝力量的1998艘戰艦,就問怕不怕?那麼這麼厲害的東西有什麼原理呢?首先還是先來了解一下什麼是強相互作用力吧:

自然界有四種已知的相互作用力。分別是強相互作用力、弱相互作用力、電磁相互作用力和引力相互作用力。在宏觀世界,能夠顯示的就只有兩種力,那就是電磁力和引力,但是在微觀的粒子世界裡,還存著另外兩種力,那就是強相互作用力和弱相互作用力。強相互作用和弱相互作用的作用範圍都在原子核尺度,在宏觀世界卻不能感知其存在。

而強相互作用力,最早認識到的質子、中子之間的核力屬於強相互作用力,是質子、中子結合成原子核的作用力,

後來又進一步認識到強子是由夸克組成的,強作用是夸克之間的相互作用力,強作用最強,是一種短程力。

這個“水滴”的外殼由水滴內部的發生器控制,外殼僅由一層只有一個原子厚的強相互作用力材料製成。水滴的大體結構是由外殼大量的處於強相互作用力場下的單層緊密類金屬原子核,包裹著內部的人工智能計算機、強相互作用力發生器和某種不為人知的強大發動機。

簡單說來就是三體人掌握了怎麼控制強相互作用力的方法,通過某種強相互作用發生機器使得水滴外殼緊密結合在一起,想要打開水滴,除非力量大到足以打開原子核。而要形成強相互作用力材料,首先夸克就得十分接近,進入強力的力程範圍,這就導致核子之間很接近,到最後核子之間相互鎖定,所以就不存在分子運動了,導致水滴的表面完全隔熱,並且溫度一直保持在絕對零度。同時表面也絕對光滑,足以反射一切電磁波。


水滴比太陽系中已知的任何物質都要堅硬不知多少倍,水滴穿過地球就像是子彈打豆腐一樣不費吹灰之力。按理說水滴的密度很大,質量也應該很大才是,但是由於表面僅有一層原子核的厚度,所以水滴的質量並不很大,書中寫到,不會超過10噸。三體人為了奴隸地球人,先是派出了質子監控地球和製造破壞,另一方面則是製造水滴這樣的殺手屠役人類,依靠簡單的撞擊,僅僅30分鐘內就消滅掉了人類的太空武裝力量。但是水滴也不是無敵的,最後水滴被“藍色空間”號通過四維空間破壞內部發生器而被摧毀,在全宇宙範圍內,一定會有比水滴更強大的武器,水滴在全宇宙範圍內可能就是一個低級武器而已。


鏡像宇宙


這個問題,書裡說得很明白了。丁儀帶隊考察水滴,發現水滴在一千萬的放大倍數下,仍然是絕對光滑的全反射鏡面,金屬夾具強力接觸的表面沒有留下任何劃痕。同時水滴的溫度是絕對零度,也就是說,水滴的分子完全停止振動。根據這些特點,丁儀猜測,水滴是一件用強相互作用力製成的武器。


這意味著,水滴具有巨大的強度。按照書裡的說法:

它的強度比太陽系中最堅固的物質還要高百倍,這個世界中的所有物質在它面前都像紙片般脆弱,它可以像子彈穿透奶酪那樣穿過地球,表面不受絲毫損傷。

具有這種強度的水滴,當然可以不費吹灰之力摧毀兩千多艘太空戰艦。這場末日戰役的悲壯,書裡寫得淋漓盡致了,水滴的威力也展現得很清晰了。

這裡就展開一下,以我粗淺的物理學知識,說一下強相互作用力吧。

自然界中的四種基本力

自然界的各種力,雖然表現形式有千百種,歸根結底可以歸納為四種:引力、電磁力、強相互作用力和弱相互作用力。這是科學家們長期研究得出的結論,我們接受就好。

這四種力中,引力和電磁力的概念我們比較熟悉,而強相互作用力和弱相互作用力我們就比較模糊,因為它們作用在微觀範圍,是質子和中子之間的力。

不要求嚴謹的話,也許可以這麼簡單理解:我們知道原子核是由質子和中子組成的,把它們聯結起來形成原子核,而不是一盤散沙的那個力,就是最早發現的強相互作用力:核力。原子核外也有中子,這種自由中子會發生衰變,變成質子、電子與中微子或反電子中微子,產生這種衰變的力就是弱相互作用力。

不少科學家致力於繼續統一四種力,當然最完美的結局就是最後統一成一種,像愛因斯坦就堅信世界應該是統一的、和諧的,用了畢生精力去研究大一統理論。到目前為止,還沒有一個人能夠將這四種力統一起來。不過,有人曾經將電磁力和弱相互作用力統一起來,就是1979年獲得諾貝爾物理獎的弱電理論。

強相互作用力的力量

強相互作用力簡稱強力,其實是夸克之間的力(夸克組成強子,比如質子、中子)。這是一種短程力,比如強力當中的代表:核力,僅僅在原子核內發生。

然而,強力是四種力中強度最大的。根據網上搜來的數據,自己算了一下,假如強力的強度為1單位,則電磁力的強度是0.01,弱力的強度是0.000001(強力的百萬分之一),而引力的強度是0.00000000000000000000000000000000000001(強力的100萬億億億億分之一)。

萬有引力,無遠弗屆,無所不在。然而,和強相互作用力的力度比起來,比渣渣還渣渣。

幸好,平時強力的活動範圍束縛在小小的原子核內,

和我們熟悉的宏觀世界的引力,算是井水不犯河水。自然界中有強力唱主角的宏觀物件,就是中子星。中子星是恆星末年的一種形態,這時整顆恆星坍縮成為一個巨大的“原子核”:全部由中子組成,完全靠強力維繫。所以,中子星的密度非常大,僅次於黑洞。到底大到什麼程度?大概是水的密度的10^14(百萬億)倍。

這個比喻也是網上搜來的:乒乓球大小的中子星相當於地球上一座山的質量。

我們的太陽系正當壯年,所以在我們這裡,強力侷限在原子核內,不可能跑到宏觀世界形成中子星。

但假如真的有強力跑到宏觀世界怎麼辦?

那就是《三體》中的水滴了。

水滴的威力和啟示

丁儀推測水滴是由強相互作用力製成的,考察人員提出異議說,水滴的質量很正常。

根據書裡的描寫,頭部渾圓、尾部很尖,呈現完美水滴形狀的三體探測器,長3.5米。如果它的密度真的像中子星那麼大,絕對不可能輕輕鬆鬆被“螳螂”號放進飛船機艙裡。

但是這正說明,水滴是人造的工具,三體人已經掌握了把強力釋放到宏觀世界的能力。“水滴”的結構,當然是宏觀尺度的,裡面的分子、原子,互相之間肯定也保持著正常情況下的距離,不像中子星那裡,所有原子變成中子,緊密地擠在一起。所以,水滴的質量是正常的,

書裡描述,大概不到10噸。

然而,這些互相之間保持著正常距離的微觀粒子,卻在強力的作用下停止了振動(造成水滴的表面溫度接近絕對零度),形成整齊的固結。

這種足以把分子“釘死”固定的力量,按照書裡的說法,不亞於把弓箭射上月球,或者說,用一套連桿把太陽和八大行星固定成一套靜止的桁架。

三體人掌握了這種力量。於是,僅僅依靠最原始的“撞擊”,附加一點遠程控制的功能,比如自行調速、精準追擊等等,一枚3.5米長、10噸不到的“水滴”,就在30分鐘時間裡,讓地球的太空艦隊全軍覆沒。

只是因為製成水滴的是強相互作用力。這種力量提取自微觀世界,提取自對物質基本結構的瞭解。這就是基礎科學。而在地球,這一部分已經被智子鎖死,人類無從窺知。雖然人類發展出了很多看似高精尖的科技,但是對物質微觀世界瞭解的缺失,最終使人類一敗塗地。

這裡的啟示就是:

瞭解物質微觀結構,就是基礎科學的提升。這種提升可以帶來整體科技層次上的飛躍。在高層次,即使是最原始的蠻力撞擊,都分分鐘秒殺低層次的“高科技”。

一句話:尊重基礎科學。

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海闊天空詩酒花


簡單的說,就是從中子星上挖了一塊,製造成武器。當然,按我們目前的科學,一般認為中子星物質在離開中子星,失去強大的壓力束縛後會瞬間爆炸。巴掌大的一塊中子星物質爆炸就足以把地球變成覆滿熔岩的火球。所以,單純站在現代科學的角度,水滴是可以稱作玄幻的,其描寫無異與玄幻中的那些大佬,隨手撕下塊太陽當零食吃。

不過,科學,科幻和玄幻,其實並沒有本質的界限,古人將舟行天際當做玄幻,現代造已成為現實。科幻和玄幻的本質都是腦洞發散,也就都有預測正確和錯誤的部分。比如200年前的科幻小說裡就預測了潛水艦的存在,這可稱之科幻,但在這些小說裡,只要解決了密封不漏氣和氧氣供給,下潛10米和下潛萬米一個樣,這就是玄幻了。現代我們知道,水壓越深越高,下潛數千至上萬米需要的技術含量遠比百來米的普通潛水艦高得多。但畢竟也能實現了,當然不是像當初的小說中那麼輕鬆和萬能。


水天一色20079409


我沒有閱讀過《三體》這部科幻小說,但是我對這部科幻書很是嚮往,如果有機會有幸一覽其精彩的科幻世界,定當廢寢忘食虔誠拜讀其精義。

根據許多相關小報點點回憶,對其中的叢林法則也略有印象。《三體》中的“水滴”雖是虛構,卻也是在科學理論的基礎上產生的對未來的展望,因此我也來試說一二。


在《三體》中,“水滴”是出場次數較多的一種尖端科技武器,就是在神級文明宇宙中,它依然時不時刷刷存在感,可見作者對“水滴”特別的熱愛。

“水滴”是三體世界製造出來干擾地球信號的裝備,穿透力強,第一次出現就毀滅了一支地球艦隊。



“水滴”的原理

三體在它內部製造出強引力場,在“水滴”光滑鏡面的磁場力互相消失,強相互作用力就會在包裹“水滴”表面,其外部便會異常堅硬和光滑。

用物理學的語言解釋是,“水滴”將中子跟質子二合一為原子核的作用力,像用膠水把無規律鬆散的粒子強行組合,重新排列成有規律的原子和分子結構。

這種重新排列組合就是強相互作用力,並具有對稱性,這讓它無論放大或者縮小,表面都非常光滑平靜,內部也不會有振動,跟武俠小說的“金鐘罩”有異曲同工之妙。因此它堅不可摧,所向披靡,刀槍不入,是星際戰爭中的“獨孤求敗”。人類用四維空間的碎片才將其摧毀。


這種強相互作用力狀態下的“水滴”也就存在於科幻小說中,現實中人類對它的理解是有限的,但是人們對科學世界的探索會不懈努力,科幻故事定會變成真實的世界。


弄潮科學


原子核內的力,叫強力。這個力可以將原本相互排斥的多個正電荷質子牢牢的捆綁在原子核內,這個力之強大是絕無僅有的!遠遠大於原子核外的電磁力。但其作用半徑很小,盡在原子核內起作用。

三體中的水滴整個就是一個用原子核強力構成的奇怪物體,你可以說它本身就是一個特異形狀的原子。這種東西對付由電磁力構成的物體簡直就是鋼刀切豆腐!汪淼的飛刃也屬於這種特性的物質。

因此,水滴雖然體積不小,但其厚度卻只是一個原子的厚度,所以它的質量才不特別大,否則這玩應就變成了中子星碎片了。1立方厘米就得幾十噸重。

這種東西如果真能造出來,絕對無堅不摧!


山巔雲邊


如果將融化的玻璃倒入水中就會形成一個水滴狀的玻璃體,它的頭部非常的堅硬,用榔頭都無法敲碎,這應該是應力和表面分子力的作用,但是它的弱點在尾部,就是玻璃滴的小的那端,輕輕敲打整個玻璃體就會整體破碎


雕弓射天狼千騎卷平崗


首先我們得看下水滴的密度,分子排列就像焊在一起,排列的整齊,保持在絕對零度,從這裡就知道,水滴的密度奇高,無限接近絕對零度,再看他的速度,三體艦隊的速度為光速的百分之一,什麼概念?我們地球最高速度連千萬分之一都不到,而且水滴早三體艦隊一百多年到達太陽系,說明速度我們根本想象不到,摧毀地球艦隊的水滴以極好的速度,加上它的密度別說艦隊,擊穿地球應該都沒什麼問題。


皇皇皇皇上在此


對於一切科幻小說作品,也包括您問的《三體》,皆由一兩或幾個人互寫出,多屬形而上學文,寫的啥事,決不真實,千萬別看完後,儘量別跟人家加亂想,幫助幻想添忽悠。因為,我現在有好多真事,都還沒整明白;所以,也沒時間去看:真科幻;假瞎編;信幻著;三體書。謝您問,我也不敢去,為您試推新案。


李志勇123569


打磨一件物品,直到摸上去很光滑,你是不是覺得這件物品表面是平的。當你用電子顯微鏡查看的時候,就會大吃一驚,原來還是毛毛躁躁的。原子用電磁力緊密結合起來,當然還有引力,斥力等。三體人用他們的技術消除了斥力,使得一個個原子排列整整齊齊,在1000萬倍的放大倍率下,沒有空隙。所以其堅硬程度超過了飛船裝甲,大家有經驗,用鑽石劃玻璃,因為堅硬程度不同,玻璃碎掉,而鑽石毫髮無損。撞飛船也是同理


看穿過去和未來


物理四大基本力分別是“引力”“電磁力”“弱核力”“強核力”。

水滴就是這個強核力產生的“怪物”。

強核力是已知最強大的力,但是作用半徑極小,通俗點說,這種力可以將兩個原子中的原子核(質子)拉在一起,將兩個原子核間廣大的空間全部壓縮,所以從這點上說,它的密度基本相當於中子星的密度。而由這種物質構成的物體,相對於普通物體,就跟鑽石與豆腐相比一樣。所以才有了一個水滴就撞穿了兩千艘航母。


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