开学了，送颗脑子给三体人吧

文/狵霰

三体·死神永生中有这样一个疯狂的计划。主要内容是采用核弹爆炸加速的航线推进方式让阶梯飞行器达到百分之一光速进入三体第一舰队。名为阶梯计划。

去年底网飞宣布制作三体电视剧。同时，国产的三体电视剧也发出预告。我这个三体的五年老粉，不请自来，蹭一波热度。讨论一下阶梯计划的现实可行性。

上个世纪五十年代，美国开启了一项名为猎户座的计划。就是用核弹的冲击波推进航天器的飞行。在航天器的尾部一颗接一颗地释放核弹在航天器尾部装上一块减震板。利用核弹的爆炸产生的等离子体进行推进。在弗里曼戴森等科学家的计算下，理论上是可以达到光速的百分之十的。也就是小说中提到的要求的十倍。那么他抵达太阳系的邻居比邻星带需要多久呢？42年。这样在1950年人类就发射装满军队的航天器，赶在三体人技术爆炸前干掉他们（手动狗头）。但是这太烧钱了，还有污染，世界各国也反对核弹实验，这个计划胎死腹中。

回到太阳帆上来。这是一个没有污染的更好方案。我们首先将这个计划分割一下。所需材料：大脑、保存容器、太阳帆、纳米绳索、氢弹。

▶️第一步发射，把氢弹发射进木星轨道。

图中的Jupiter即为木星。也是太阳系最大的行星。

这个没问题。发射进轨道只需要用火箭即可。但是成本很高。上千枚氢弹一个一个用火箭运输，这不是烧钱，是在用黑洞吸钱。截至目前，全球共有核弹头15000枚，送个脑子问题不大，也确实是个大手笔。至于小说原文说用洲际导弹，这个目前的科技水平还做不到。还未达到第一加速度，燃料可能就耗尽了。除非加上助推火箭。化学燃料弊端摆在那里没办法。

▶️第二步，准备太阳帆。

四百年前，开普勒提出一种只用太阳光作为动力就能在宇宙中航行的飞行器。

从地球上发射一张一平方千米的太阳帆，太阳光照射到它上面产生9牛顿的推力。那么想要借助太阳光的推力推动航天器，表面积必须增大上百倍，且表面得要足够光滑，不然粒子打在上面陷进去了，动能会大打折扣。2010年日本发射了伊卡洛斯号星际航天器。它的动力完全由太阳能提供。随后美国也发射多枚太阳帆航天器。2019年我国发射天帆一号。这是我国自主研发的太阳帆航天器。

小说中的太阳帆面积为25平方米。以目前的材料，能不能达到要求呢？

想要解决这个问题，我们就要将他拆分成几个简单的问题。行吧，我承认这是数学建模，但是研究物理，数学是最重要的工具。

我们先从太阳帆的角度来。

太阳帆的材料一般是高分子材料，例如聚酯或聚酰亚胺。在氢弹爆炸时，产生反作用力和辐射产生的光压，这个力和辐射共同作用，推动前行。

目前最先进的太阳帆技术为聚酰亚胺制造。2019年6月，美国发射的光帆二号，边长五米，厚度不及一根发丝，约为五微米。材料选用的为聚酰亚胺。倘若聚集全地球的资源确实能造出一个25平方米的太阳帆，只是帆体质量无法保证。小说中的帆的质量为20公斤，很悬，聚酰亚胺恐怕不能胜任。但如果使用石墨烯，那将会是纳米级厚度。学过化学的都知道，石墨烯的结构异常稳定，只是目前无法将其压制到原子层面。中国也发现了一种特殊的石墨烯材料，产生的推力是等面积太阳帆的千倍。

就让我们拭目以待吧。

▶️第三步就是氢弹了。

目前全球核弹的总爆炸当量约为65亿吨。当年炸广岛的小男孩和胖子的当量分别为1.3WT和2WT。不过放心，就是全球所有核弹同时投放引爆，也毁灭不了人类。核弹的威力其实远不如大众所认为的那样。具体原因有兴趣的同学可以自行了解。

这里我们需要考虑的是两个，一个是光子的辐射，下面统一称为光冲量。另一个就是反作用力，即冲击波，下面统一称为超压。我们在小学二年级就知道，在真空中爆炸的氢弹，由于没有介质传播，是不会有冲击波的，类似一个特别小的太阳，闪一下就没了，但辐射物质可以持续存在更久。故冲击波可以忽略不计。因此我们将模型简化一下，只考虑辐射带来的动能。以及后面考虑一下辐射危害对容器的要求。

核弹的当量即产生同样能量需要的TNT炸药的重量。一吨TNT爆炸产生的能量约为４１８３兆焦。我们取４２００兆焦。小说中当航天器脱离大气层时的重量为５１０克。我们就以这个质量进行计算，不再考虑后面的磨损导致的质量减少。百分之一光速为3000km/s。

在低层大气中引爆的核武器所释放的能量可以大致分为四个基本类别:

爆炸自身：总能量的40-50%（冲击波）热辐射：占总能量的30-50%（光辐射）电离辐射：占总能量的5%（在中子弹中更多）残余辐射：占总能量的5-10%，与爆炸的质量有关。

假设所有辐射和冲击波都打在太阳帆上面。那么算一下得出1092吨当量就可以达到这样的能量。

为什么这么少的当量就可以了？因为我们忘了考虑核弹和太阳帆之间的距离，传播途中是有损耗的。

很遗憾，目前还没有在太空中进行核试验的数据。故本次讨论到此结束，谢谢大家的观看。

开个玩笑。虽然没有数据，但是保守估计一下，就算消耗１０％到２０％的能量，以目前地球上氢弹核弹的存储量也是远远足够的。记得之前提到的猎户座计划吗？当时都已经理论上能达到光速的百分之十了，说明当时确实有这个存储量的核弹使航天器达到这个速度，何况小十分之一的百分之一光速了。

▶️最后一步便是保存大脑。

脑组织很脆弱。宇宙中充斥着电子辐射，还有低温的影响。这就涉及到材料学。

太空中的电子辐射很好解决，关键在于爆炸产生的辐射。太阳帆后面五十公里拖着一颗大脑，大脑有容器保护。那么容器该如何选择材料。这个材料需要抵挡住爆炸产生的三种能量。即光辐射、电离辐射（γ射线）、残余辐射。在这里引入一个概念叫：减半厚度。辐射抵达材料并穿过材料的途中，辐射强度变为入射时强度的一半。这个材料的厚度叫减半厚度。

大家可能不知道，中国的城市是有防空洞的，只不过很少见到过。这种设施叫人防设施，挖在地下，由混凝土浇筑。混凝土的减半厚度为六厘米。不过用混凝土做容器保护大脑显然过于笨重了。这时需要针对性的设计材料。我们在小学二年级就知道，α射线也就是氦核，穿透能力最弱，纸板就能挡住。β射线也就是电子流，穿不过铝板钢板。γ射线能穿过30cm混凝土，频率通常超过3x10^20Hz（在X射线之上）但是它没有质量也就没有动能，只是依然有能量。它却很容易被铅板阻隔。0.5cm厚的铅版就能阻隔90%γ射线。

但是咱要的是严谨，前面部分我已经很不严谨了，不然这篇文章可以说讲了个寂寞。为此，我找到一个辐射防护计算器。来自于美国斯坦福大学。

在一众材质中，铅确实是最好的选择，不仅对于γ射线，β射线也是一样。

由于γ射线过于难制造，故而我没有找到其他材料的数据，只有铅的数据，结果表明22厘米的厚度可以阻隔99.99%的伽马射线，又由于传播途中衰变，实际上到达容器时射线已经很弱了，用不着22厘米，十厘米之内厚度也可以了。铅的密度是11.35g/cm3。

人脑的质量约为1400克，小说中可能给大脑脱水冰冻处理，事实上留给容器的质量不多，我们不知道具体如何分配这五百一十克的质量，但相信是能做到的。

总结：大刘可能当时没想那么多，事实上读者当时也不会想太多。奈何三体是一部伟大的小说，重读好几遍每次都能有新的收获。这也是为什么无数三体迷为之如痴如醉。阶梯计划，把箭后面绑上火药。是人类疯狂的濒死挣扎。归根结底还是落后，落后就要挨打。倘若三体人发现地球已经进入二级文明了，想必会立马躲得远远的。

我在搜集资料时找了中国知网、ScienceHub、谷歌学术。知网依旧还是收费的，另外两个的论文倒是可以免费检索查阅并且下载。知识不应该垄断，它是全人类的财富。

还想插一句题外话。大刘说过，人类的征程是星辰大海，而不是插着脑机在虚拟世界沉浸死去。这两个月元宇宙的风是越炒越热，全球互联网巨头都纷纷入局。我作为未来互联网行业的从业者，虽庆幸赶上一个好的时代，但仍担忧未来的人类会生活在一个怎样的环境。现在的人们已经在逐渐被资本控制、洗脑，越来越多的人选择享乐，孩子们的梦想是当网红明星，我不禁回想我小时候的梦想是当科学家。这很悲哀。

一个国家民族的强大必定是靠科技，一个星球文明的强大也必然靠科技。希望在坐的各位，心怀梦想，不忘初心，在最前沿最能提升国家实力的地方发光发热。