《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》是一部科學幻想故事，但它涉及了許多真實存在的科學知識，了解這些，你的追劇、追番體驗也許會更好。

【資料圖】

圖源：網絡

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期。在那個特殊時代，許多人都經歷了苦難。

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

某天，她在工作中發(fā)現了一段特殊訊號，來自科技發(fā)達的“三體”世界。

葉文潔認為人類文明已經墮落，需要更高級的文明來拯救，就回應了這段訊號，暴露了地球的坐標。

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，定下了一個目標：向地球出發(fā)，將其作為新家園。

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

他們試圖通過擾亂地球科學的方式，封鎖地球文明的進步可能。

圖片來源：電視劇《三體》截圖

為了抵抗三體文明，人類做出了種種嘗試：剿滅地球上支持三體文明的組織；研制星際飛船；實行“面壁者”計劃；與三體人對峙……

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

也許很多人還沒有讀完全書，所以本文也不再劇透，接下來只聊聊《三體》涉及到的科學知識。

02

“三體”是什么？

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

三體人的星系竟然有三顆“太陽”，它們在引力作用下持續(xù)做不規(guī)則運動，讓三體人的星球不是極冷就是極熱，并會受到引力影響，給他們帶來了巨大苦難。

那么，為何三顆球體的運動，會造成這種混亂結果？

三體人的科技那么發(fā)達，預測一下它們的運動軌跡和位置，提前做準備不就好了？

這就要談到天文學上的著名問題——**“三體問題”**了。

它是一個力學模型：給定三個質量、初始位置和初始速度都任意的天體，研究它們在相互之間萬有引力作用下的運動規(guī)律問題。

雖然這聽起來不太復雜，但想要對這三顆天體的運動軌跡和位置進行精確求解卻十分困難。

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

可以說，“三體問題”的難以求解，是整個故事的緣起。

圖片來源：《三體》動漫

03

“古箏行動”現實里能成功嗎？

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度納米材料細線攔在輪船必經的運河上。

像古箏的“琴弦”一般排列，等組織成員乘船經過，“琴弦”就會將這艘船切成碎片。

圖片來源：《生化危機1》

“琴弦”應用的技術是“納米飛刃”，來自《三體》主人公之一汪淼的研究，是一種納米級材料。

納米是一種長度的度量單位，1 納米等于 10 的負 9 次方米，相當于一根頭發(fā)絲直徑的 6 萬分之一左右，而納米材料是納米級結構材料的簡稱，這種材料的結構單元尺寸介于 1 納米～100 納米范圍之間。

這個尺度已經微觀到了原子、分子級別，許多物質在這種級別上都會呈現出與宏觀狀態(tài)時十分不同的性質，這與組成物質的原子的排列結構有關。

宏觀狀態(tài)時，某些物質的原子排列很不規(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，就能產生一些特殊的性質。如磁性增大、韌性變強、導電性質更好等等。

圖庫版權圖片，不授權轉載

那么，現實中有類似于“納米飛刃”的材料嗎？

根據小說設定，這種材料需要至少滿足幾個特性：直徑極細，強度和韌性極大。

其實，現在還真有一種納米材料符合這幾點，它就是碳納米管。

由于特殊的結構，它雖然十分纖細，卻擁有極高的強度和韌性，是時下熱門的“未來纖維”。

不過，真想靠碳納米管去切割輪船，還得解決許多科學難題，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實驗、展現神秘現象擾亂科學家心神、還能監(jiān)控整個人類社會。

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

原作中提到，這是利用量子的特殊性質達成的，這很可能是指**“量子糾纏效應”**。

量子糾纏是微觀尺度下的一種特殊現象。

當有兩個或一群粒子彼此相互作用后，會產生一種集體特性，這就叫量子糾纏。

神奇的是，如果將這種糾纏著的粒子分開，無論它們相隔多遠，都還保持這個性質。

圖庫版權圖片，不授權轉載

打一個不恰當的比方：假設有兩個粒子曾處于糾纏態(tài)，再被分開到宇宙兩端，它們會呈現出一種心有靈犀般的狀態(tài)，當宇宙那頭的粒子決定向左轉時，宇宙這頭的粒子就會瞬間決定向右轉。

哪怕隔著整個宇宙，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。

因為這種變化是瞬時發(fā)生的，很多人認為這種瞬時作用可以用來革新通訊技術。

不過實際上，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法用于通訊技術?！爸亲印钡乃矔r通訊，在現實中很難發(fā)生。

05

這個飛船用到的技術，現在有了嗎？

《三體》中有一位人氣很高的角色：太空軍指揮官章北海。

面對三體人的威脅，他認為應該研發(fā)“無工質飛船”帶領人類逃往太空。

這種飛船利用的核心技術之一是可控核聚變技術。

核聚變是一種核反應，是指在特定條件下，兩個質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，生成新的質量更重的原子核的過程，在這一過程中有巨大的能量釋放。

比如我們已經熟知的氫彈，利用的就是核聚變的原理。

3D渲染核聚變反應堆。圖庫版權圖片，不授權轉載

而章北海心心念念的飛船所應用的技術更高級，它是一種可控核聚變，顧名思義，就是人類能在特定條件下，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的重要技術，但其研究十分困難，進展緩慢。

不過，我國在這一領域已經取得了一定成果。去年年末，中國新一代“人造太陽”（HL-2M）裝置等離子體電流突破 100 萬安培（1 兆安），創(chuàng)造了我國可控核聚變實驗裝置運行新紀錄。

可控核聚變技術雖然仍是一個夢想，但已經不那么遙遠。

也許應用了該技術、能讓人類得以跨越星際的飛船，在我們有生之年就可見到。

除了上面提到的那些知識點，三體還涉及了許多科學乃至社會學知識：

如涉及到使用強相互作用力材料的“水滴”；

與腦科學相關的**“思想鋼印”****，可能參考了社會學巨著《利維坦》的“黑暗森林”理論**等等。

這些內容有些存在錯誤，有些則十分巧妙。

其實哪怕不了解這些，也不耽誤看《三體》。人類目前掌握的知識有限，但人特有的想象力卻至于無窮。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：

[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：王揚宗 中國科學院大學人文學院教授

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標簽： 量子糾纏 納米材料 宏觀狀態(tài)