燕山大学朱艳英教授

『壹』 燕山大学的办学规模

截至2014年5月，燕山大学共有国家级精品课程门，省级精品课程32门，校级精品课程13门。 学校有5个国家级特色专业，6个省级特色专业。 有国家实验教学示范中心2个，河北省实验教学示范中心7个。 国家级精品课程机电一体化系统设计液压伺服与比例控制系统 省级精品课程精品课程名称 所属学科 课程级别 主讲教师 《钢结构》 土木建筑工程 省级精品课 周洪彬 《大学物理》 物理学 省级精品课 朱艳英 《视唱练耳》 艺术学 省级精品课 焉树芬 宋军 《乒乓球》 体育学 省级精品课 王大鹏 《物理化学》 化学 省级精品课 邵光杰 《中国近现代史纲要》 马克思主义 省级精品课 魏黎波 《英美概况》 语言学 省级精品课 张卫东 《计算机控制技术》 电子、通信与自动控制技术 省级精品课 李惠光 《毛泽东思想和中国特色社会主义理论体系概论》 马克思主义 省级精品课 魏黎波 《材料现代分析测试方法》 材料科学 省级精品课 张静武 《民法学Civil Law》 法学 省级精品课 曹艳春 《计算机组成》 计算机科学技术 省级精品课 聂俊岚 《理论力学》 力学 省级精品课 杜国君 《商务日语》 语言学 省级精品课 刘德慧 《高分子化学》 化学 省级精品课 李青山 《材料力学》 力学 省级精品课 白象忠 《单片机原理及应用》 电子、通信与自动控制技术 省级精品课 张淑清 《工程材料》 材料科学 省级精品课 崔占全 《电气控制与PLC》 动力与电气工程 省级精品课 漆汉宏 《液压与气压传动》 机械工程 省级精品课 高殿荣 《自动控制理论》 电子、通信与自动控制技术 省级精品课 张秀玲 《民族民间音乐》 艺术学 省级精品课 焉树芬 《工程化学》 工程与技术科学基础学科 省级精品课 高发明 《当代世界经济与政治》 马克思主义 省级精品课 郭祥俊 《政治学原理》 政治学 省级精品课 吴勇 《大学物理》 工程与技术科学基础学科 省级精品课 张景超 《钢结构》 土木建筑工程 省级精品课 周洪彬 《大学英语》 语言学 省级精品课 王福生 《通信原理》 电子、通信与自动控制技术 省级精品课 吴长奇 《操作系统》 计算机科学技术 省级精品课 申利民 《电路理论》 电子、通信与自动控制技术 省级精品课 毕卫红 《数字电子技术基础》 电子、通信与自动控制技术 省级精品课 韩佩富 《计算机基础》 计算机科学技术 省级精品课 韩卫 《电工与电子技术》 信息科学与系统科学 省级精品课 荣雅君 《材料科学基础》 材料科学 省级精品课 崔占全 《板带轧机系统自动控制》 机械工程 省级精品课 刘宏民 《金属工艺及机制基础》 机械工程 省级精品课 张海 《机械工程测试技术》 机械工程 省级精品课 唐景林 《微机原理及应用》 机械工程 省级精品课 史艳国 《工程流体力学》 机械工程 省级精品课 高殿荣 《机械原理》 机械工程 省级精品课 安子军 《数控技术》 机械工程 省级精品课 胡占齐 《机械设计》 机械工程 省级精品课 许立忠 《工程制图》 机械工程 省级精品课 赵炳利 校级精品课程精品课程名称 所属学科 课程级别 主讲教师 《机械系统设计》 机械工程 校级精品课 卢秀春 《物理实验》 物理学 校级精品课 丁喜峰 《思想道德修养与法律基础》 马克思主义 校级精品课 王玉荣 《健美操》 体育学 校级精品课 孙红敏 《土力学》 土木建筑工程 校级精品课 武崇福 《旅游学概论》 管理学 校级精品课 王明霞 《汽车构造》 交通运输工程 校级精品课 韩宗奇 《有机化学》 化学 校级精品课 李秋荣 《机械设计基础》 机械工程 校级精品课 韩晓娟 《运筹学》 管理学 校级精品课 陈业华 《财政学》 经济学 校级精品课 关晓光 《化工原理》 化学工程 校级精品课 张永强 《战略管理》 管理学 校级精品课 赫连志巍 《会计学原理》 管理学 校级精品课 宣杰 《汽车造型设计》 机械工程 校级精品课 李卓森 《思想道德修养》 法学 校级精品课 杨绍维 《马克思主义哲学原理》 马克思主义 校级精品课 朱广荣 《写作》 文学 校级精品课 李福亮 《高等数学》 工程与技术科学基础学科 校级精品课 高作峰 《英汉翻译理论与实践》 语言学 校级精品课 刘泽权 《模拟电子技术基础》 电子、通信与自动控制技术 校级精品课 焦斌亮 《电力电子技术》 动力与电气工程 校级精品课 张纯江 《传热学》 机械工程 校级精品课 张兴中 《CAD/CAM原理与应用》 机械工程 校级精品课 王军 《画法几何》 机械工程 校级精品课 张起生 国家级特色专业
机械设计制造及其自动化
材料成型及控制工程
金属材料工程
无机非金属材料工程
自动化
省级特色专业
电气工程及其自动化
电子信息工程
车辆工程
石油工程
计算机科学与技术专业
应用化学
国家实验教学示范中心
材料综合实验教学中心
机电液一体化实验中心
河北省实验教学示范中心
物理实验中心
电子实验中心
工程训练中心
基础力学实验中心
化学实验中心
光电子通信实验中心
车辆与交通实验教学中心

『贰』 《三体》中的奇妙物理学

小说中“三体星系”原型——半人马座α三合星系统想象图。这里会有外星文明吗？

小说中三体人武器水滴模拟图。科幻小说能否催生科学发现？河北日报资料片

■阅读提示

8月23日，我国科幻作家刘慈欣的小说《三体》获得科幻文坛大奖雨果奖。雨果奖被誉为科幻小说界的诺贝尔奖，《盗梦空间》、《复仇者联盟》、《权力的游戏》等诸多科幻名著都曾获此殊荣，刘慈欣是获得该奖的首位亚洲人。《三体》被认为是迄今为止中文科幻界出现的最具影响力的科幻小说之一。

三体、黑域、智子、水滴、二向箔……翻开小说，看到这些奇幻的字眼时，你是否会脑洞大开？在《三体》中，刘慈欣融入了大量的前沿物理学理论，并在此基础上加以延伸，树立了硬派的科幻风格，向读者呈现出一个个神秘莫测的科幻奇景。那么这些科幻奇景与现代物理学有哪些联系？他们是否有可能成为现实呢？

河北日报、河北新闻网记者 陈诚

“三体”是什么？现实宇宙中存在“三体星系”吗？

在小说《三体》中，三体人居住在一个有三颗恒星的星系里。由于三颗恒星处于无规律运转状态，不断吞噬星系中的行星，造成行星上智慧生命不断地重生和毁灭，最后只剩下三体文明存活下来。因此，三体人决定迁徙至外界星系，进犯最近的宜居行星——地球。

仰望星空，我们会发现一颗极为明亮的星星——半人马座α，一个距离太阳只有4.22光年的恒星。这颗恒星所在的半人马座α三合星系统是距离太阳系最近的恒星系统，也是小说中“三体星系”的原型。

“半人马座α三合星系统由A、B、C三颗恒星组成，这个现实的星系相对稳定，并不像小说里那样混乱。”燕山大学物理学教授朱艳英说，它并不是标准的三体系统，而是一个双星系统加一个卫星恒星。A星和B星以一个偏心率较大的椭圆轨道互相围绕旋转，公转周期为79.9年。较小的C星（比邻星）则在遥远的0.2光年之外，以50万年以上的周期围绕A、B星的质量中心缓慢公转。

实际上，三体是物理学中的著名现象。1900年，著名数学家希尔伯特提出了N体问题的特例——三体问题，时至今日，三体问题依然困扰着物理学界。

“三体问题是天体力学中的基本模型，即探究三个质量、初始位置和初始速度都为任意的可视为质点的天体，在相互之间万有引力作用下的运动规律问题。”燕山大学物理学教授朱艳英表示，目前，三体问题仍得不到精确求解，无法预测所有三体问题的数学情景，只有几种特殊情况已研究。

三体问题最简单的例子就是太阳、地球、月球的关系，太阳系仅有一颗恒星——太阳，太阳的轨道恒定，地球的轨道恒定，地日的关系恒定，因此地球才能维持相对恒定的生存环境。那么，刘慈欣笔下那样毫无规律运转的“三体星系”在现实宇宙中真的存在吗？

据英国《新科学家》杂志报道，距离地球大约4200万光年的宇宙深处，存在着3个孤零零的星系，这三个星系的外围被一团氢气团包围，一团无形的暗物质纽带将它们关联在一起。这个“三体星系”构成的“空洞集群”被科学家命名为VGS_31。天文学家表示，此前还从未在一个宇宙空洞区域内看到过这样的星系系统。

黑域存在吗？黑洞和黑域有什么关系?

在小说中，一个智慧文明为了避免受到攻击，向别的文明发出信号表示自己是无害的，而唯一无害的前提就是这个文明永远无法驶出自己所在的恒星系，这个恒星系成了黑域，即光无法逃离出去的区域，被称为宇宙保险柜。

那么，黑域就是黑洞吗？

黑洞是现代广义相对论中，宇宙空间内存在的一种密度极大体积极小的天体。黑洞的引力很大，使得视界内的逃逸速度大于光速。“黑洞的引力场非常剧烈并且快速变化，任何物体都会像面条一样被巨大引力拉伸。也就是说，任何物质或者任何人都无法在黑洞中幸存，更谈不上文明的存在。”朱艳英说。

于是，作家刘慈欣在小说中发明了低光速黑洞，假定将真空光速降至太阳系的逃逸速度每秒16.7千米，从而使整个区域变成黑域。作为一种科幻设想，黑域在广义相对论中是可能实现的吗？

“光速变小，与光速有关的一切物理学参数就变了。”著名物理学家、科普作家李淼在所著的《三体中的物理学》一书中分析了黑域，认为如果光速变小，人类将不复存在。

人类由原子组成。原子理论中有个精细结构常数，这个常数标志着电子和质子之间的电磁互相作用强度。原子中，电子的速度就是精细结构常数乘以光速。在氢原子中，电子的速度虽然远低于通常的光速，也高达光速的1/137。当光速突然变小到每秒16.7千米，电子在原子中就超光速了，这和黑域中光速为速度上限的设定矛盾，可能导致原子的解体。

三维人进入四维会发生什么？维度武器“二向箔”可行吗?

“一个四维的空间泡飘过地球，与地球的一部分发生了重叠，于是，在这片四维空间的范围内，三维空间的一切都被完全敞开，人们可以随意从一个地方穿越到另一个地方，从密闭的墓室里拿出珍宝，从囚犯完好无损的头颅中取出大脑……”——这是小说《三体》对四维空间一段精彩的描述，就好像二维平面对于三维空间的我们来说是一览无余的，从四维空间看来，三维的物体也同样无处隐藏。

在物理学中，“维”是一种度量，在三维空间坐标上，加上时间，时空互相联系，就构成了四维时空。“一维是线，二维是面，三维是静态空间，四维是动态空间。”朱艳英介绍说，理论上多维空间是存在的，时间空间的维度是宇宙最基础的性质，只是人类的观测只能到三维。

如果真的存在多维空间，三维世界的我们能否进入四维或者更高的维度空间呢？

众所周知，人的身体是由分子原子构成。“而分子原子一旦进入四维空间就会不复存在，人体也就会随之解体。因此，人类无法进入四维，更谈不上进入更高的维度空间。”朱艳英说。

基于多维空间的假定，刘慈欣在小说《三体》中设计了一种维度武器叫“二向箔”。高级文明向太阳系扔来一张小纸片“二向箔”，导致整个太阳系跌落到二维空间，几乎毁灭整个人类。

那么，这种维度武器在现实中是否可行？在理论物理的分支学科弦论中，这种可能性是存在的。

在弦论中，空间维度的变化可看成类似液态水变成水蒸气的相变。当水达到沸点时，液体中开始出现小气泡，小气泡慢慢地变大，最终吞噬整个液体。气体密度和液体密度的差别可以看成一种物理量，它被物理学家称为场。

小说中的“二向箔”中也有一种场，能量比较低，一旦与三维空间直接接触，就变得像水中的气泡那样开始膨胀，触发三维空间的能量较高的场向能量更低的地方跳，让“二向箔”越长越大。这种降维武器一旦触发就无法停止，只有乘坐光速飞船才能逃生。

智子、水滴等小说中的科幻武器可行吗？

在科幻故事中，战争是永恒的主题。

在《三体》中，包括维度武器“二向箔”在内的几大武器令读者脑洞大开。“因为这两个质子的存在，人类的科学将不可能有任何重大进展。”《三体》中的这样一句台词，道出了《三体》广受赞誉的第一个科幻武器——质子，又叫“智子”。

三体人在尚无法抵达地球时，向地球发射了两个“质子”，专门扰乱基础物理实验依赖的大型对撞机（也叫高能加速器），从而打断了人类科研的正常进程。对撞机被干扰，真的会让人类科技“锁死”吗？

在现实生活中，大型对撞机是基础物理学进步的最重要来源。“物理学的种种理论必须通过实验验证才能证明，如果大型对撞机的实验结果真的被干扰，确实会重创物理学的创新发展。”朱艳英说。

物理学家李淼在一次采访中谈道：“三体可以随时控制质子，这是《三体》里面最大的硬伤。”智子的设定，实质是认为科学实验有可能被智能干扰，从而不遵守“碰撞完全随机”的实验前提。

但是如果智子掌握和计算地球上所有的量子，那么它内部工作的量子必然更多。那么它就是一个比它要模拟的对象更复杂，能量更大的系统。如果它比宇宙更小，那么它就没法精确地预测一切。

“银河系在它的表面映成一片流畅的光纹，使得水滴看上去纯洁而唯美。”在《三体》中，水滴是刘慈欣又一神奇设定，它可以极快地加速到接近光速，仅以简单的撞击方式，就在半小时内使人类2000艘核聚变动力战舰全军覆没。

小说中，刘慈欣假设水滴的物质结构由强相互作用力控制。如果该物质的基本组成是分子和原子，那么强相互作用力是核子（即质子和中子）之间的力，其力程比氢原子的大小还要小四个量级，在原子构成的材料中不起作用。

如果水滴的材料并非由原子和分子构成，而由更基本的粒子夸克和胶子构成呢？

“夸克之间的距离比中子半径还小，水滴的密度会太大，而小说中的水滴质量还不到10吨。所以，水滴材料的控制力不可能是强相互作用力。”朱艳英说，如果硬要水滴的设定成立，就必须假设一种尚未被人类发现的新型材料。

“无论这些假设是否成立，《三体》把科学融于文艺，让读者更多地接触和思考物理学前沿的科学问题，起到了意想不到的科普作用。”朱艳英说。