《三體》裝備原型大揭秘

山東省膠州市第三中學(xué) 張慧雯

文學(xué)藝術(shù)雖然高于生活，但終歸來(lái)源于生活。隨著《三體》小說(shuō)改編的電視劇熱播，我們發(fā)現(xiàn)原著和影視劇中的一些大型科學(xué)設(shè)備，其實(shí)都能在現(xiàn)實(shí)中找到原型。

良湘加速器

在電視劇《三體》中，男主角汪淼為物理學(xué)家楊冬在“良湘加速器”旁邊拍了一張照片，而劇中楊冬的工作正是利用“良湘加速器”進(jìn)行粒子物理實(shí)驗(yàn)。據(jù)說(shuō)，這一場(chǎng)面的取景地是中科院高能所的北京正負(fù)電子對(duì)撞機(jī)國(guó)家實(shí)驗(yàn)室。眾所周知，正負(fù)電子對(duì)撞機(jī)就是一種粒子加速器，這一點(diǎn)與劇中的設(shè)置高度吻合。

北京正負(fù)電子對(duì)撞機(jī)于1988 年竣工，是我國(guó)第一臺(tái)高能加速器。它能夠?qū)⒏鞣N粒子加速到極高的速度，然后使其轟擊一個(gè)固定靶。再通過(guò)研究高能粒子與靶中粒子碰撞時(shí)產(chǎn)生的各種反應(yīng)，發(fā)現(xiàn)新粒子、新現(xiàn)象。

北京正負(fù)電子對(duì)撞機(jī)看起來(lái)就像一支超大的羽毛球拍，它占地約5 萬(wàn)平方米，大致上由直線加速器、輸運(yùn)線、儲(chǔ)存環(huán)、大型粒子探測(cè)器北京譜儀和同步輻射裝置組成。

最初我國(guó)建成的正負(fù)電子對(duì)撞機(jī)儲(chǔ)存環(huán)是單環(huán)結(jié)構(gòu)，目前經(jīng)過(guò)升級(jí)改造后是雙環(huán)結(jié)構(gòu)。其中一條儲(chǔ)存環(huán)里是高速運(yùn)動(dòng)的電子，另外一條環(huán)里則是電子的反粒子——正電子。

除了升級(jí)改造和檢修之外，幾乎每時(shí)每刻那些經(jīng)過(guò)加速的電子和正電子，都以接近光速的速度在大型粒子探測(cè)器北京譜儀的正中區(qū)域完成對(duì)撞。緊接著，帶電粒子便在超導(dǎo)磁體的作用下發(fā)生偏轉(zhuǎn)，不同種類的粒子飛往不同的方向。

建成30 多年以來(lái)，北京正負(fù)電子對(duì)撞機(jī)產(chǎn)出了粲物理領(lǐng)域許許多多的精確測(cè)量成果。

北京正負(fù)電子對(duì)撞機(jī)

無(wú)限能源

在《三體》中，當(dāng)人類得知三體艦隊(duì)即將在數(shù)百年后入侵地球時(shí)，終于努力突破了人工智能“智子”的封鎖，掌握了可控?zé)岷司圩兗夹g(shù)。在這種可控?zé)岷司圩兎磻?yīng)爐里，只需要很少的一點(diǎn)燃料便能釋放出巨大的能量。在小說(shuō)中，這種技術(shù)和裝置被稱為“無(wú)限能源”。

核裂變和核聚變是核能釋放的兩種不同方式。我們目前的核電站、核潛艇、核動(dòng)力航母以及核武器應(yīng)用的都是核裂變?cè)?。它利用不穩(wěn)定核素在中子的轟擊下發(fā)生分裂并釋放出能量和中子，中子繼續(xù)轟擊下一個(gè)重核，最終形成鏈?zhǔn)椒磻?yīng)。不同的是，核反應(yīng)堆的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)可控，核武器則屬于雪崩式鏈?zhǔn)椒磻?yīng)。

而現(xiàn)實(shí)中最常見(jiàn)的核聚變則是太陽(yáng)內(nèi)部的能量釋放反應(yīng)，它產(chǎn)生大量的光和熱等。核聚變幾乎不產(chǎn)生輻射，不存在核泄漏的風(fēng)險(xiǎn)。同時(shí)，它需要的原料氘在地球上儲(chǔ)量豐富，可以說(shuō)是唾手可得。

目前，我們理論上可以通過(guò)磁約束和慣性約束兩種方式來(lái)實(shí)現(xiàn)可控核聚變。其中，慣性約束由于技術(shù)條件限制幾乎不可能實(shí)現(xiàn)，而磁約束下的可控核聚變正在實(shí)驗(yàn)階段，它所用到的裝置被稱為“人造太陽(yáng)”。

“人造太陽(yáng)”即托卡馬克裝置，是“國(guó)際熱核聚變實(shí)驗(yàn)堆計(jì)劃”的核心裝置。因?yàn)樘?yáng)本身就是一個(gè)巨大的核聚變反應(yīng)堆，在它內(nèi)部的高溫高壓環(huán)境下，氘、氚原子不停地進(jìn)行著聚變反應(yīng)。

其中，托卡馬克裝置是進(jìn)行可控核聚變研究的主流裝置，它利用強(qiáng)磁場(chǎng)把上億攝氏度的等離子體長(zhǎng)時(shí)間控制在真空容器里，并使聚變反應(yīng)穩(wěn)定持續(xù)地進(jìn)行。它的中央是一個(gè)環(huán)形的真空室，外面纏繞著線圈，通電后其內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生一個(gè)巨大的螺旋狀磁場(chǎng)。

“人造太陽(yáng)”真空室

2020 年，我國(guó)最新一代“人造太陽(yáng)”，也就是可控核聚變研究裝置“中國(guó)環(huán)流器二號(hào)M 裝置”在四川成都建成。理論上，它的等離子體電流能力可達(dá)2.5 兆安培以上，等離子體離子溫度可達(dá)1.5 億攝氏度。

紅岸基地

不論是在小說(shuō)還是電視劇《三體》中，紅岸基地都是在冷戰(zhàn)背景下，對(duì)抗外國(guó)太空計(jì)劃的絕密國(guó)防工程。由于紅岸基地的標(biāo)志性設(shè)備或者說(shuō)主體單元就是一個(gè)巨大的拋物面天線，因此很多觀眾都認(rèn)為它的原型應(yīng)該就是我國(guó)的某個(gè)射電望遠(yuǎn)鏡。比如說(shuō)，北京密云的不老屯天文臺(tái)，佳木斯66 米射電望遠(yuǎn)鏡深空站等。

我國(guó)射電望遠(yuǎn)鏡及其相關(guān)技術(shù)發(fā)展迅速。目前我國(guó)擁有500 米口徑射電望遠(yuǎn)鏡，位居世界前列，世界上最大的120 米口徑全可動(dòng)低頻射電望遠(yuǎn)鏡在我國(guó)云南，而110 米口徑全可動(dòng)射電望遠(yuǎn)鏡也已經(jīng)在新疆開工建設(shè)。

電視劇中不斷穿插上世紀(jì)六七十年代葉文潔在紅岸基地里工作的場(chǎng)景，尤其是在開頭幾集，有很多從大型計(jì)算機(jī)里輸出打孔紙帶的畫面。原來(lái)，在那個(gè)時(shí)代即便是國(guó)家級(jí)的大型計(jì)算機(jī)也沒(méi)有顯示器，只能依靠打孔來(lái)輸入或輸出信息。計(jì)算機(jī)使用的是二進(jìn)制，其中打孔的部位代表1，沒(méi)有打孔的部位則代表0。

《三體》中涉及的科技裝備、科學(xué)知識(shí)、科幻概念其實(shí)還有很多，其中有一些我們能夠找出原型，或者說(shuō)在未來(lái)能夠?qū)崿F(xiàn)。但還有一些則是文學(xué)作品對(duì)于現(xiàn)實(shí)世界的升華，屬于腦洞大開的產(chǎn)物。