文/狵霰

三體·死神永生中有這樣一個(gè)瘋狂的計(jì)劃。主要內(nèi)容是采用核彈爆炸加速的航線推進(jìn)方式讓階梯飛行器達(dá)到百分之一光速進(jìn)入三體第一艦隊(duì)。名為階梯計(jì)劃。

去年底網(wǎng)飛宣布制作三體電視劇。同時(shí)，國產(chǎn)的三體電視劇也發(fā)出預(yù)告。我這個(gè)三體的五年老粉，不請自來，蹭一波熱度。討論一下階梯計(jì)劃的現(xiàn)實(shí)可行性。

上個(gè)世紀(jì)五十年代，美國開啟了一項(xiàng)名為獵戶座的計(jì)劃。就是用核彈的沖擊波推進(jìn)航天器的飛行。在航天器的尾部一顆接一顆地釋放核彈在航天器尾部裝上一塊減震板。利用核彈的爆炸產(chǎn)生的等離子體進(jìn)行推進(jìn)。在弗里曼戴森等科學(xué)家的計(jì)算下，理論上是可以達(dá)到光速的百分之十的。也就是小說中提到的要求的十倍。那么他抵達(dá)太陽系的鄰居比鄰星帶需要多久呢？42年。這樣在1950年人類就發(fā)射裝滿軍隊(duì)的航天器，趕在三體人技術(shù)爆炸前干掉他們（手動(dòng)狗頭）。但是這太燒錢了，還有污染，世界各國也反對核彈實(shí)驗(yàn)，這個(gè)計(jì)劃胎死腹中。

回到太陽帆上來。這是一個(gè)沒有污染的更好方案。我們首先將這個(gè)計(jì)劃分割一下。所需材料：大腦、保存容器、太陽帆、納米繩索、氫彈。

??第一步發(fā)射，把氫彈發(fā)射進(jìn)木星軌道。

圖中的Jupiter即為木星。也是太陽系最大的行星。

這個(gè)沒問題。發(fā)射進(jìn)軌道只需要用火箭即可。但是成本很高。上千枚氫彈一個(gè)一個(gè)用火箭運(yùn)輸，這不是燒錢，是在用黑洞吸錢。截至目前，全球共有核彈頭15000枚，送個(gè)腦子問題不大，也確實(shí)是個(gè)大手筆。至于小說原文說用洲際導(dǎo)彈，這個(gè)目前的科技水平還做不到。還未達(dá)到第一加速度，燃料可能就耗盡了。除非加上助推火箭。化學(xué)燃料弊端擺在那里沒辦法。

??第二步，準(zhǔn)備太陽帆。

四百年前，開普勒提出一種只用太陽光作為動(dòng)力就能在宇宙中航行的飛行器。

從地球上發(fā)射一張一平方千米的太陽帆，太陽光照射到它上面產(chǎn)生9牛頓的推力。那么想要借助太陽光的推力推動(dòng)航天器，表面積必須增大上百倍，且表面得要足夠光滑，不然粒子打在上面陷進(jìn)去了，動(dòng)能會(huì)大打折扣。2010年日本發(fā)射了伊卡洛斯號星際航天器。它的動(dòng)力完全由太陽能提供。隨后美國也發(fā)射多枚太陽帆航天器。2019年我國發(fā)射天帆一號。這是我國自主研發(fā)的太陽帆航天器。

小說中的太陽帆面積為25平方米。以目前的材料，能不能達(dá)到要求呢？

想要解決這個(gè)問題，我們就要將他拆分成幾個(gè)簡單的問題。行吧，我承認(rèn)這是數(shù)學(xué)建模，但是研究物理，數(shù)學(xué)是最重要的工具。

我們先從太陽帆的角度來。

太陽帆的材料一般是高分子材料，例如聚酯或聚酰亞胺。在氫彈爆炸時(shí)，產(chǎn)生反作用力和輻射產(chǎn)生的光壓，這個(gè)力和輻射共同作用，推動(dòng)前行。

目前最先進(jìn)的太陽帆技術(shù)為聚酰亞胺制造。2019年6月，美國發(fā)射的光帆二號，邊長五米，厚度不及一根發(fā)絲，約為五微米。材料選用的為聚酰亞胺。倘若聚集全地球的資源確實(shí)能造出一個(gè)25平方米的太陽帆，只是帆體質(zhì)量無法保證。小說中的帆的質(zhì)量為20公斤，很懸，聚酰亞胺恐怕不能勝任。但如果使用石墨烯，那將會(huì)是納米級厚度。學(xué)過化學(xué)的都知道，石墨烯的結(jié)構(gòu)異常穩(wěn)定，只是目前無法將其壓制到原子層面。中國也發(fā)現(xiàn)了一種特殊的石墨烯材料，產(chǎn)生的推力是等面積太陽帆的千倍。

就讓我們拭目以待吧。

??第三步就是氫彈了。

目前全球核彈的總爆炸當(dāng)量約為65億噸。當(dāng)年炸廣島的小男孩和胖子的當(dāng)量分別為1.3WT和2WT。不過放心，就是全球所有核彈同時(shí)投放引爆，也毀滅不了人類。核彈的威力其實(shí)遠(yuǎn)不如大眾所認(rèn)為的那樣。具體原因有興趣的同學(xué)可以自行了解。

這里我們需要考慮的是兩個(gè)，一個(gè)是光子的輻射，下面統(tǒng)一稱為光沖量。另一個(gè)就是反作用力，即沖擊波，下面統(tǒng)一稱為超壓。我們在小學(xué)二年級就知道，在真空中爆炸的氫彈，由于沒有介質(zhì)傳播，是不會(huì)有沖擊波的，類似一個(gè)特別小的太陽，閃一下就沒了，但輻射物質(zhì)可以持續(xù)存在更久。故沖擊波可以忽略不計(jì)。因此我們將模型簡化一下，只考慮輻射帶來的動(dòng)能。以及后面考慮一下輻射危害對容器的要求。

核彈的當(dāng)量即產(chǎn)生同樣能量需要的TNT炸藥的重量。一噸TNT爆炸產(chǎn)生的能量約為４１８３兆焦。我們?nèi)。矗玻埃罢捉?。小說中當(dāng)航天器脫離大氣層時(shí)的重量為５１０克。我們就以這個(gè)質(zhì)量進(jìn)行計(jì)算，不再考慮后面的磨損導(dǎo)致的質(zhì)量減少。百分之一光速為3000km/s。

在低層大氣中引爆的核武器所釋放的能量可以大致分為四個(gè)基本類別:

爆炸自身：總能量的40-50%（沖擊波）熱輻射：占總能量的30-50%（光輻射）電離輻射：占總能量的5%（在中子彈中更多）殘余輻射：占總能量的5-10%，與爆炸的質(zhì)量有關(guān)。

假設(shè)所有輻射和沖擊波都打在太陽帆上面。那么算一下得出1092噸當(dāng)量就可以達(dá)到這樣的能量。

為什么這么少的當(dāng)量就可以了？因?yàn)槲覀兺丝紤]核彈和太陽帆之間的距離，傳播途中是有損耗的。

很遺憾，目前還沒有在太空中進(jìn)行核試驗(yàn)的數(shù)據(jù)。故本次討論到此結(jié)束，謝謝大家的觀看。

開個(gè)玩笑。雖然沒有數(shù)據(jù)，但是保守估計(jì)一下，就算消耗１０％到２０％的能量，以目前地球上氫彈核彈的存儲(chǔ)量也是遠(yuǎn)遠(yuǎn)足夠的。記得之前提到的獵戶座計(jì)劃嗎？當(dāng)時(shí)都已經(jīng)理論上能達(dá)到光速的百分之十了，說明當(dāng)時(shí)確實(shí)有這個(gè)存儲(chǔ)量的核彈使航天器達(dá)到這個(gè)速度，何況小十分之一的百分之一光速了。

??最后一步便是保存大腦。

腦組織很脆弱。宇宙中充斥著電子輻射，還有低溫的影響。這就涉及到材料學(xué)。

太空中的電子輻射很好解決，關(guān)鍵在于爆炸產(chǎn)生的輻射。太陽帆后面五十公里拖著一顆大腦，大腦有容器保護(hù)。那么容器該如何選擇材料。這個(gè)材料需要抵擋住爆炸產(chǎn)生的三種能量。即光輻射、電離輻射（γ射線）、殘余輻射。在這里引入一個(gè)概念叫：減半厚度。輻射抵達(dá)材料并穿過材料的途中，輻射強(qiáng)度變?yōu)槿肷鋾r(shí)強(qiáng)度的一半。這個(gè)材料的厚度叫減半厚度。

大家可能不知道，中國的城市是有防空洞的，只不過很少見到過。這種設(shè)施叫人防設(shè)施，挖在地下，由混凝土澆筑。混凝土的減半厚度為六厘米。不過用混凝土做容器保護(hù)大腦顯然過于笨重了。這時(shí)需要針對性的設(shè)計(jì)材料。我們在小學(xué)二年級就知道，α射線也就是氦核，穿透能力最弱，紙板就能擋住。β射線也就是電子流，穿不過鋁板鋼板。γ射線能穿過30cm混凝土，頻率通常超過3x10^20Hz（在X射線之上）但是它沒有質(zhì)量也就沒有動(dòng)能，只是依然有能量。它卻很容易被鉛板阻隔。0.5cm厚的鉛版就能阻隔90%γ射線。

但是咱要的是嚴(yán)謹(jǐn)，前面部分我已經(jīng)很不嚴(yán)謹(jǐn)了，不然這篇文章可以說講了個(gè)寂寞。為此，我找到一個(gè)輻射防護(hù)計(jì)算器。來自于美國斯坦福大學(xué)。

在一眾材質(zhì)中，鉛確實(shí)是最好的選擇，不僅對于γ射線，β射線也是一樣。

由于γ射線過于難制造，故而我沒有找到其他材料的數(shù)據(jù)，只有鉛的數(shù)據(jù)，結(jié)果表明22厘米的厚度可以阻隔99.99%的伽馬射線，又由于傳播途中衰變，實(shí)際上到達(dá)容器時(shí)射線已經(jīng)很弱了，用不著22厘米，十厘米之內(nèi)厚度也可以了。鉛的密度是11.35g/cm3。

人腦的質(zhì)量約為1400克，小說中可能給大腦脫水冰凍處理，事實(shí)上留給容器的質(zhì)量不多，我們不知道具體如何分配這五百一十克的質(zhì)量，但相信是能做到的。

總結(jié)：大劉可能當(dāng)時(shí)沒想那么多，事實(shí)上讀者當(dāng)時(shí)也不會(huì)想太多。奈何三體是一部偉大的小說，重讀好幾遍每次都能有新的收獲。這也是為什么無數(shù)三體迷為之如癡如醉。階梯計(jì)劃，把箭后面綁上火藥。是人類瘋狂的瀕死掙扎。歸根結(jié)底還是落后，落后就要挨打。倘若三體人發(fā)現(xiàn)地球已經(jīng)進(jìn)入二級文明了，想必會(huì)立馬躲得遠(yuǎn)遠(yuǎn)的。

我在搜集資料時(shí)找了中國知網(wǎng)、ScienceHub、谷歌學(xué)術(shù)。知網(wǎng)依舊還是收費(fèi)的，另外兩個(gè)的論文倒是可以免費(fèi)檢索查閱并且下載。知識不應(yīng)該壟斷，它是全人類的財(cái)富。

還想插一句題外話。大劉說過，人類的征程是星辰大海，而不是插著腦機(jī)在虛擬世界沉浸死去。這兩個(gè)月元宇宙的風(fēng)是越炒越熱，全球互聯(lián)網(wǎng)巨頭都紛紛入局。我作為未來互聯(lián)網(wǎng)行業(yè)的從業(yè)者，雖慶幸趕上一個(gè)好的時(shí)代，但仍擔(dān)憂未來的人類會(huì)生活在一個(gè)怎樣的環(huán)境?，F(xiàn)在的人們已經(jīng)在逐漸被資本控制、洗腦，越來越多的人選擇享樂，孩子們的夢想是當(dāng)網(wǎng)紅明星，我不禁回想我小時(shí)候的夢想是當(dāng)科學(xué)家。這很悲哀。

一個(gè)國家民族的強(qiáng)大必定是靠科技，一個(gè)星球文明的強(qiáng)大也必然靠科技。希望在坐的各位，心懷夢想，不忘初心，在最前沿最能提升國家實(shí)力的地方發(fā)光發(fā)熱。