刘慈欣曾经说过：“科学是科幻小说的故事资源”，这句话也可以理解为一部优秀的科幻小说需要构建在真实的科学基础上，这应该是刘慈欣会在《三体》中引入大量真实的物理学知识的原因。那么，刘慈欣在《三体》中引入了哪些物理学知识呢？

 

《三体》三部曲是刘慈欣所写的长篇科幻巨作在这部小说中，刘慈欣给我们构建了一个完整的科幻宇宙三体的科幻宇宙之所以很完整，除了归功于刘慈欣缜密的思维外，书中那些真实的物理学知识也起到了很大的作用这些真实的物理学知识会让读者产生一种错觉，仿佛书中所描绘的宇宙就是我们这个真实的宇宙。

那么，刘慈欣在《三体》中引入了哪些物理学知识呢？写在前面：  去年10月3日，我们几个返回老家的老同学一起聚了个餐闲聊的时候，我发现好几位同学和我一样，大家都喜欢读《三体》，这让我开心极了，有一种找到了知音的感觉。

紧接着第二天，2022年诺贝尔物理学奖揭晓了，获奖的是三位研究量子纠缠的物理学家看到这个新闻的时候，我的脑海中很自然的就浮现出了《三体》中的智子因为在《三体》中，四个智子之间就是靠着量子纠缠的超距作用实现了地球和三体的实时通信。

  我是一个理工男，从高中开始就喜欢物理，平时也很喜欢看前沿物理科普书籍，所以在读《三体》的时候，我不仅仅是在看故事情节，更是在看刘慈欣在书中所运用的那些物理学知识老同学的聚会和诺贝尔物理学奖的颁发，让我萌生出了写“《三体》中所包含的物理学知识。

”系列科普文的念头，然后我就动笔写下了第一篇：量子纠缠  这是我这一生中第一次写长篇科普文，从去年十月到现在，我已经写出六篇三体科普文了，后面我还会再接着往下写可能是因为第一次动笔时思路还不是很清晰，所以回过头来看第一篇，我发现之前写的还不够好，有些地方都没有写到位，这让我有一种美中不足的感觉。

为了不给自己留下遗憾，我决定对这第一篇做一下修改，所以就有了今天的这个修订版，特此做一个解释  好了，废话不多说，下面就进入修订版的“量子纠缠”  2022年10月4日，2022年诺贝尔物理学奖在瑞典皇家科学院揭晓，获得这次诺贝尔物理学奖的是三位量子物理学家：阿兰。

·阿斯佩、约翰·克劳泽和安东·蔡林格，他们设计了大量跟“量子纠缠”有关的实验，这些实验结果都违反“贝尔不等式”，从而验证了“量子力学非定域性”的正确，为以量子计算和量子通信为代表的第二次量子革命奠定了基础。

  那么，何为量子纠缠？何为贝尔不等式？何为量子力学非定域性？  说起量子纠缠，就不得不说大家耳熟能详的两位物理学大师——玻尔和爱因斯坦玻尔和爱因斯坦是好朋友，两人都是量子力学的开创者和奠基人，但是他们对量子力学的诠释却是各抒己见，针锋相对。

针对量子力学，玻尔和爱因斯坦有过三次著名的交锋，前两次交锋我按下不说，重点来说一下跟量子纠缠有关的第三次交锋  1935年，爱因斯坦、波多尔斯基和罗森三人在《物理评论》杂志上发表了他们共同署名的一篇论文，在这篇论文中，他们构思了一个描述量子纠缠的思想实验。

  在这个思想实验中，存在着两个相互纠缠的一对粒子（粒子A和粒子B），这两个粒子都可以取自旋向上和自旋向下两种状态，但是相互纠缠决定了它们的自旋只能相反，所以这两个粒子只能是“A上B下”和“A下B上”两种状态的叠加，不可能存在第三种状态。

在被观测之前，粒子A的自旋可以向上也可以向下，粒子B的自旋同样可以向上也可以向下，但一旦我们测量粒子A的自旋，使得粒子A的自旋被确定下来后，由于A和B之间的相互纠缠，粒子B的自旋也就同时被确定下来了  这里就出现问题了。

  如果粒子A和粒子B相隔的很远，达到几万光年，那么为什么在粒子A的状态发生改变时，粒子B的状态也能瞬间改变呢？难道粒子A和粒子B之间可以瞬间互通消息？假设粒子A和粒子B之间确实能够互相感知，那么它们之间传递的信号就需要在一瞬间跨越几万光年，这个信号的传递速度远超光速，这是一种“幽灵般的超距作用”。

  爱因斯坦坚持经典物理的“定域性”理论，他认为一个特定物体只能被它周围的力所影响，两个物体之间的相互作用，必须以波或粒子作为中介才能传播根据相对论，光速是我们这个宇宙最快的速度，信息传递的速度不可能超过光速，在某一点发生的事件不可能立即影响到另一点，所以，如果粒子。

A和粒子B相隔几万光年，它们之间是不可能瞬间互传消息的  但是以玻尔为代表的哥本哈根学派则认为：粒子A和粒子B是一个互相纠缠的整体，只有用波函数描述的整体才有意义，所以我们不能将它们视为相隔甚远的两个个体——既然两个粒子是协调相关的一个整体，那么它们之间便无须传递什么信息了。

这就是以玻尔为代表的“量子力学非定域性”观点  但是，玻尔的这套解释没有说服爱因斯坦，以爱因斯坦为代表的经典物理学家们始终坚持经典物理的“定域性”理论，他们认为：存在量子纠缠的粒子A和粒子B应该是在分离之初就一直携带着“在哪个观测地点显示为哪种自旋状态”的隐藏信息。

所以无论粒子A和粒子B相距多远，只要在一个观测地点确定了粒子A的自旋状态，那么粒子B就可以通过它所携带的隐藏信息知晓，在相对应的观测地点应该显现为何种自旋状态这种类型的隐藏信息被称为局部隐变量  这就是著名的“。

EPR佯谬”  爱因斯坦的“EPR佯谬”只是一个思想实验，在他刚提出EPR佯谬的时候，科学家们无法在实验室中设计出验证“量子力学是否符合定域性”的实验，所以对该佯谬的讨论只能停留在思想层面  贝尔是爱因斯坦观点的支持者，他热衷于通过实验来验证爱因斯坦观点的正确，所以他根据局部隐变量理论推导出了一个不等式，这就是著名的“贝尔不等式”。

  对于我们普通人，我们无须去详细了解贝尔是如何推导出这个不等式，也无须去详细了解贝尔不等式为何物，我们只需要知道，有了贝尔不等式，科学家们就可以在实验室里设计出有关量子纠缠的实验；通过观察实验结果是否符合贝尔不等式，科学家们就可以判断量子力学是否符合定域性：

  如果实验结果符合贝尔不等式，那么量子纠缠的粒子间存在着隐变量，这意味着爱因斯坦是正确的，玻尔所支持的“量子力学非定域性”观点是错误的；如果实验结果不符合贝尔不等式，那么量子纠缠的粒子间不存在着隐变量，这就意味着爱因斯坦是错误的，玻尔所支持的“量子力学非定域性”观点是正确的。

  获得2022年诺贝尔物理学奖的三位物理学家，他们在实验室里设计了各种跟“量子纠缠”相关的实验，通过观察“实验结果是否符合贝尔不等式”，来确定“量子力学是否符合定域性”最终，他们的实验一致证明：  量子力学符合非定域性，量子纠缠的粒子间不存在隐变量，它们之间确实有着无视距离的幽灵般的超距作用！。

  用通俗的话来说，量子纠缠的粒子之间不论相隔多远，可以瞬间互通消息！

  搞清楚了量子纠缠的这个超距作用，我们就可以知道刘慈欣是在《三体》中的何处引用了量子纠缠的概念了  为了锁死地球人类的科学发展，三体文明推动了一个智子工程，这个工程分别将四个质子进行低维展开（这里包含了另一个物理学知识，我将在后续再来介绍啊），然后将这四个质子都建造成了超级智能计算机。

建成以后，这四个质子被命名为智子一号、智子二号、智子三号和智子四号，其中智子一号和智子二号被发射到了地球，智子三号和智子四号留在了三体星球上在《三体》小说中，刘慈欣是这么介绍这四个智子的：  “一个以上的智子，能够通过某些量子效应，构成一个感知宏观世界的系统。

举个例子：假设一个原子核内部有两个质子，他们相互之间会遵循一定的运动规则，比如自旋，可能两个质子的自旋方向必须是相反的当这两个质子被从原子核中拆开，不管它们相互之间分离到多大距离，这个规则依然有效；改变其中一个质子的自旋方向，另一个的自旋方向也必然立刻做出相应的改变。

当这两个质子都被建造成智子，它们之间就会以这种效应为基础，构成一个相互感应的整体，多个智子则可以构成一个感应阵列，这个阵列的尺度可以达到任意大小，可以接收所有频段的电磁波，也就可以感知宏观世界了”  在不知何为“量子纠缠”的时候，读《三体》中的这段话会让人感觉云遮雾绕，看的是懂非懂。

但是在清楚了解“量子纠缠”的概念后，我们就会知晓刘慈欣这段话所包含的一个意思是：  智子一号、二号、三号和四号之间存在着量子纠缠，所以就算三体星球和地球之间有着四光年的超远距离，地球上的“智子一号和智子二号”与三体星球上的“智子三号和智子四号”也可以无视距离进行实时通信！

  这是刘慈欣在《三体》中引用量子纠缠概念的其中一个地方，也是最明显的一个地方不过在我看来，刘慈欣在《三体》小说中的另一个设定，可能可以用来解释量子纠缠那“幽灵般的超距作用”从何而来  在《三体》小说中，刘慈欣告诉我们，四维宇宙并不是最初的宇宙，在宇宙刚诞生的田园时代，宇宙并不仅仅只有四维（三个空间维度加上一个时间维度）。

对于田园时代宇宙的描述，刘慈欣在《三体》中的原话如下：  “田园时代的宇宙不是四维的，是十维那时的真空光速也不是比现在高许多，而是接近无限大，那时的光是超距作用，可以在一个普朗克时间内从宇宙的一端传到另一端。

…”  从字面意思来看，刘慈欣的这段话是告诉我们，十维宇宙时的光速无限大，那时的光具有超距作用不过在了解了量子纠缠的概念后，大家是不是对这里“超距作用”这四个字感到非常亲切？因为我们已经知道：量子纠缠的粒子间就有着幽灵般的超距作用！。

  所以，我有一个猜测：  量子纠缠的粒子之间是不是存在着一种高于四维（三个空间维度加上一个时间维度）的高维作用？  听到“高维作用”四个字，我估计大家都能理解这个字面意思，但为何高维作用能够解释超距作用，我估计大家可能还是不太明白。

让我以二维空间和三维空间的情况来举一个例子吧，这个例子比较形象，看完这个例子后，我估计大家就能明白为何我说高维作用可以解释量子纠缠粒子间的超距作用了  假设我们是二维生物，所生活的二维空间是一个像甜甜圈一样的一个圆环的表面，那么在这个二维空间中，从

A点到B点的最短距离就是沿圆环内侧绕一个小半圈的曲线（如下图中的白线所示）但是，如果我们是三维生物，我们所生活的空间就应该是一个三维空间，那么从A点到B点的最短距离就是连接两点之间的直线（如下图中的黑线所示）。

  假设有一个信号要从A点传递到B点，如果这个信号受二维空间的限制，那么信号从A点到B点就需要走白色曲线；但是如果这个信号可以按照三维空间的规则进行传播，那么信号从A点到B点就可以走黑色直线通过上图我们可以明显看出，白色曲线的长度远远大于黑色直线的长度。

  爱因斯坦的相对论告诉我们，光速是我们这个宇宙最快的速度假设无论是在二维空间还是在三维空间中，光速都是极限速度，那么由于黑色直线的长度远远小于白色曲线的长度，生活在二维空间中的我们就会认为按照三维空间传播的信号是突破了光速的限制，更直白地说，生活在二维空间中的我们就会认为这种按照三维空间进行传播的信号拥有着一种超距作用。

  在现实世界中，我们人类是三维生物，只可以感知到三个空间维度不过弦理论告诉我们，我们这个宏观宇宙的维度数量要比三维多很多，那些多于三维的维度都紧紧地卷缩在了宇宙褶皱的结构之中同样，微观世界中的基本粒子实际上也都不是一个点，它们也卷缩了很多维度（有关弦理论的更多内容，等我后面再来详细介绍啊）。

  从弦理论有关维度的说明可以猜测出，量子纠缠的粒子之间是有可能存在着高于三维的高维作用的，如果量子纠缠的粒子之间真的存在着突破了三维空间限制的更高维度的作用，那么它们之间的信号传递是不是就可以走高维空间的更短距离了？

  我们人类看不到高维空间的情况，只能以三维空间中的距离来计算量子纠缠的粒子间的信号传递，那么自然就会得出“信号传递的速度突破了光速限制”的结论  如果量子纠缠的粒子之间真的存在着这样一种高维作用，那么我们就不能说爱因斯坦的相对论是错误的。

因为爱因斯坦是在三维空间的基础上来理解量子纠缠的，如果三个空间维度无法看清量子纠缠的全貌，那么他自然也就无法理解量子纠缠的超距作用，所以爱因斯坦的相对论没有错，只是可能他的相对论还不够完善  同样，我们也不能说以玻尔为代表的哥本哈根学派的解释是错误的。

玻尔认为量子纠缠的粒子们是互相纠缠的一个整体，不能把它们看成是独立的个体，所以它们之间的状态变化不需要信号传递玻尔的这个解释有点取巧，因为他也没有看清量子纠缠的全貌，所以他只能给出这种比较模糊的解释在我看来，高维作用超出了我们人类的感知范围，我们确实可以把存在着高维作用的量子纠缠的粒子们看成是一个整体，所以玻尔的解释也可以算是正确的。

  这就是我读到“刘慈欣在《三体》小说中对宇宙田园时代的设定”而想到的可以对量子纠缠的粒子间那“幽灵般的超距作用”做出解释的一种猜测  刘慈欣曾经说过：“科学是科幻小说的故事资源”，这句话也可以理解为一部优秀的科幻小说需要构建在真实的科学基础上，这应该也是刘慈欣会在《三体》中引入大量真实的物理学知识的原因。

  “量子纠缠”只是刘慈欣在《三体》中所引入的诸多物理学知识的其中一个，那么，刘慈欣还在《三体》中引入了哪些物理学知识呢？  PS：文中图片来自于网络。未完待续

免责声明：本站所有信息均搜集自互联网，并不代表本站观点，本站不对其真实合法性负责。如有信息侵犯了您的权益，请告知，本站将立刻处理。联系QQ：1640731186