【三体】黑域光速不是16.7Km/s?

2021-08-13 21:33 作者:什么是柚子茶 0人读过 | 我要投稿

引子

光在真空中的速度是每秒三十万千米（ $3.0%C3%9710%5E8%20m%2Fs$ ）

在水中的速度是每秒二十二万五千千米（ $2.25%C3%9710%5E8%20m%2Fs$ ）

在玻璃中的速度是每秒二十万千米（ $2.0%C3%9710%5E8%20m%2Fs$ ）

如果能发明一种“玻璃”，光在其中的速度很慢很慢，比如说一天只走一毫米，那么把一块这样的大玻璃放在一个风景秀美的地方一段时间，再把它搬回家里，封存在玻璃里的湖光山色就会自然地流露出来。

今天我们要探讨的问题也与光速有关，不过这个想法更加疯狂。

正篇

（大刘的三体三里，提到了黑域的概念：如果把太阳系的光速降到16.7Km/s，即第三宇宙速度，那么由于光速不可超越，太阳系内的物体就将无法达到逃逸速度，形成一个低光速黑洞，从而向宇宙发布安全声明……）

那么这个速度对吗？其实应该是不对的，16.7Km/s、第三宇宙速度，指的是从地球表面发射航天器，飞出太阳系，到浩瀚的银河系中漫游所需要的最小发射速度，实际上地球的公转已经为航天器提供了一定的动能了。甚至地球本身的公转速度29.8Km/s都超过了这个速度。

那么这个速度应该是多少呢？

首先来简单复习一下高中物理天体运动的部分

第一宇宙速度：假设飞行器绕地球作匀速圆周运动，那么向心力完全由万有引力提供

$GMm%2Fr%5E2%20%3Dm%20v%5E2%2Fr%0A$

$v%3D%E2%88%9A(GM%2Fr)$

第二宇宙速度：飞行器从地球表面以速度 $v$ 出发，恰好到离天体无穷远处，由于机械能守恒，那么动能将全部转化为引力势能，即

$1%2F2%20mv%5E2%3DGMm%2Fr$

$v%3D%E2%88%9A2%20%E2%88%9A(GM%2Fr)$

对于地球这个速度是

即第二宇宙速度，对于太阳该公式也成立，这个速度只与物体与太阳之间的距离有关，距离越大该速度越小，所以实际上太阳系里的逃逸速度并不是一个固定值，更不是第三宇宙速度

比如在太阳表面该速度为

在冥王星轨道处为

那么，如果要让冥王星轨道内形成一个黑域，那么降低后的新光速应该取哪个值呢？

如果取617.421Km/s,那么太阳系里的其他地方的逃逸速度都低于该值，所以仍然可以逃逸，如果取6.707Km/s，也有很大的问题，和选择16.7km/s的问题差不多大，除去部分行星运行速度大于该值外，此时光速已经小于太阳表面的逃逸速度。

没错，如果光速低于617.421的话，光就没法逃离太阳表面，所以说误触死线引发的那个黑域里，根本就看不到“太阳”，是不是细思极恐。

另外，将光速降低，也不符合能量守恒，由于

$E%3Dmc%5E2$

将光速降低也会凭空让一部分能量消失，尽管此时由于

$m%3Dm_0%2F%E2%88%9A(1-v%5E2%2Fc%5E2%20)$

速降低物体的质量会增大，但是通过简单举例后计算可以知道能量并不守恒(有些兴趣的同学可以自己试一下)，非要解释的话，可能这部分能量被封存在了扭曲的空间里吧。

所以，这个速度不是16.7Km/s，也不是某一个恒定值，如果硬要说的话，可能这个速度需要成为一个变量，与太阳系内某点的逃逸速度保持一致才可以，而这是基本上没有任何可能做到的。换言之，黑域作为三体三内的一个重要概念，基本上是无法自洽的。

大刘犯下这个错误的原因可能是，首先，错误的理解了第三宇宙速度定义，认为这个速度是普遍适用于太阳系这片广阔空间的，其次是，想当然的认为太阳系内的宏观物体都低于这个速度。

我在网上看了很多对黑域的质疑，很多都有道理，但绝大多数都忽略了这个速度本身是有问题的。

这个现象本身就很有意思，大刘自然而然地将宇宙的可怖图景潜藏于三个精致的童话故事里，当谜底揭晓的时候，绝大多数人都会拜服在这巧妙的构思下（当然我也不例外），而忘记去思考是否真的是这个速度。

其实只要了解一些简单的天文知识，这个错误就会不攻自破，比如说地球的公转速度是29.8Km/s，远超第三宇宙速度。

结尾

无奈的和美丽的错误——科幻硬伤

仅从科幻意义上来说，最高级的科幻小说是什么？

在大刘早年的一篇小随笔里，他把科幻硬伤分成了四类：由于知识和认知水平有限导致的疏忽硬伤和知识硬伤，以及“知其不可为而为之”的背景硬伤和灵魂硬伤。大刘说，灵魂硬伤是对于科幻来说最重要的一类硬伤，“硬伤成了这类科幻的灵魂，它本身就是科幻，这类科幻的理念就是要考查宇宙带伤运行时是什么样儿，这也只有科幻能做到。”