《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存在的科學(xué)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(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期。在那個特殊時代，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，來自科技發(fā)達的“三體”世界。

葉文潔認為人類文明已經(jīng)墮落，需要更高級的文明來拯救，就回應(yīng)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(xiàn)了知名科學(xué)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(xué)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(jié)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(xué)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(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”，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(jié)果？

三體人的科技那么發(fā)達，預(yù)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(xué)上的著名問題——**“三體問題”**了。

它是一個力學(xué)模型：給定三個質(zhì)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(fù)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(xiàn)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(jīng)的運河上。

像古箏的“琴弦”一般排列，等組織成員乘船經(jīng)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(yīng)用的技術(shù)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(dāng)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(jié)構(gòu)材料的簡稱，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。

這個尺度已經(jīng)微觀到了原子、分子級別，許多物質(zhì)在這種級別上都會呈現(xiàn)出與宏觀狀態(tài)時十分不同的性質(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，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、導(dǎo)電性質(zhì)更好等等。

圖庫版權(quán)圖片，不授權(quán)轉(zhuǎn)載

那么，現(xiàn)實中有類似于“納米飛刃”的材料嗎？

根據(jù)小說設(shè)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(xiàn)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(jié)構(gòu)，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(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)實驗、展現(xiàn)神秘現(xiàn)象擾亂科學(xué)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(zhì)達成的，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)有兩個或一群粒子彼此相互作用后，會產(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，無論它們相隔多遠，都還保持這個性質(zhì)。

圖庫版權(quán)圖片，不授權(quán)轉(zhuǎn)載

打一個不恰當(dāng)?shù)谋确剑杭僭O(shè)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(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，宇宙這頭的粒子就會瞬間決定向右轉(zhuǎn)。

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(shù)。

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(shù)。“智子”的瞬時通訊，在現(xiàn)實中很難發(fā)生。

05

這個飛船用到的技術(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。

面對三體人的威脅，他認為應(yīng)該研發(fā)“無工質(zhì)飛船”帶領(lǐng)人類逃往太空。

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程，在這一過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，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(shù)，但其研究十分困難，進展緩慢。

不過，我國在這一領(lǐng)域已經(jīng)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(shù)雖然仍是一個夢想，但已經(jīng)不那么遙遠。

也許應(yīng)用了該技術(shù)、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(xué)乃至社會學(xué)知識：

如涉及到使用強相互作用力材料的“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(xué)院大學(xué)人文學(xué)院教授

本文封面圖片及文內(nèi)部分圖片來自版權(quán)圖庫

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標簽： 量子糾纏 納米材料 宏觀狀態(tài)