燕山大學朱艷英教授

『壹』 燕山大學的辦學規模

截至2014年5月，燕山大學共有國家級精品課程門，省級精品課程32門，校級精品課程13門。 學校有5個國家級特色專業，6個省級特色專業。 有國家實驗教學示範中心2個，河北省實驗教學示範中心7個。 國家級精品課程機電一體化系統設計液壓伺服與比例控制系統 省級精品課程精品課程名稱 所屬學科 課程級別 主講教師 《鋼結構》 土木建築工程 省級精品課 周洪彬 《大學物理》 物理學 省級精品課 朱艷英 《視唱練耳》 藝術學 省級精品課 焉樹芬 宋軍 《乒乓球》 體育學 省級精品課 王大鵬 《物理化學》 化學 省級精品課 邵光傑 《中國近現代史綱要》 馬克思主義 省級精品課 魏黎波 《英美概況》 語言學 省級精品課 張衛東 《計算機控制技術》 電子、通信與自動控制技術 省級精品課 李惠光 《毛澤東思想和中國特色社會主義理論體系概論》 馬克思主義 省級精品課 魏黎波 《材料現代分析測試方法》 材料科學 省級精品課 張靜武 《民法學Civil Law》 法學 省級精品課 曹艷春 《計算機組成》 計算機科學技術 省級精品課 聶俊嵐 《理論力學》 力學 省級精品課 杜國君 《商務日語》 語言學 省級精品課 劉德慧 《高分子化學》 化學 省級精品課 李青山 《材料力學》 力學 省級精品課 白象忠 《單片機原理及應用》 電子、通信與自動控制技術 省級精品課 張淑清 《工程材料》 材料科學 省級精品課 崔佔全 《電氣控制與PLC》 動力與電氣工程 省級精品課 漆漢宏 《液壓與氣壓傳動》 機械工程 省級精品課 高殿榮 《自動控制理論》 電子、通信與自動控制技術 省級精品課 張秀玲 《民族民間音樂》 藝術學 省級精品課 焉樹芬 《工程化學》 工程與技術科學基礎學科 省級精品課 高發明 《當代世界經濟與政治》 馬克思主義 省級精品課 郭祥俊 《政治學原理》 政治學 省級精品課 吳勇 《大學物理》 工程與技術科學基礎學科 省級精品課 張景超 《鋼結構》 土木建築工程 省級精品課 周洪彬 《大學英語》 語言學 省級精品課 王福生 《通信原理》 電子、通信與自動控制技術 省級精品課 吳長奇 《操作系統》 計算機科學技術 省級精品課 申利民 《電路理論》 電子、通信與自動控制技術 省級精品課 畢衛紅 《數字電子技術基礎》 電子、通信與自動控制技術 省級精品課 韓佩富 《計算機基礎》 計算機科學技術 省級精品課 韓衛 《電工與電子技術》 信息科學與系統科學 省級精品課 榮雅君 《材料科學基礎》 材料科學 省級精品課 崔佔全 《板帶軋機系統自動控制》 機械工程 省級精品課 劉宏民 《金屬工藝及機制基礎》 機械工程 省級精品課 張海 《機械工程測試技術》 機械工程 省級精品課 唐景林 《微機原理及應用》 機械工程 省級精品課 史艷國 《工程流體力學》 機械工程 省級精品課 高殿榮 《機械原理》 機械工程 省級精品課 安子軍 《數控技術》 機械工程 省級精品課 胡占齊 《機械設計》 機械工程 省級精品課 許立忠 《工程制圖》 機械工程 省級精品課 趙炳利 校級精品課程精品課程名稱 所屬學科 課程級別 主講教師 《機械繫統設計》 機械工程 校級精品課 盧秀春 《物理實驗》 物理學 校級精品課 丁喜峰 《思想道德修養與法律基礎》 馬克思主義 校級精品課 王玉榮 《健美操》 體育學 校級精品課 孫紅敏 《土力學》 土木建築工程 校級精品課 武崇福 《旅遊學概論》 管理學 校級精品課 王明霞 《汽車構造》 交通運輸工程 校級精品課 韓宗奇 《有機化學》 化學 校級精品課 李秋榮 《機械設計基礎》 機械工程 校級精品課 韓曉娟 《運籌學》 管理學 校級精品課 陳業華 《財政學》 經濟學 校級精品課 關曉光 《化工原理》 化學工程 校級精品課 張永強 《戰略管理》 管理學 校級精品課 赫連志巍 《會計學原理》 管理學 校級精品課 宣傑 《汽車造型設計》 機械工程 校級精品課 李卓森 《思想道德修養》 法學 校級精品課 楊紹維 《馬克思主義哲學原理》 馬克思主義 校級精品課 朱廣榮 《寫作》 文學 校級精品課 李福亮 《高等數學》 工程與技術科學基礎學科 校級精品課 高作峰 《英漢翻譯理論與實踐》 語言學 校級精品課 劉澤權 《模擬電子技術基礎》 電子、通信與自動控制技術 校級精品課 焦斌亮 《電力電子技術》 動力與電氣工程 校級精品課 張純江 《傳熱學》 機械工程 校級精品課 張興中 《CAD/CAM原理與應用》 機械工程 校級精品課 王軍 《畫法幾何》 機械工程 校級精品課 張起生 國家級特色專業
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省級特色專業
電氣工程及其自動化
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車輛工程
石油工程
計算機科學與技術專業
應用化學
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材料綜合實驗教學中心
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電子實驗中心
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基礎力學實驗中心
化學實驗中心
光電子通信實驗中心
車輛與交通實驗教學中心

『貳』 《三體》中的奇妙物理學

小說中「三體星系」原型——半人馬座α三合星系統想像圖。這里會有外星文明嗎？

小說中三體人武器水滴模擬圖。科幻小說能否催生科學發現？河北日報資料片

■閱讀提示

8月23日，我國科幻作家劉慈欣的小說《三體》獲得科幻文壇大獎雨果獎。雨果獎被譽為科幻小說界的諾貝爾獎，《盜夢空間》、《復仇者聯盟》、《權力的游戲》等諸多科幻名著都曾獲此殊榮，劉慈欣是獲得該獎的首位亞洲人。《三體》被認為是迄今為止中文科幻界出現的最具影響力的科幻小說之一。

三體、黑域、智子、水滴、二向箔……翻開小說，看到這些奇幻的字眼時，你是否會腦洞大開？在《三體》中，劉慈欣融入了大量的前沿物理學理論，並在此基礎上加以延伸，樹立了硬派的科幻風格，向讀者呈現出一個個神秘莫測的科幻奇景。那麼這些科幻奇景與現代物理學有哪些聯系？他們是否有可能成為現實呢？

河北日報、河北新聞網記者 陳誠

「三體」是什麼？現實宇宙中存在「三體星系」嗎？

在小說《三體》中，三體人居住在一個有三顆恆星的星系裡。由於三顆恆星處於無規律運轉狀態，不斷吞噬星系中的行星，造成行星上智慧生命不斷地重生和毀滅，最後只剩下三體文明存活下來。因此，三體人決定遷徙至外界星系，進犯最近的宜居行星——地球。

仰望星空，我們會發現一顆極為明亮的星星——半人馬座α，一個距離太陽只有4.22光年的恆星。這顆恆星所在的半人馬座α三合星系統是距離太陽系最近的恆星系統，也是小說中「三體星系」的原型。

「半人馬座α三合星系統由A、B、C三顆恆星組成，這個現實的星系相對穩定，並不像小說里那樣混亂。」燕山大學物理學教授朱艷英說，它並不是標準的三體系統，而是一個雙星系統加一個衛星恆星。A星和B星以一個偏心率較大的橢圓軌道互相圍繞旋轉，公轉周期為79.9年。較小的C星（比鄰星）則在遙遠的0.2光年之外，以50萬年以上的周期圍繞A、B星的質量中心緩慢公轉。

實際上，三體是物理學中的著名現象。1900年，著名數學家希爾伯特提出了N體問題的特例——三體問題，時至今日，三體問題依然困擾著物理學界。

「三體問題是天體力學中的基本模型，即探究三個質量、初始位置和初始速度都為任意的可視為質點的天體，在相互之間萬有引力作用下的運動規律問題。」燕山大學物理學教授朱艷英表示，目前，三體問題仍得不到精確求解，無法預測所有三體問題的數學情景，只有幾種特殊情況已研究。

三體問題最簡單的例子就是太陽、地球、月球的關系，太陽系僅有一顆恆星——太陽，太陽的軌道恆定，地球的軌道恆定，地日的關系恆定，因此地球才能維持相對恆定的生存環境。那麼，劉慈欣筆下那樣毫無規律運轉的「三體星系」在現實宇宙中真的存在嗎？

據英國《新科學家》雜志報道，距離地球大約4200萬光年的宇宙深處，存在著3個孤零零的星系，這三個星系的外圍被一團氫氣團包圍，一團無形的暗物質紐帶將它們關聯在一起。這個「三體星系」構成的「空洞集群」被科學家命名為VGS_31。天文學家表示，此前還從未在一個宇宙空洞區域內看到過這樣的星系系統。

黑域存在嗎？黑洞和黑域有什麼關系?

在小說中，一個智慧文明為了避免受到攻擊，向別的文明發出信號表示自己是無害的，而唯一無害的前提就是這個文明永遠無法駛出自己所在的恆星系，這個恆星系成了黑域，即光無法逃離出去的區域，被稱為宇宙保險櫃。

那麼，黑域就是黑洞嗎？

黑洞是現代廣義相對論中，宇宙空間內存在的一種密度極大體積極小的天體。黑洞的引力很大，使得視界內的逃逸速度大於光速。「黑洞的引力場非常劇烈並且快速變化，任何物體都會像面條一樣被巨大引力拉伸。也就是說，任何物質或者任何人都無法在黑洞中倖存，更談不上文明的存在。」朱艷英說。

於是，作家劉慈欣在小說中發明了低光速黑洞，假定將真空光速降至太陽系的逃逸速度每秒16.7千米，從而使整個區域變成黑域。作為一種科幻設想，黑域在廣義相對論中是可能實現的嗎？

「光速變小，與光速有關的一切物理學參數就變了。」著名物理學家、科普作家李淼在所著的《三體中的物理學》一書中分析了黑域，認為如果光速變小，人類將不復存在。

人類由原子組成。原子理論中有個精細結構常數，這個常數標志著電子和質子之間的電磁互相作用強度。原子中，電子的速度就是精細結構常數乘以光速。在氫原子中，電子的速度雖然遠低於通常的光速，也高達光速的1/137。當光速突然變小到每秒16.7千米，電子在原子中就超光速了，這和黑域中光速為速度上限的設定矛盾，可能導致原子的解體。

三維人進入四維會發生什麼？維度武器「二向箔」可行嗎?

「一個四維的空間泡飄過地球，與地球的一部分發生了重疊，於是，在這片四維空間的范圍內，三維空間的一切都被完全敞開，人們可以隨意從一個地方穿越到另一個地方，從密閉的墓室里拿出珍寶，從囚犯完好無損的頭顱中取出大腦……」——這是小說《三體》對四維空間一段精彩的描述，就好像二維平面對於三維空間的我們來說是一覽無余的，從四維空間看來，三維的物體也同樣無處隱藏。

在物理學中，「維」是一種度量，在三維空間坐標上，加上時間，時空互相聯系，就構成了四維時空。「一維是線，二維是面，三維是靜態空間，四維是動態空間。」朱艷英介紹說，理論上多維空間是存在的，時間空間的維度是宇宙最基礎的性質，只是人類的觀測只能到三維。

如果真的存在多維空間，三維世界的我們能否進入四維或者更高的維度空間呢？

眾所周知，人的身體是由分子原子構成。「而分子原子一旦進入四維空間就會不復存在，人體也就會隨之解體。因此，人類無法進入四維，更談不上進入更高的維度空間。」朱艷英說。

基於多維空間的假定，劉慈欣在小說《三體》中設計了一種維度武器叫「二向箔」。高級文明向太陽系扔來一張小紙片「二向箔」，導致整個太陽系跌落到二維空間，幾乎毀滅整個人類。

那麼，這種維度武器在現實中是否可行？在理論物理的分支學科弦論中，這種可能性是存在的。

在弦論中，空間維度的變化可看成類似液態水變成水蒸氣的相變。當水達到沸點時，液體中開始出現小氣泡，小氣泡慢慢地變大，最終吞噬整個液體。氣體密度和液體密度的差別可以看成一種物理量，它被物理學家稱為場。

小說中的「二向箔」中也有一種場，能量比較低，一旦與三維空間直接接觸，就變得像水中的氣泡那樣開始膨脹，觸發三維空間的能量較高的場向能量更低的地方跳，讓「二向箔」越長越大。這種降維武器一旦觸發就無法停止，只有乘坐光速飛船才能逃生。

智子、水滴等小說中的科幻武器可行嗎？

在科幻故事中，戰爭是永恆的主題。

在《三體》中，包括維度武器「二向箔」在內的幾大武器令讀者腦洞大開。「因為這兩個質子的存在，人類的科學將不可能有任何重大進展。」《三體》中的這樣一句台詞，道出了《三體》廣受贊譽的第一個科幻武器——質子，又叫「智子」。

三體人在尚無法抵達地球時，向地球發射了兩個「質子」，專門擾亂基礎物理實驗依賴的大型對撞機（也叫高能加速器），從而打斷了人類科研的正常進程。對撞機被干擾，真的會讓人類科技「鎖死」嗎？

在現實生活中，大型對撞機是基礎物理學進步的最重要來源。「物理學的種種理論必須通過實驗驗證才能證明，如果大型對撞機的實驗結果真的被干擾，確實會重創物理學的創新發展。」朱艷英說。

物理學家李淼在一次采訪中談道：「三體可以隨時控制質子，這是《三體》裡面最大的硬傷。」智子的設定，實質是認為科學實驗有可能被智能幹擾，從而不遵守「碰撞完全隨機」的實驗前提。

但是如果智子掌握和計算地球上所有的量子，那麼它內部工作的量子必然更多。那麼它就是一個比它要模擬的對象更復雜，能量更大的系統。如果它比宇宙更小，那麼它就沒法精確地預測一切。

「銀河系在它的表面映成一片流暢的光紋，使得水滴看上去純潔而唯美。」在《三體》中，水滴是劉慈欣又一神奇設定，它可以極快地加速到接近光速，僅以簡單的撞擊方式，就在半小時內使人類2000艘核聚變動力戰艦全軍覆沒。

小說中，劉慈欣假設水滴的物質結構由強相互作用力控制。如果該物質的基本組成是分子和原子，那麼強相互作用力是核子（即質子和中子）之間的力，其力程比氫原子的大小還要小四個量級，在原子構成的材料中不起作用。

如果水滴的材料並非由原子和分子構成，而由更基本的粒子誇克和膠子構成呢？

「誇克之間的距離比中子半徑還小，水滴的密度會太大，而小說中的水滴質量還不到10噸。所以，水滴材料的控制力不可能是強相互作用力。」朱艷英說，如果硬要水滴的設定成立，就必須假設一種尚未被人類發現的新型材料。

「無論這些假設是否成立，《三體》把科學融於文藝，讓讀者更多地接觸和思考物理學前沿的科學問題，起到了意想不到的科普作用。」朱艷英說。