理论物理学家李淼关于本书的科学解析

本册涉及的科学知识非常丰富。

从世界的本源、世界的物质构成、世界如何运行，到神奇的材料、气化煤炭，甚至到生物保护。

我想先谈谈第二篇小说——《地火》。直到最近，在大刘辞去他在娘子关电厂的电脑工程师一职之后，我才在一个场合听大刘提到他的父亲。原来大刘的父亲在煤矿工作，因为煤矿的粉尘污染生病去世。虽然我没有从大刘那里证实，但我觉得这篇小说写的是大刘小时候的理想，小说中的主角刘欣不就是刘慈欣去掉一个“慈”吗？后来，大刘自己在电厂工作的事也和刘欣回到煤矿类似，虽然大刘自己是电脑工程师，并没有试图将煤炭气化，但煤炭气化就是他的梦想。我们不知道，他的梦想是否会像小说写的那样在120年后实现。

第一篇小说《圆圆的肥皂泡》罕见地体现了刘慈欣科幻小说的预见性。在写这篇小说的时候，石墨烯应该还没有被科学家发现，也没有类似石墨烯的材料。

那么，什么是石墨烯？我们都知道铅笔，铅笔芯就是石墨制成的。当我们用铅笔在纸上写字的时候，笔迹就是石墨在纸上留下的一道细细的和薄薄的痕迹。没有人能够想到，薄薄的石墨可以更薄，薄到只剩几层原子，薄到肉眼几乎看不到了。最让我们惊奇的是，在2004年，两位在英国工作的俄国物理学家居然制造出只有一层原子厚的石墨，这种东西就叫石墨烯。这种材料非常神奇，几乎是透明的，光照在上面，98%的光完全通过。石墨烯还非常坚韧，虽然只有一层原子厚，但一小块石墨烯就能够兜住一只猫。

在石墨烯中，碳原子以六角形的形式排列成一层，是一种特殊形式的石墨。其实，碳原子是地球上最神奇的元素之一，它不仅能够以石墨的形态存在，还能以钻石的形式存在。如果将石墨烯在纳米的尺度卷起来，还能形成碳纳米管。另外，碳是碳水化合物的主要元素，没有碳水化合物，就没有地球上的生物。

《圆圆的肥皂泡》中的肥皂泡是一种比石墨烯还要神奇的材料。这种“肥皂泡”必须很大很轻，如果不够轻，就不可能飘起来。同时，泡泡的壁的强度也要很大，否则承受不住很多水。虽然石墨烯很类似这种泡泡，但远远做不到很大很强。也许在未来的某一天，我们真的能够吹出圆圆的肥皂泡。甚至，我们还可以做得更好，我们不仅可以制造出能够帮助我们改变沙漠和戈壁生态的大泡泡，我们还能制造出用神奇材料制造出万能的手机，完全取代现在的智能手机。比如说，这种材料的硬度是可变的，这样，在我们不需要用手机的时候可以将它折叠起来放在钱包里或者口袋里，需要的时候又可以根据我们的需求变成任何形状，甚至还可以变成枕头、床、书桌，甚至还可以成为汽车什么的。我记得小时候看到过类似的科学幻想，只是，在那时，还完全不存在石墨烯啊碳纳米管啊这些东西。

这册书中的第一、第二篇小说涉及到的科学，具体来说就是物理学和化学，是我们日常生活中遇到的东西——材料和能源，我喜欢将这类现象说成是“介观科学”，介于微观和宏观之间的科学。当然，物理学中的“介观”和我说的不一样，比日常生活中遇到的尺度要小得多，是介于看不见的纳米和看得见的毫米之间的尺度。

其余各篇小说涉及的科学就是微观和宏观了，当我说宏观的时候，不是通常意义上肉眼看见的尺度，而是宇宙的尺度，整个世界最大的尺度。我们的宇宙有多大？科学家利用各种观测仪器看到的最大宇宙的半径超过了400亿光年，一光年就是光走上1年的距离，大约是10万亿千米。这是一个巨大的尺度，我们通常无法想象的尺度。微观呢？就是原子尺度和比原子还要小得多的尺度。一个原子介于1纳米到十分之一纳米之间。科学家能够研究的最小尺度比原子尺度还要小很多很多，到目前为止，这个尺度是原子尺度的十亿分之一。基本粒子，如夸克，在这个尺度上的表现还是一个点状的粒子。

在这册书中，第四篇《微观尽头》谈到两位物理学家，一位代表西方，一位代表东方，对微观尺度有不同的认识。西方的琼斯教授认为即使到了比原子核还要小很多很多的尺度，夸克依然是夸克，也就是说夸克根本上就是点状的。而东方的丁仪教授认为夸克不是点状的，接下去还有更为基本的粒子。然而，实验证明了他们都错了。原来，到了微观的尽头，宏观宇宙出现，宏观是微观的反转。同样，微观也是宏观的翻转，宇宙在超高能极限之下来回变。

第五篇小说《坍缩》也许是受到了霍金在20世纪某个时期观点的影响，也许是大刘的独立想象，认为当宇宙在未来的某个时刻开始收缩时，时间也开始倒流了。必须说，这种现象不会出现，因为它违反了热力学第二定律，破碎的花瓶不会跳起来变回完整的花瓶，泼出去的水不会回到盆中（覆水难收）。即使宇宙未来有一天真的会收缩，这种现象也不会发生，时间永远不会倒流。这几乎是物理学的铁律，即使是霍金，后来也承认自己犯了一个幼稚的错误。