最近實驗總做不出來，壞了，不會三體人已經在路上了吧？| 科到了_風聞

中科院物理所-中科院物理所官方账号-02-16 13:21

2023-02-16

原創：中科院物理所

李存東

中國科學院大學物理學院

培養單位：中科院物理所

眾所周知，我，是物理所的，一個，博士研究生，但是，我，最近，實驗，總是得不到，我想要的，結果，我懷疑，智子已經，在我們身邊了，三體人或許，已經，在路上了。

不過好消息是，我的眼前沒有出現倒計時。

大家放心啊，我沒看到這個，老師也沒有 | 圖源自《三體》電視劇

我覺得，我們有必要好好研究一下智子了，看看它是不是真的有這麼神通廣大。

智子及其製造方法

智子是劉慈欣科幻小説《三體》中出現的一種幻想出來的……暫時稱之為武器吧。這玩意強到離譜，三體人僅憑兩個智子就鎖死了地球科技。智子的原型就是現實中的質子，它由三體人將其蜷縮在微觀尺度的高維度展開至二維，並在上面刻蝕電路，之後再恢復至質子的狀態。發送至地球后，可以進入對撞機代替真正的質子接受撞擊，干擾實驗結果。同時，智子還能和三體人遠程實時通信，不僅可以監測地球的科技發展，也可以與ETO保持聯繫。

這個叫質子，人那個叫智子 | 圖源自網絡

那麼智子到底有沒有可能被製造出來呢？

主不在乎，畢竟主只負責寫 | 圖源自網絡，無不良引導

小説中智子是從高維度經過展開得到的，這裏的展開實在是超出我們的理解，我想了十天十夜，也沒想出來這是個什麼操作。

不過，我可能想到了大劉是怎麼想到這個創意的。容我非常不負責任地揣測一下。

經典題目 | 圖源自網絡

如圖，我覺得，大劉一定是看到了這樣的題目才有了展開的想法！！

不過大劉是2006年開始在《科幻世界》雜誌連載《三體》，那一年，他的孩子還沒有上初中（可能還沒上小學），所以顯然，他還不需要輔導孩子功課。當然，或許也正是這樣，他才有精力寫作，不然，被神獸折磨之下，哪裏顧得上三體人的死活。

當然，現實中的正方體也不能像這盒子這樣展開，展開也無法再恢復，但這個創意真的是很贊。

智子與地球的通訊

這一點就比較明確了，在地球現有的物理學框架下，原著中智子的通訊能力可以説是不可能做到的。

原著中三體人位於距我們4.2光年外的比鄰星，不難看出，要想實現與地球的即時通訊，智子一定有一種可以超光速信息傳輸的手段，很不幸，這是被相對論禁止的。

常常有人認為量子糾纏可以實現超光速信息傳輸，但實際上是不可能的。事實上，利用量子糾纏進行信息傳輸是依賴於經典信道的，這就杜絕了我們利用糾纏作用傳遞信息，因為在信息傳遞中，傳遞的速度並不取決於糾纏本身，而是取決於經典信道中的傳遞速度。

光速是不可能超的，這輩子都不可能 | 圖源自網絡

量子糾纏確實是一種超距作用，但單純的糾纏並不能傳遞信息。

關於經典信道的必要性，我們舉一個最簡單的例子。如果三體人與ETO擁有一對處於糾纏態的粒子，粒子處於自旋向上或向下的疊加態，無論哪一方探測時兩個粒子坍縮到一個確定的但彼此相反量子態。三體人與ETO約定，當ETO對粒子進行探測時，如果粒子自旋向上，就全力刺殺羅輯，如果自旋向下，就另做打算。

當ETO探測時，發現自旋向上，但實際上，他們無法得知，這個結果是因為自己的探測，還是因為三體人的探測，換句話説，他們無法得知，在自己探測之前，三體人有沒有探測粒子導致粒子坍縮，如果沒有，那實際上他們的探測才是導致粒子坍縮的原因，這樣的探測毫無意義，因為此時粒子的狀態是隨機的，在這次探測中實際上沒有任何信息傳遞。想要真正傳遞信息，必須由三體人告訴ETO，他們有沒有進行過探測，這個過程就是經典信道的信息傳遞，真正的傳遞速度正是依賴這個信息的傳遞速度。

主不在乎×2 | 圖源自網絡

實際上的量子通信並不止一對處於糾纏態的粒子，經典信道傳遞的信息是測量操作，接收方根據發送方傳遞的操作方式進行幺正變換得到信息。

另一方面，相對論告訴我們，宇宙中信息傳遞速度不可能超過光速，而相對論如今已在實驗上被認證是正確的理論，從這個角度看，我們應該相信智子這個手段也是不可能實現的。

智子與11維時空

《三體》中，三體人是將質子從11維展開至二維，獲得了一個面積超大的面，並在上面刻蝕電路，那這個11維空間是個啥？

再次考慮原著的創作時間，不難想到，大劉的創意來自超弦理論。這個理論認為這個世界的本質是一根弦，一根處於11維時空中的開弦或閉弦，不同粒子只是弦的不同振動模式。

我們無意在這裏為大家解釋這個理論，畢竟其內容實在是深奧，因此在這裏簡單介紹其發展。

太難了，真的 | 圖源自網絡

超弦理論可以稱得上是我們對大統一理論的一次嘗試。當然，不出意外的話，這個理論最初並不是為了統一四大相互作用的。

弦理論在上世紀六十年代被提出，最開始是為了解釋強子之間的散射振幅的，這是由強相互作用決定的，但很不幸，不久之後，量子色動力學被提出，完美解釋了強相互作用，並在之後不斷完善，統一了除引力外的其他相互作用，弦理論陷入沉寂。

彼時的弦理論有明顯缺點：第一，只適用玻色子；第二，弦理論需要一個26維時空；第三，存在速度超越光速的粒子，我們稱之為快子；第四，存在除光子外的不靜止零質量粒子。

注意，不是這個筷子 | 圖源自pixabay

但是，有些人還是堅持研究弦理論，隨後就是弦理論第一次革命，在這期間內，成果主要有通過超對稱理論將費米子包括進了弦理論，並否定了快子，時空維度也降低到了10維，上文中提到的零質量粒子則被認為是引力子——引力的傳播子。於是，在這一次革命後，弦理論轉變為超弦理論，並致力於統一四大相互作用力。

但新的弦理論中找到了五種自洽的理論，這五種理論誰才是正確的呢？答案可能是，都正確，因為對偶。

所謂對偶，就是兩個或多個表面上完全不同的理論卻能得出完全相同的物理結果，即它們是等價的。藉助對偶，M理論被提出，M理論引入11維的超引力，並給出了各種緊緻化下不同超弦理論的對偶，最終證明不同的弦理論只是M理論在不同極限下的表現。這就是超弦理論的第二次革命。

M理論及其五種自洽的超弦理論 | 圖源自參考資料

但是，多出來的空間都在哪呢？超弦理論/M理論認為多餘維度的空間都蜷縮在普朗克尺度下的卡拉比-丘流形中，因此我們感知到的只是4維時空。這裏是不是就跟大劉的設定有些眼熟了。

多餘的六維空間蜷縮成卡拉比-丘流形 | 圖源自參考資料

不過由於普朗克尺度實在太小，因此在現有的技術下，我們遠遠達不到觸及這一尺度的條件。而這，也正是超弦理論最大的爭議所在，儘管它在數學上如此完美，可它完全不具備實驗驗證的條件，我們無法從任何角度證明它的正確與否，因此多數物理學家是不相信這個理論的，甚至有人認為這個理論更適合神學院。

當然，數學院其實很樂意接受這個理論。

不過，如果三體人真的能製造智子的話，説不定這個理論已經被他們證明是正確了吧。

智子與對撞機

智子被派到地球，主要任務還是鎖死人類科技，方法是通過潛入對撞機，自己承受碰撞，用錯誤的數據淹沒正確的數據，篡改實驗結果，干擾人們對微觀粒子的實驗，使人類無法認知到這個世界更本質的組成。這個，靠譜嗎？

很遺憾，如果智子真的只有大劉筆下這點能耐，那恐怕是完全做不到這一點的。

潛入強子對撞機很簡單，畢竟它只是個質子，但想要淹沒正確結果，卻不太可能，原因也很簡單，對撞機中發生的對撞實在是太多了，就這麼倆智子，實在是不夠看呀。

大劉：來來來，筆給你，你來寫 | 圖源自網絡

説起對撞，大家的印象可能就像枱球一樣，兩個小球相向而行，然後，砰，撞一個滿天星，我們再像發現美食的餓狼一樣撲上去，查看到底撞出了個啥。這樣的想法當然談不上錯，但以質子的尺度，十個八個質子對撞可以説，肯定撞不着，燕雙鷹也沒有這個準頭呀。因此，對撞機中的粒子數目可能遠超各位的想象。

我們以歐洲核子中心的大型強子對撞機（LHC）為例介紹一下對撞這個過程。

LHC是目前世界上最大的，也是加速粒子能量最高的對撞機，在這其中的質子，最終可以被加速到最高8TeV的能量尺度，速度超過0.9c。

淺放一個LHC的加速系統示意圖給大家看看 | 圖源自參考資料

在LHC中，質子是以束團的形式存在的，束團中束縛了大量的質子用於碰撞，在2015年LHC的最終運行狀態下，兩束質子束流進入對撞機，每束束流包括2808個束團，平均每個束團有10¹¹個質子，質子束團分佈在對撞機27公里長的圓周隧道中，彼此相距約7米，時間間隔是25納秒。因此，束團交叉的最小間隔是25納秒。

束團的示意圖，大概是這麼個意思 | 圖源自德國電子同步加速器官網

在這樣的運行狀態下，LHC的質子-質子對撞的瞬時亮度峯值可以達到10³⁴/（cm²s）。這裏的亮度是對撞機的一個關鍵指標。它正比於束團的數量和每個束團中的粒子個數，反比於束團繞圓環運動一圈所需要的時間，高亮度意味着單位時間內可能發生的質子-質子對撞次數會更多。

在對撞機中，一共有四個對撞點，每個對撞點最高每秒有4千萬次束團交叉，每次束團交叉會發生大約100次質子對撞事件，況且，三體人只有兩個質子，最多隻能同時污染兩個對撞點的數據，因為對撞機中的質子速度也接近光速。而智子被撞碎之後，需要百萬分之一秒，也就是1微秒的時間修復，而相鄰的束團交叉時間間隔遠小於這個時間，因此，智子實際上並不能污染足夠的數據。而少量數據的污染並不足以影響我們對這個世界的認知。

更進一步，如果智子真的進入對撞機內，很可能自身難保，因為這個世界上還有反質子，如果智子遇到反質子，可能就再也沒有修復的可能，直接湮滅了。