天文太空

三體,從科學到科幻

從特洛伊小行星到半人馬座α星,三體無所不在。在科幻世界中,《三體》更被譽為史詩式科幻的極致。究竟這部小說有幾分真、幾分假?

撰文/李偉才

天文太空

三體,從科學到科幻

從特洛伊小行星到半人馬座α星,三體無所不在。在科幻世界中,《三體》更被譽為史詩式科幻的極致。究竟這部小說有幾分真、幾分假?

撰文/李偉才


我自幼愛上天文,並由此愛上物理。早在學校還未教授牛頓力學之前,我便已經從課外的科普讀物中,知道牛頓力學和萬有引力理論乃是人類認識宇宙的道路上一項了不起的成就。這套理論能夠計算出天體在數十、數百甚至數千年後的位置,讓我們能夠準確預測日食、月食、水星凌日、金星凌日等天文現象。


然而有一個課題學校始終沒有教,而我只是從課外閱讀獲悉。它帶給我很大的震撼,使我在熱烈擁抱科學理性時,懂得對奧妙絕倫的宇宙心懷謙卑。這個課題便是萬有引力理論中著名的「三體問題」。


當我第一次認識三體問題時,有一種強烈的受騙感覺。這是因為被譽為可以「涵蓋宇宙萬物」的牛頓萬有引力理論,原來適用的範圍只限於兩個物體之間的交互作用,一旦加進第三個物體,便無法利用有關的方程式算出準確的答案(也就是無法求得解析解)!我的第一個反應是:這是個什麼鬼理論?還說什麼「萬有」呢?


當然,我很快便發現,牛頓萬有引力理論之所以這麼成功,是因為宇宙間大部份的重力問題,都可以化約為雙體系統中的質點運動問題。一個典型的例子,是當時令我無比興奮的登月壯舉。科學家之所以能夠準確計算阿波羅太空船的航行軌道,讓太空人登月後安全返回地球,是因為只需計算地球和月球這兩個天體對太空船的重力作用,而不必考慮太空船對兩者的重力作用。當然,這是因為太空船的質量比起兩個天體乃微乎其微,所以在計算某些方程式時可以把它的質量設定為零,於是三體問題變成了雙體問題。我說「某些方程式」,是因為在確定了太空船所在位置的總重力場之後,要推算太空船的運動會受到什麼影響時,仍然要把太空船的質量計算在內,但這時需要的只是牛頓的第二運動定律(F=ma),而不是萬有引力的數學公式。


然而,不是所有天體運動的計算都可以這樣簡單化解。當第三個物體的質量不是太大但也不能被化約為零的時候,科學家巧妙地採用了基於「微擾理論」的逐步逼近計算方法,這是一種在無法求得解析解的情況下使用的數值方法。以往數值方法需要大量極為繁重的人工計算,但自從電腦出現,這些工作已經由不會疲倦的電腦代勞。在大部份情況下,現實中要處理的不是三體問題,而是包含更多物體的多體問題。


從天文到小說


以上便是我在中學畢業之前對三體問題的所有認識。之後在大學雖然主修物理,但在課程中半點兒也沒有觸及這個議題,反倒是在課餘閱讀中,認識了木星軌道上的特洛伊小行星,進而知道從三體問題衍生出的「拉格朗日點」,這些點是兩個天體(在此是太陽和木星)共同重力作用下的一些穩定質點位置,特洛伊小行星便位於這些點上。


畢業後不久,我加入了香港太空館開幕的籌備工作,並在1979年的一次公開天文講座中,向大眾講解把「歐尼爾式太空居所」這類的未來太空城市置於「L5」拉格朗日點的好處。這源自美國普林斯頓大學物理學教授歐尼爾(Gerald O'neil)在1960年代末向學生提出的一個課題:發展工業文明的最佳場所應該在什麼地方?他回收的答案大部份都指出,最好的場所應該是極高溫和極低溫、超真空、失重和完全無塵的狀況都唾手可得的太空。於是歐尼爾和學生開始發展完全自給自足的「超大型太空居所」構想,這些直徑達數公里的圓柱形居所靠著自轉運動模擬重力,可以在內部建造山川湖泊、田野森林、鳥語花香。


後續研究顯示,太空城市的最佳位置應該是和地球與月球都保持固定距離的拉格朗日點,其中最合適的即是天文學上稱為L5的一點。不久,一班熱心人士成立了「L5會社」(L5 Society),進一步研究這個課題。


到了1990年代初,我對混沌理論產生濃厚興趣。我藉由閱讀大量相關書籍,首次知道土星衛星土衛八(Iapetus)的混沌旋轉狀態。按照科學家的解釋,這是由「軌道共振」現象所引起,而這種現象之所以會出現,與三體問題有著一定的關係(土星、土衛八和其他土星衛星之間的交互作用)。1994年初,我在香港理工大學開辦一堂名叫「從混沌到複雜——一場現代的科學革命」的通識課程,期間蒐羅並整理了大量有關的資料。年底,我跟太太和小女兒舉家移居澳洲雪梨,在那裡住了四年,期間多次在雪梨大學開辦該課程,只是改為全英語授課。三體問題當然是課程內容的一部份,但我一直把它看做人類發現「命定混沌」過程的跳板(參見48頁〈從三體到混沌〉),對三體問題本身再也沒有深究。


三體問題再次引起我的注意,是從澳洲回流香港之後。大概11~12年前吧,好友葉李華(台灣頭號科幻推手,十卷本的《衛斯理回憶錄》作者)來港時,極力推薦我閱讀中國作家劉慈欣的作品。不用說我逕自找來了其中最有名氣的《三體》一讀(應是從香港科幻會好友白錦輝那兒借得)。這是部字數達80多萬的科幻鉅著,分三卷出版,我開始看時第三卷才剛出版。


在小說中,「三體人」居住的行星處於距離地球約四光年的一個三合星系統,因為受到三體問題的影響,行星繞行三顆母星的軌道千變萬化:當軌道相對穩定時三體人稱之為「恆紀元」;當軌道無法預測且激烈變化時,他們稱之為「亂紀元」。千萬年來,三體人努力適應這些暴烈的環境變化,最後因為預期環境將變得極其惡劣而無法適應,決定遠征地球重建家園。


以題材論,《三體》與威爾斯(H.G. Wells)於1897年發表的經典科幻作品《世界大戰》(The War of the Worlds)中描述火星人為求生存而侵略地球同出一轍,因此可說了無新意。但所謂「戲法人人變、巧妙各不同」,《三體》之備受讚賞,不在於它的主題,而在於它恢弘的氣魄和驚人的細節。2011年初,台灣貓頭鷹出版社出版《三體》的繁體版,我受邀撰寫推薦語。我是這樣寫的:「這不單是中文科幻的巔峰之作,就是以西方科幻的最高標準來看也是巔峰之作。劉慈欣的超凡想像力和創作力使人瞠目,知識的廣度和思想的深度更令人讚歎和折服。史詩式科幻是科幻創作中的最高境界,而這部作品則是史詩式科幻的極致。」


2011年中,香港舉辦一年一度的書展,從中國請來了劉慈欣主持專題講座。身為香港科幻會會長,我自是與一眾會友前往捧場。兩天後,「大劉」(中國讀者對劉慈欣的暱稱)應科幻會之邀,前往我們在新界西貢的會址。不用說,出席的會友甚眾,在熱烈的交流之後,我們前往海邊的酒家吃海鮮。


用餐期間,我問大劉最喜歡的科幻作家是誰。他不假思索便說:克拉克(Arthur C. Clarke)!這當然令我喜出望外,因為自中學開始,克拉克便是我的偶像,我曾先後兩次前往他在斯里蘭卡首都可倫坡的家探訪。接著我問他對人類前途的看法,因為《三體》總體來說給人悲涼的感覺,他說總體而言確是較為傾向悲觀,雖然那不一定跟小說中的「黑暗森林法則」有關。


最後,我問到大劉的豐富軍事知識從何而來,他說自小便喜愛軍事,還蒐集各式各樣的槍械。這是否和喜歡精密的機械有關?他的回答頗令我吃驚:「喜愛機械只是其中一小部份,更主要的,是知道這些槍械隨時可以結束一個人的生命,那是一種既可怕又令人興奮的感覺。」


三體人存在嗎?


有關《三體》這部中文科幻鉅著的評論已經汗牛充棟,不用我在此贅述。但我未曾見過有人提及全書的主要背景架構,即三體人是因為要逃避三體恆星系統的惡劣環境才大舉侵略地球。這究竟有多大的科學根據?我可以告訴大家,即使我對《三體》的評價這麼高,但當我知悉這個大前提時,卻是難以置信、啼笑皆非兼而有之!


我不是說我自幼便「發燒」天文嗎?書中所說的「距離地球四光年多的三合星系統」,我就算是在念小學時,也知道那只有可能是半人馬座的主星半人馬座α星(又稱南門二),那也是宇宙中離太陽系最近的恆星。如果《三體》在我念小學時出版(即50年前左右),我會對它的背景設定深信不移。但現在是21世紀,科學家(以及我)對半人馬座α星的認識已經加深許多。......