【书  名】科幻中的物理学

【作　者】李淼 著    

【出版者】商务印书馆

【索书号】O4-49/4012(2)

【阅览室】自然科学阅览室

作者简介

李淼，1982年毕业于北京大学天体物理专业，后赴哥本哈根大学玻尔研究所深造，获博士学位。1990年留美从事理论物理研究，先后执教加州大学圣塔芭芭拉分校、布朗大学、芝加哥大学费米研究所。1999年回国，受聘中国科学院理论物理研究所，现任中山大学天文与空间科学研究院院长。李淼教授是一位具有国际影响力的理论物理学家，近年来又在学术研究之外另辟蹊径，以大家著小书，有《越弱越暗越美丽》《想象另一种可能》《<三体>中的物理学》《超弦史话》《给孩子讲量子力学》等相继问世，风行坊间。

内容简介

以科学含量论软硬，我的作品属硬科幻，而李淼老师的书，本本都是“金刚经”，尤其是这本《科幻中的物理学》，于科幻作者和读者两方面而言，都无疑是一支成色十足的“金刚钻”。——刘慈欣

科幻大师刘慈欣读罢此书，誉之为“科幻作者与读者的‘金刚钻’”，说的是，此书不仅以科学助力想象，教人如何构建一个合理的未来世界，更以科学勘破迷局，教人如何在纷繁复杂之中不惑于心。正如罗振宇所说，“我们不需要学物理学，但我们需要向物理学家学习他们是如何看待这个世界的。”通专门之学谓之“知”，以专门之学答人生诸问可称“智”。《科幻中的物理学》荟萃科学原理，涵养科学思维，传播科学智慧，绝非一般意义上的科普读物。大物理学家李淼教授引殿堂学问，释普罗迷思，成就了面前这本小书，各种阅读姿势皆宜：浅尝可启发想象，常翻可澡雪精神，精研可涵养智慧。

前言

未来的生活

随着科技的发展，人类的生活一定会发生一些可以预见的变化。限于篇幅，这里就只讨论几个与科幻相关的话题。

首先一个，就是美国著名物理学家费曼提出的一个设想。大家应该还记得，我们前面提到过他设想的量子计算机。这里要讲的，是他的另外一个设想，即纳米机器人革命。

他曾经提出，人类向内发展的空间是很大的，或者说，微观的空间是很大的。要利用微观空间，一种可能是制造微小的机器人，也就是纳米机器人。叫纳米机器人，并不意味着它们的尺寸必须是纳米级别的。从实用的角度来说，也是没有这个必要的。只是说这一类机器人最小会小到纳米级别，一般的可能处在亚微米级别，或者再小一些。

这种纳米机器人一旦投入使用，对人类来说，最重要的影响可能是在医学方面。在一些科幻作品中，我们应该看到过类似的场景：人们生病的时候，不再服用化学药品，而是吞下去一颗颗的胶囊。胶囊里装着的就是纳米机器人。胶囊溶化以后，纳米机器人就会释放出来，进入血液，随血液去到全身各处，去攻击细菌或者病毒。另外，还有一些人体修复工作也可以由这些机器人代劳。

除了治疗疾病，纳米机器人在研究生命体的组成方面，也会起到一定的作用。大家可能都听说过大分子、DNA、线粒体、分子马达……这些方面的研究，都可以用到纳米机器人。纳米机器人进入人体或者其他动物体内之后，就可以对这些微观结构进行“实地勘察”。

另外一个话题，就是我们前面提到过的火星移民。

大家都知道美国有一个SpaceX 公司， 这个公司的老板叫埃隆•马斯克。我们经常见到的特斯拉电动汽车，就是他研制出来的。马斯克不仅是特斯拉电动汽车之父，他还在研究火箭，想要找到回收火箭的办法。打个不恰当的比方，以前的火箭就像一颗爆竹，用完了就完了，只剩一地“鸡毛”，无法回收再利用。可火箭毕竟不同于爆竹，它造价高昂，如能回收，就可以极大地节约成本。截至目前，火箭回收已经有过几个成功的案例。

除了以上这些，他还开展了移民火星的研究。他希望21 世纪可以移民200 万的人口到火星上。

我们前面提到过，火星虽然离地球很近，也可能存在液态水，但还是有很多不利的因素需要克服。比如说，火星的温度很低，大气的成分和地球差异很大。那么我们人类要想往火星移民，就要先解决这些问题。

不过从理论上来看，移民火星还是有一定可行性的。我们这里简单地分析一下。

火星距离太阳2.2 亿多千米，折合1.52 个天文单位，或者说是1.52个地球到太阳的距离。根据开普勒定律，火星绕行太阳公转的周期的二次方，跟它与太阳之间的距离的三次方成正比。由此可以得出，一个火星年大约是1.88 个地球年，也就是500 多天。而火星上的一天只比地球略长一点，大约是24 小时30 分。在这些方面，火星跟地球还是比较接近的。

移民火星需要解决的第一个问题就是火星的大气问题。火星上的大气压大约只有地球的1%，且大气中的二氧化碳含量超过95%。虽说二氧化碳有助于温室效应，将火星的平均气温拉高了5 度左右，但即便如此，也依然只有零下六十几度。而地球的平均温度大约是15℃。所以，我们不仅要提高火星的大气浓度，还要把火星的大气温度提高70 度左右。换算成绝对温度来表示的话，就是要把绝对温度提高三分之一左右。要提高温度就要增强温室效应，要增强温室效应，就要提高大气对红外线的吸收率。回想一下前面讲到的计算温室效应的公式。对于火星而言，f的数值本来就很小。要把温度提高三分之一，那么f的数值就要提高到1.37，几乎是地球上的2 倍。这可是一个非常浩大的工程。

除了提升温度，还要提升大气的含氧量。这个问题有两种解决方法。第一种是分解土壤中的氧化铁，释放出氧气。火星之所以是红色的，是因为土壤中氧化铁的含量非常高。所以制氧的原材料还是非常丰富的。但利用这种方法，需要消耗很多能量，并不是很经济。第二种方法是种植植物。我们知道，地球上的氧气很大程度上来源于植物的光合作用。但是我们也知道，地球形成到现在已有几十亿年，地球的大气组成是几十亿年演变的结果。即便我们在火星表面种满植物，要通过植物来改变火星大气中的氧气含量，至少也得等上100万年。

因此，虽然移民火星在理论上是有可能的，可真实施起来，却不是那么容易，需要做足方方面面的准备。除了这些，科技的进步也会带来一系列的社会问题，比如贫富差距拉大、阶级固化等。这些问题也很重要，也需要警惕，科幻作品中也时有体现，可总归还是属于社会问题，离物理学相对较远。因此我们点到为止，不做深究。科幻中的物理学，尽管科幻，却仍是物理学。