在科幻文学界，有这样一部系列长篇科幻小说，它受到无数科幻迷的追捧，被改编成漫画、有声读物、影视、动画和舞台剧，其系列第一部获得了第73届雨果奖最佳长篇小说奖，被列入“新中国70年70部长篇小说典藏”和教育部推荐高中段文学阅读书目。没错，它就是中国科幻文学界的代表作之一《三体》。

作为一部硬科幻，除了天马行空的想象和引人入胜的情节，《三体》吸引人的地方还有丰富的科学幻想设定，以及这些设定背后的科学原理。本期科学史话将介绍小说中四个有趣的设定及其背后的科学原理。

1 三体问题

在小说中，作者构建了一个恒星系统——半人马α星，这个系统里有三颗恒星：南门二A、南门二B和比邻星。这三颗恒星的质量不相等，运动规律难以捉摸，而三体文明就居住在靠近这个恒星系统的一颗行星上。所以三体人总是要么因为距离三颗恒星太近而被烧死，要么因为距离三颗恒星太远而被冻住。一开始他们试图预测恒星运动的规律,但每次的尝试都以失败告终。在得知四光年外有一颗宜居的行星后，三体人立即决定逃离自己的母星,奔向地球。

在现实中，三体问题有着很深的数学和物理背景，最早可追溯到牛顿力学中的一个模型：三个只受引力的质点，即使能测量出它们的瞬时位置，速度和质量，也无法严格预测之后的运动轨迹。牛顿在研究天体运动时已经基本解决了两体问题，但是面对三体问题，牛顿在临终时也没有给出解答。1772年拉格朗日和他的导师欧拉在研究三体问题时找到了五个特殊解，这五个特解分别对应天体运动中五个拉格朗日点。2011年的8月25号，嫦娥二号成功地进入了地月系统中的拉格朗日L2点，使我国成为继美国，欧空局之后第三个在这个点进行空间探索的国家（组织）。

五个拉格朗日点

19世纪庞加莱证明了三体问题的解析解是不可能存在的，因为三体微分方程没有稳定的解析解，只有一些特解。

2 人列“计算机”

20世纪50年代晶体管取代电子管成为计算机主要元件, 1954年美国贝尔实验室研制出第一台晶体管计算机“TRADIC”， 1958年美国IBM公司研制出全球第一台全部使用晶体管元件的计算机RCA501型。晶体管计算机主要依靠晶体管构成的门电路对二进制信号进行处理。

TRADIC

在小说中，三体人为了研究三体运动，也造出了“计算机”，但这个“计算机”是由三千万三体人排列组合而成的计算队列，每个三体人手持黑白两面旗帜，用以模拟和传递0和1的二进制运算。三体人排列而成的计算机阵列面积有36平方公里，差不多和50个标准足球场的面积相当。这个面积远超现实世界中的晶体管计算机的主板面积，但它的运算能力却远远不及晶体管计算机。

3 水滴

我们在日常生活中都见过各种各样的水滴，像是雨水，泪滴。这些水滴往往有着美丽的外形。在《三体》中也有这样美丽的水滴出现，只不过这颗完美无瑕的水滴成了人类的噩梦。水滴是三体人的武器，与其他物质不同，它在被电镜放大一千倍后表面依旧光滑，各种粒子紧密排列在一起，没有一点振动，因此达到了绝对零度。水滴异常的坚固，比人类的任何一种材料都要坚固，因此水滴能不费吹灰之力就摧毁人类庞大的地球舰队。

在小说中，水滴的材料是由强相互作用编织而成。强相互作用是自然界四种基本相互作用中最强的一种，另外三种分别是万有引力、电磁相互作用和弱相互作用。20世纪，物理学家发现原子核是由若干带正电荷的质子和不带电的中子组成的，而带正电的质子之间存在斥力，这种斥力比它们之间的万有引力大得多，似乎质子与质子团聚在一起是不可能的。于是他们认识到，一定有一种新的强大的相互作用存在，使得原子核紧密地保持在一起。这种作用就是强相互作用(strong interaction)。与万有引力和电磁力不同，距离增大时，强相互作用急剧减小，它的作用范围只有约10^(-15)m，即原子核的大小，超过这个界限，这种相互作用实际上已经不存在了。

4 阶梯问题

在小说中，人类想要试探行进中的三体舰队，于是利用“阶梯计划”向三体舰队发射了装有云天明的大脑的飞行器，最终三体人捕获了飞行器，云天明在三体人先进科技的帮助下获得了重生。

所谓“阶梯计划”，就是利用多次核爆产生巨大推力让飞行器逐级加速，最终超过第三宇宙速度，飞出太阳系。当航天器达到第一宇宙速度（7.9 km/s）时，就可以在近地轨道上绕地球飞行；达到第二宇宙速度（11.2 km/s）时，就可以脱离地球；当达到第三宇宙速度（16.7 km/s）时，就能脱离太阳系。这三个速度就像三级阶梯。此外，还有第四宇宙速度（约110 km/s ~120 km/s），是飞行器理论上摆脱银河系束缚的最小速度。

参考文献：

[1]邵瀚雍.繁星无法超越——三体问题溯源[J].大学物理,2021,40(01):60-65.DOI:10.16854/j.cnki.1000-0712.200077.

[2]吴沐恩.计算机信息历史研究[J].科技资讯,2018,16(12):4+9.DOI:10.16661/j.cnki.1672-3791.2018.12.004.

文本：彭杰

排版：王蕊