納米絲切巨輪，技術上現實嗎？| 袁嵐峯_風聞

■ 導言

至少現在還造不出來。這是因為強度歸根結底是由化學鍵的鍵能決定的，而不同的化學鍵之間鍵能相差並沒有特別遠，基本還在同一個量級上。

大家好，我是科技袁人袁嵐峯。首先，祝賀《三體》動畫片開播！各位科幻迷，請用一句話證明你看過《三體》~

我選的是章北海父親的格言：“要多想。”因為這是全書中信息密度最高的一句話。四位面壁者的任務已經夠艱鉅的了，章北海卻不是面壁者勝似面壁者，成功地欺騙了包括讀者在內的所有人，為人類文明立下了第一大功。我寫過一篇文章（《<三體>救世主排行榜》），其中就把章北海評為頭號救世主。而在章北海的行動背後，就是他父親的這句“要多想”。

下面，我們就來談談從目前播放的前兩集引出的一些“多想”。片子一開頭就是“古箏行動”，只有頭髮絲十分之一粗細的超高強度納米絲“飛刃”把正在通過巴拿馬運河的巨輪“審判日”號切割成四十多片。那麼問題來了：這種技術是真實的嗎？

古箏行動

我諮詢了好幾位專家，包括幾位院士，眾口一詞的回答是：至少現在還造不出來。這是因為強度歸根結底是由化學鍵的鍵能決定的，而不同的化學鍵之間鍵能相差並沒有特別遠，基本還在同一個量級上。例如化學鍵中的“強者”C=C雙鍵是837 kJ/mol，相當弱的Si-Si單鍵也有176 kJ/mol，只是五倍的差距而已。這是因為所有的化學鍵歸根結底都來自電磁相互作用，所以不會相差太遠。當你拿這樣的材料去切割其他材料時，基本上就是一個化學鍵換一個或幾個化學鍵，很快你自己還是會斷掉。

鍵能統計1

鍵能統計2

這啓發我想到，如果用《三體》裏的“水滴”，説不定就能達到這種效果。因為決定水滴結構的是強相互作用，而強相互作用的強度比電磁力高兩個量級。但這顯然是遠超我們目前的能力範圍的！

水滴

不過如果不要求切割，僅僅要求高強度，那麼已經有了很多這樣的納米材料。例如一種用多根碳納米管做成的碳纖維，就可以有很高的強度，在航空航天的支撐材料裏經常用。用鋼做的氫氣瓶不能抵抗700個大氣壓，而用碳纖維做的氫氣瓶就可以。《三體》原著第一部第25節中提到過連接地面與太空的天梯，對此最容易想到的材料也是碳納米管。不過需要注意，雖然這種碳纖維的微觀結構是碳納米管，但在宏觀上已經是肉眼可見了，而不是像小説中描寫的那樣只有頭髮絲十分之一。因此真正的困難是把超細跟超強結合起來，能夠切割鋼鐵的，這種要求目前的材料都無法實現。

最後我們來介紹一下納米科學。這是一個非常活躍的研究領域，實際上我以前發的很多論文就可以算作納米領域的。納米是10的-9次方米，大約是10個原子的長度。一納米相對於一米，就好像一個彈珠相對於地球。

為什麼納米會成為一個研究領域呢？因為大塊晶體物質的性質是比較容易理解的，對它們用量子力學引出的能帶理論就可以預測。單個分子原子的性質也是比較容易理解的，對它們用量子化學計算方法就可以預測。但尺度介於兩者之間時，就有可能出現新的現象了。

例如量子點顯示器（《為什麼不再説“缺芯少屏”了？因為中國顯示領先了 | 袁嵐峯》）。不同的量子點其實是同一種物質，僅僅是尺度不同，比如説從2納米到10納米，結果它們吸收光的頻段就不同，導致它們顯示出來的顏色不同（《碳量子點回憶錄 | 中國科學技術大學 化學實驗教學中心》）。因此，我們確實可以對納米材料寄予厚望。

量子點發光（《碳量子點回憶錄 | 中國科學技術大學 化學實驗教學中心》）

在我看來，古箏行動還有一個特別的意義：它是原著第一部中人類唯一的一次勝利，給我們鼓起勇氣。如果沒有這一段，讀者也許就會感覺人類太弱了，在三體面前完全沒有還手之力。即使我們是蟲子，我們也是有智慧的蟲子，也是能探索自然規律、能發揮主觀能動性的。正如笛卡爾所言，我思故我在。

笛卡爾

科技是人類進步的正道，我們要走正道。歡迎大家關注科技袁人，我們下期再見！