《三體》劇集熱播，再一次掀起了《三體》科幻討論的熱潮。

雖然《三體》是一部科學(xué)幻想故事，但它涉及了許多真實(shí)存在的科學(xué)知識(shí)，了解這些，你的追劇、追番體驗(yàn)也許會(huì)更好。

【資料圖】

圖源：網(wǎng)絡(luò)

01

《三體》這么火

它到底講了什么

《三體》的故事要追溯到文革時(shí)期。在那個(gè)特殊時(shí)代，許多人都經(jīng)歷了苦難。

年輕的天體物理學(xué)家葉文潔經(jīng)歷了父親被迫害，自己被誣陷等諸多悲慘經(jīng)歷之后，變得心灰意冷。

某天，她在工作中發(fā)現(xiàn)了一段特殊訊號(hào)，來(lái)自科技發(fā)達(dá)的“三體”世界。

葉文潔認(rèn)為人類(lèi)文明已經(jīng)墮落，需要更高級(jí)的文明來(lái)拯救，就回應(yīng)了這段訊號(hào)，暴露了地球的坐標(biāo)。

一心想擺脫惡劣生存環(huán)境的“三體”文明得知地球的存在后，定下了一個(gè)目標(biāo)：向地球出發(fā)，將其作為新家園。

幾十年后，世界上接連出現(xiàn)了知名科學(xué)家自殺事件，原來(lái)這一切都是三體文明和它的擁躉的陰謀：

他們?cè)噲D通過(guò)擾亂地球科學(xué)的方式，封鎖地球文明的進(jìn)步可能。

圖片來(lái)源：電視劇《三體》截圖

為了抵抗三體文明，人類(lèi)做出了種種嘗試：剿滅地球上支持三體文明的組織；研制星際飛船；實(shí)行“面壁者”計(jì)劃；與三體人對(duì)峙……

為了生存，地球文明和三體文明都在各自努力，但最終，人類(lèi)、三體人乃至整個(gè)宇宙卻走向了一個(gè)意想不到的結(jié)尾。

也許很多人還沒(méi)有讀完全書(shū)，所以本文也不再劇透，接下來(lái)只聊聊《三體》涉及到的科學(xué)知識(shí)。

02

“三體”是什么？

《三體》這個(gè)有些怪異的書(shū)名究竟是指什么？雖然其確切含義眾說(shuō)紛紜，但它也許與小說(shuō)中設(shè)定的三體文明生存環(huán)境有關(guān)。

三體人的星系竟然有三顆“太陽(yáng)”，它們?cè)谝ψ饔孟鲁掷m(xù)做不規(guī)則運(yùn)動(dòng)，讓三體人的星球不是極冷就是極熱，并會(huì)受到引力影響，給他們帶來(lái)了巨大苦難。

那么，為何三顆球體的運(yùn)動(dòng)，會(huì)造成這種混亂結(jié)果？

三體人的科技那么發(fā)達(dá)，預(yù)測(cè)一下它們的運(yùn)動(dòng)軌跡和位置，提前做準(zhǔn)備不就好了？

這就要談到天文學(xué)上的著名問(wèn)題——**“三體問(wèn)題”**了。

它是一個(gè)力學(xué)模型：給定三個(gè)質(zhì)量、初始位置和初始速度都任意的天體，研究它們?cè)谙嗷ブg萬(wàn)有引力作用下的運(yùn)動(dòng)規(guī)律問(wèn)題。

雖然這聽(tīng)起來(lái)不太復(fù)雜，但想要對(duì)這三顆天體的運(yùn)動(dòng)軌跡和位置進(jìn)行精確求解卻十分困難。

無(wú)論三體人還是地球人，都很難確定三顆“太陽(yáng)”的運(yùn)行規(guī)律，三體人也不得不拋棄這個(gè)環(huán)境惡劣的“家園”，逃向地球。

可以說(shuō)，“三體問(wèn)題”的難以求解，是整個(gè)故事的緣起。

圖片來(lái)源：《三體》動(dòng)漫

03

“古箏行動(dòng)”現(xiàn)實(shí)里能成功嗎？

在《三體》故事中，為了抓捕地球上支持三體文明的組織，人們將一種極為鋒利的超強(qiáng)度納米材料細(xì)線(xiàn)攔在輪船必經(jīng)的運(yùn)河上。

像古箏的“琴弦”一般排列，等組織成員乘船經(jīng)過(guò)，“琴弦”就會(huì)將這艘船切成碎片。

圖片來(lái)源：《生化危機(jī)1》

“琴弦”應(yīng)用的技術(shù)是“納米飛刃”，來(lái)自《三體》主人公之一汪淼的研究，是一種納米級(jí)材料。

納米是一種長(zhǎng)度的度量單位，1 納米等于 10 的負(fù) 9 次方米，相當(dāng)于一根頭發(fā)絲直徑的 6 萬(wàn)分之一左右，而納米材料是納米級(jí)結(jié)構(gòu)材料的簡(jiǎn)稱(chēng)，這種材料的結(jié)構(gòu)單元尺寸介于 1 納米～100 納米范圍之間。

這個(gè)尺度已經(jīng)微觀到了原子、分子級(jí)別，許多物質(zhì)在這種級(jí)別上都會(huì)呈現(xiàn)出與宏觀狀態(tài)時(shí)十分不同的性質(zhì)，這與組成物質(zhì)的原子的排列結(jié)構(gòu)有關(guān)。

宏觀狀態(tài)時(shí)，某些物質(zhì)的原子排列很不規(guī)則，但如果在納米尺度下將原子按照某些規(guī)律整齊排列，就能產(chǎn)生一些特殊的性質(zhì)。如磁性增大、韌性變強(qiáng)、導(dǎo)電性質(zhì)更好等等。

圖庫(kù)版權(quán)圖片，不授權(quán)轉(zhuǎn)載

那么，現(xiàn)實(shí)中有類(lèi)似于“納米飛刃”的材料嗎？

根據(jù)小說(shuō)設(shè)定，這種材料需要至少滿(mǎn)足幾個(gè)特性：直徑極細(xì)，強(qiáng)度和韌性極大。

其實(shí)，現(xiàn)在還真有一種納米材料符合這幾點(diǎn)，它就是碳納米管。

由于特殊的結(jié)構(gòu)，它雖然十分纖細(xì)，卻擁有極高的強(qiáng)度和韌性，是時(shí)下熱門(mén)的“未來(lái)纖維”。

不過(guò)，真想靠碳納米管去切割輪船，還得解決許多科學(xué)難題，想得到真正的“納米飛刃”，尚需繼續(xù)探索。

04

“智子”的通訊速度難道能超越光速？

《三體》中有一個(gè)很特殊的“人物”——“智子”，它是三體人派出的一種智能體，能夠干擾地球上的科學(xué)實(shí)驗(yàn)、展現(xiàn)神秘現(xiàn)象擾亂科學(xué)家心神、還能監(jiān)控整個(gè)人類(lèi)社會(huì)。

而最神奇的是，雖然地球和三體星系相距 4 光年，“智子”竟能與母星實(shí)時(shí)通訊，這是如何做到的？

原作中提到，這是利用量子的特殊性質(zhì)達(dá)成的，這很可能是指**“量子糾纏效應(yīng)”**。

量子糾纏是微觀尺度下的一種特殊現(xiàn)象。

當(dāng)有兩個(gè)或一群粒子彼此相互作用后，會(huì)產(chǎn)生一種集體特性，這就叫量子糾纏。

神奇的是，如果將這種糾纏著的粒子分開(kāi)，無(wú)論它們相隔多遠(yuǎn)，都還保持這個(gè)性質(zhì)。

圖庫(kù)版權(quán)圖片，不授權(quán)轉(zhuǎn)載

打一個(gè)不恰當(dāng)?shù)谋确剑杭僭O(shè)有兩個(gè)粒子曾處于糾纏態(tài)，再被分開(kāi)到宇宙兩端，它們會(huì)呈現(xiàn)出一種心有靈犀般的狀態(tài)，當(dāng)宇宙那頭的粒子決定向左轉(zhuǎn)時(shí)，宇宙這頭的粒子就會(huì)瞬間決定向右轉(zhuǎn)。

哪怕隔著整個(gè)宇宙，兩者都能立刻了解到彼此心意，好像它們之間通訊的速度超越光速。

因?yàn)檫@種變化是瞬時(shí)發(fā)生的，很多人認(rèn)為這種瞬時(shí)作用可以用來(lái)革新通訊技術(shù)。

不過(guò)實(shí)際上，信息傳播是需要載體的，而量子糾纏之間不存在能傳播信息的載體。

所以目前為止量子糾纏無(wú)法用于通訊技術(shù)。“智子”的瞬時(shí)通訊，在現(xiàn)實(shí)中很難發(fā)生。

05

這個(gè)飛船用到的技術(shù)，現(xiàn)在有了嗎？

《三體》中有一位人氣很高的角色：太空軍指揮官章北海。

面對(duì)三體人的威脅，他認(rèn)為應(yīng)該研發(fā)“無(wú)工質(zhì)飛船”帶領(lǐng)人類(lèi)逃往太空。

這種飛船利用的核心技術(shù)之一是可控核聚變技術(shù)。

核聚變是一種核反應(yīng)，是指在特定條件下，兩個(gè)質(zhì)量小的原子的原子核互相吸引，碰撞到一起，發(fā)生原子核互相聚合作用，生成新的質(zhì)量更重的原子核的過(guò)程，在這一過(guò)程中有巨大的能量釋放。

比如我們已經(jīng)熟知的氫彈，利用的就是核聚變的原理。

3D渲染核聚變反應(yīng)堆。圖庫(kù)版權(quán)圖片，不授權(quán)轉(zhuǎn)載

而章北海心心念念的飛船所應(yīng)用的技術(shù)更高級(jí)，它是一種可控核聚變，顧名思義，就是人類(lèi)能在特定條件下，控制核聚變的速度和規(guī)模，使其能量可以得到充分利用。

可控核聚變效益巨大，一直被視為解決能源危機(jī)的重要技術(shù)，但其研究十分困難，進(jìn)展緩慢。

不過(guò)，我國(guó)在這一領(lǐng)域已經(jīng)取得了一定成果。去年年末，中國(guó)新一代“人造太陽(yáng)”（HL-2M）裝置等離子體電流突破 100 萬(wàn)安培（1 兆安），創(chuàng)造了我國(guó)可控核聚變實(shí)驗(yàn)裝置運(yùn)行新紀(jì)錄。

可控核聚變技術(shù)雖然仍是一個(gè)夢(mèng)想，但已經(jīng)不那么遙遠(yuǎn)。

也許應(yīng)用了該技術(shù)、能讓人類(lèi)得以跨越星際的飛船，在我們有生之年就可見(jiàn)到。

除了上面提到的那些知識(shí)點(diǎn)，三體還涉及了許多科學(xué)乃至社會(huì)學(xué)知識(shí)：

如涉及到使用強(qiáng)相互作用力材料的“水滴”；

與腦科學(xué)相關(guān)的**“思想鋼印”****，可能參考了社會(huì)學(xué)巨著《利維坦》的“黑暗森林”理論**等等。

這些內(nèi)容有些存在錯(cuò)誤，有些則十分巧妙。

其實(shí)哪怕不了解這些，也不耽誤看《三體》。人類(lèi)目前掌握的知識(shí)有限，但人特有的想象力卻至于無(wú)窮。這也許正是科幻故事最大的魅力：只需片刻，它即可將我們帶往前人未至之境。

參考文獻(xiàn)：

[1]https://scienceexchange.caltech.edu/topics/quantum-science-explained/entanglement

[2]https://www.nanowerk.com/nanotechnology/introduction/introduction_to_nanotechnology_22.php

[3]http://www.news.cn/tech/2022-10/21/c_1129074076.htm

[4]https://www.sciencealert.com/what-is-nuclear-fusion

作者：王江山 科技史博士

審核：王揚(yáng)宗 中國(guó)科學(xué)院大學(xué)人文學(xué)院教授

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標(biāo)簽： 量子糾纏 納米材料 宏觀狀態(tài)