《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?

宇Y宙Z觀G察Z


科幻作品《三體》中出現的三體人武器“水滴”顛覆了很多人的想象,三體人憑藉這一個水滴就擊敗了人類兩千艘戰艦。對於這個描述,實際上是符合科學道理的。水滴是由強相互作用力製造的,是宇宙間最堅硬的物質,處於絕對零度和絕對光滑的狀態。除非擁有擊破原子核的力量,否則它可以在宇宙間縱橫馳騁,把一切都打得粉碎。

這個強相互作用力實際就是強核力,我們的宇宙有四種基本力,分別是強核力,弱核力,引力,電磁力。這四種力原本是組合在一起的,形成一個絕對的宇宙原點。後來四種力出現了破缺,打破了平衡,出現了宇宙大爆炸,才有了我們今天看到的宇宙。

今天宇宙的萬千物質都是源於四種力最初聚合在一起的某個點。說到這裡,就可以理解為什麼《三體》中科研人員經過研究後認為水滴的質量是正常的。水滴內部包含了複雜的構成,這些構成可以收縮到一個指定的範圍,鎖住其中的一切物質和存在。外殼則是堅不可摧。這和宇宙最初的那個狀態很類似,三體人利用了宇宙物理學的基本原理,製造出了這樣一款超級武器。

地球的戰艦,包括地球本身,面對水滴,都像一張紙面對子彈一樣。紙被瞬間擊破,而子彈本身毫髮無損。

關於這四種力,除了電磁力和引力可以通過介質來感受到以外,強核力和弱核力都屬於原子層面的力學概念。人們感受不到它們的存在,但它卻深刻的影響著整個世界的運行。物質是由原子組成的,而原子則是由原子核和其他電子組成,這些電子呈不規則運動,更多時候是跳躍式,稱為量子躍遷。

構成原子核的物質是質子和中子,它們通過強核力結合成原子核。因此強核力是形成物質最重要的力。如果想要擊敗水滴武器,就需要一種能夠打破原子核的力量,而人類的科技發展水平,顯然不太可能在幾百年裡辦到。


兵說


《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。

以上是頭條號“海闊天空詩酒花”的回答。歡迎在今日頭條APP關注“海闊天空詩酒花”,圖文、問答、視頻,海闊天空隨便聊。


海闊天空詩酒花


很高興回答你的問題。

這裡需要給大家科普一個概念:

強相互作用力。

所謂的強相互作用力,就是比如原子核內部質子和中子之間的力。這就是為什麼小小的核彈和氫彈,爆發的力量卻是那麼恢弘。

而在茫茫宇宙中,有一種星系叫做中子星。就大約是一個巨大的星系,無限向中間吸引和崩塌、壓縮。形成的高密度星系。這就是中子星。大家可以理解為宇宙大爆炸這個過程的——逆反效果。

而水滴就是這樣的,通過強相互作用力形成的水滴。文章裡最精準的描述就是:

彷彿是世界上不存在的弧度和美麗。彷彿一件藝術品。撞毀了飛船後,它的表明都絲毫沒有任何擦痕。

發現了嗎?

它的秘密武器在於:

1.超強的硬度(強相互作用力材料);2.超強的耐高溫屬性;3.加速快,速度上限高;4.無視運動學理論的“邪魅”軌跡

而這其中,1和4是這4點裡最大的秘密武器。

如果覺得有用,您就給點個贊、粉個好友唄。

大約花費0.3KB的流量,哈哈哈哈哈。

畢竟,我辣麼萌~


不哈韓的小韓


不請自來


在《三體》中,三體人的一顆探測器就全殲了地球艦隊,而地球艦隊對水滴反擊時,卻連根毛都沒有炸下來,什麼高能激光,粒子束各種各樣花裡胡哨的黑科技都上了,卻遇到了一個專制花裡胡哨的。。。。。。

靠著最傳統的方式,專業點來說叫做利用動能,俗點就叫撞。在傳統觀念中,未來的高級戰爭應該是花裡胡哨的,各種五顏六色的光束把戰場平添一股秀氣。

但是,你一坨金屬塊靠著撞,把我三大艦隊給直接撞沒了,你開掛了吧!

鎖頭+鎖血+自瞄+疾跑

我要舉報你!!!

但對此,人水滴也覺得冤,人心想:“我本來就三級頭三級甲了,你還拿信號槍打我,還說為啥整不死我。”

切回正題,人三體人到底用了什麼黑科技,才造就這麼個玩意?

書中詳細介紹了原理,“利用特殊的裝置,使電磁力抵消,使強互作用力溢出。”

強互作用力,自然界四大基本力之一,核子之間的核力,使核子結合成原子核的相互作用。

簡單的說,就是讓最小單位之間直接以最大力緊密相連,也就是說,這些原子相互約束,誰也動不了,結果,沒了運動也沒了溫度,直接絕對零度。由於原子動也動不了,他們間也不會分開了,換句話說,王八吃了秤砣,鐵了心。

結果,面對人類的主要產生熱量傷害的激光武器,他以他冷漠的心迎接;面對粒子束,他以他那一絲縫隙都沒有的外表對待;面對電磁炮彈,來,比比誰硬到最後!

想放鞭炮一般,噼裡啪啦,全軍覆滅。誰會相信是這麼個東西做的?


大劉迷


答:《三體》中的水滴,表面由強相互作用材料製成,控制它的計算機在內部。


四大基本力

據劉慈欣在《三體》中的描述,水滴表面是一層強相互作用力連接起來的分子層,水滴內部是強相互作用發生器和控制計算機,每個水滴重量大約是10噸。

要了解水滴為什麼那麼堅硬,我們先來了解自然界的四大基本力:強相互作用(強力)、弱相互作用(弱力)、電磁力,萬有引力。


宇宙中一切力的相互作用,都可以歸到這四種基本力上,其中電磁力和萬有引力主宰著宏觀世界;在我們日常生活中,除了重力之外的所有力,本質上都是電磁力,比如摩擦力、彈力、磁力、壓力等等。

電磁力的強度是萬有引力的10^36倍,比如兩塊釹磁鐵可以產生非常強的吸引力,但是它們之間的萬有引力完全可以忽略掉;不過萬有引力只存在吸引力,使得萬有引力主宰著大尺度的宏觀運動。


而強力比電磁力還要強100倍,但是隻作用於微觀世界;比如原子核由質子和中子構成,質子間因為帶正電荷會相互排斥,之所以質子間的電磁力不會讓原子核潰散,就是因為質子間還存在強力。

強力像一根強有力的“彈簧”,兩頭把質子捆在一起,當質子間距離在一定範圍內增大時,強力反而越大。


水滴

《三體》中描述的水滴,就是利用了強相互作用,把水滴表面的單分子層,用強相互作用鎖定,相鄰原子的原子核緊緊挨在一起。

正是因為如此,要破環水滴起碼得需要破壞原子核的能量,於是在水滴表面,形成了一道非常堅硬的外殼;由於常規物質的硬度由電磁力決定,所以根本無法和水滴表面硬度相比較,水滴穿過一艘飛船就如子彈穿過奶酪一般。

在《三體》中,藍色空間號的成員,進入四維空間破壞了水滴內部的強相互作用發生器,才使得水滴失效;當然,這些都是小說中的描述,目前人類的能力,還無法操控強力。


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艾伯史密斯


第一、水滴用了什麼科學原理,為什麼硬度那麼硬?

第二、水滴的動力是什麼,憑什麼做到15%以上的光速,還能做到銳角轉向?

第三、水滴究竟怎麼摧毀了人類上千艘恆星級戰艦?

第一個問題:水滴用了什麼科學原理,為什麼硬度那麼硬?

答:水滴的全稱為:“強相互作用力探測器!”目前在我們已知的宇宙中,存在四種力:萬有引力、電磁相互作用力、弱相互作用力、強相互作用力。水滴所運用的就是強相互作用力,通過某種手段,使物體的每個分子牢牢地釘在一起,緊密的排列。其作用力之大,甚至連分子間的震動也消失,分子間不存在任何的縫隙,也不存在任何的熱傳導。這就造成水滴三大特點:表面絕對光滑、硬度超太陽系最硬物質百倍以上,表面保持在絕對零度。但更加神奇的是,水滴還保持著正常的質量,這是最不可思議的地方,也是水滴最不被主流科學家認可的地方。因與主題無關,小編在這裡暫時不做分析。

第二個問題:水滴的動力是什麼?

答:不知道,這個大劉在書中並沒有說。但我們仍然可以通過以下幾個線索去推斷水滴的動力:1、製造水滴的第一艦隊以反物質為動力。2、水滴末尾能發光。

3、水滴運用了引力彈弓效應,說明第一艦隊對其速度並不滿意。4、水滴可以銳角轉向,說明其動力之強悍。5、強相互作用力的水滴,雖然外觀保持著絕對零度,卻發出過太陽核心般的超高溫,瞬間氣化丁儀等人。6、水滴彷彿有無限動力,在人類世界遊弋上百年還能追殺藍色空間號。

通過以上幾個線索,我們大致可推測水滴仍然採用的是反物質動力,只不過和第一艦隊相比有所改進和提高。因為,水滴始終沒有發生湮滅爆炸。至於究竟是什麼,也許大劉也說不清。

第三、水滴究竟怎麼摧毀了人類上千艘恆星級戰艦?

答:這個更好說,從表面上看就是最野蠻原始的撞,依靠強相互作用力的硬度,撞毀人類的戰艦。但從更深層次理解,其實水滴代表著三體的戰術和軍事思想。即通過智子遠程遙控,精確鎖定人類戰艦的聚變燃料艙,一招致命。

為什麼要通過智子遙控?因為末日之戰的戰場離第一艦隊2光年以上,如果使用其他方式無法指揮,只能運用智子超光速通訊原理進行指揮。事實上,從水滴到達地球,就一直接受智子的領導。

水滴為什麼要鎖定聚變燃料艙?其實這就好比用子彈打汽車的道理一樣,直接攻擊你的發動機和郵箱,讓汽車起火燒死敵人,一招致命。

水滴為什麼能鎖定聚變燃料艙?因為有智子,三體瞭解人類每一艘星艦的每一個細節。所以水滴能精確鎖定聚變燃料艙。

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深度科幻


《三體》很出名!但是科幻是不可較真的,一較真就漏洞百出,無論是書還是電影,都沒法看了!

這個水滴飛行器堅固無比、光滑無比、無堅不摧,據探測推斷,是利用強相互作用製造而成!

我們先不說宇宙中有沒有科技文明已經達到了能利用強力製造的事情,就強力本身的一個特性,已經否定了它能被利用於製造機械體的作用!這就是,強力是短程力,作用範圍不超過兩個質子或中子的尺度!

而非要利用它,那就是將質子或中子不斷串連擺排而成巨型可塑體,一體而成水滴飛行器。可能嗎?用若干個磁體球試驗一下,擺成一個封閉體,推測一下,這種結構會有多大強度?另外,再查一查等離子體和中子星的概念,水滴飛行器難到不就是個中子飛行器嗎?

科幻逗你玩兒,千萬別認真!



亦羞


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


因為水滴是用強相互作用力把基本粒子做成的東西,這玩意兒對付靠電磁力結合在一起的普通物質,猶如快刀切豆腐。

我們這個世界幾乎所有的宏觀相互作用都是靠電磁力,比如你坐在椅子上,由於電磁力的存在,你的屁屁與椅子分子間並不是緊密貼在一起的,而是靠電磁斥力懸浮在椅子上方,當然了懸浮的距離是非常小,在分子尺度。你把杯子摔碎,本質上是客服了杯子上分子之間的電磁力,使它們分開,不過分子本身並沒有發生變化。無論是飛機飛行還是把火箭發射到太空利用的都是電磁力。

構成我們這個世界的幾乎所有宏觀物體都是靠分子間的電磁力結合在一起的,而原子核中的質子與中子之間是靠強相互作用力結合在一起的,強相互作用力比電磁力要強太多,但作用距離要小很多。所以說用強相互作用力物體來對付電磁力物體,後果就像是用鐵拳砸在豆腐上一樣,豆花飛濺啊。

關於幾種不同的相互作用力,在高中物理課本中就有詳細介紹。


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