如何评价国产动画《三体》第一季第二集?
丁仪的粒子对撞机实验有一些槽点，作为曾经的粒子物理实验科研工作者，不吐不快。 三体动画第二集30分钟，开头用8分钟描述了粒子对撞机实验，动画这几分钟的剧情渲染是成功的。这段剧情很重要，动漫的剪辑和配乐营造了一种紧张又绝望的氛围，揭示了智子对人类基础科学实验的强力封锁。 这段重要剧情，在科学细节上仍有一些小瑕疵，以下是我一刷之后重新回放丁仪的粒子物理实验，截图观察到的实验槽点。如果能完善这些细节，原本这部动画可以更“硬核”。 在动漫中，人类在地日系统的5个拉格朗日点处分别有一台对撞机，用于粒子对撞实验。大刘在第三部小说还提出了“环日对撞机”的设想，希望人类能早日建造这样的环日对撞机。 如果对应到现实世界，其实一整个圆环是一台对撞机，在L1到L5点标注的不应该是“对撞机”，而是“探测器谱仪”。现实世界中，人类目前建造的最大的粒子对撞机是位于欧洲核子中心的“大型强子对撞机”（简称LHC），就是下图的大圆环。在LHC上面也有不同的对撞点，在这些对撞点安装了不同的探测器谱仪，例如CMS、ATLAS、LHCb和ALICE，都是探测器。 对撞机和探测器是不同的东西：对撞机只负责加速粒子，让粒子发生对撞产生次级粒子；探测器负责观测产生的次级粒子，收集次级粒子的数据。 所以如果像三体动漫里面，只有对撞机的话，是没办法收集实验数据观察数据图像的，必须还有探测器。想要体现这个科学细节，只需要把动漫中“L1对撞机”什么的，改成“L1探测器”就成了。 动画中，为了避免智子的干扰，丁仪让同事们加大剂量，为了收集更多实验数据，提高了“实验通道粒子浓度”，这个意思确实方便观众理解。 不过粒子物理实验并不使用这样的名词，与“实验通道粒子浓度”想表达的意思相近的专业名词可能是“粒子数密度”或者“束流亮度”（Beam Luminosity），束流亮度是表示粒子加速器束流品质的重要指标，指的是在单位时间内通过单位面积的粒子数目，单位 cm^{-2}\cdot s^{-1}。 在上面这个“实验通道粒子浓度”截图的周围有一个圆环状的东西应该是想表达这是“实验通道”，通道里面那些五颜六色的线条是想表示这些粒子在实验通道里面高速运动。 然而，在现实世界里面，粒子在加速器的里面不会像动画里那样画的杂乱无章一个一个瞎跑。真实的粒子加速器里面，带电粒子不是单打独斗，而是抱团形成一个一个的“束团”，以一个一个束团的形式在加速器里面高速运动，在对撞点发生对撞的时候，也是一团一团的发生对撞，而不是一个一个的对撞。 因为我们都知道，“打群架”才能提高“胜率”，对于粒子来说也是一样的，一团一团对撞，才能提高对撞成功的概率。 在三体动画中，丁仪为了获得实验数据，把对撞机的对撞速率提高了。这个名词在粒子物理实验里面倒是也会用到，不过相近意思的专业名词，使用频率更高的是“对撞能量”。 对撞能量为什么重要？因为人类探测物质结构的“探针”粒子的能量越高，其探测的分辨率也就越高，在更高能量下可能可以观察到新的物理现象，从而发现新的物理规律。因此， 要探索更深层次的微观世界，研究更微小的粒子，就需要更高能量的加速器。 这就出现了一个有趣的现象：研究的对象越微小，需要的能量越高，加速器也越庞大，相应的探测器也要更强大。 在三体动画中，丁仪使用了“撞击概率”来描述粒子对撞的概率，这样描述也行，不过粒子物理实验一般使用“散射截面”来描述撞击概率。 在原子核物理和粒子物理领域，散射截面用于表示粒子之间发生相互作用的概率大小。一般来说，散射截面里所指的“截面”大概可以理解成一个“横截面积”，但它与几何上的“截面”不同，散射截面的大小与粒子的性质有关。 当一个粒子与另一个粒子对撞时，散射截面越大，那么对撞概率越高。就好像子弹打靶的时候，靶的面积越大，子弹就越容易击中靶。 在三体动画中，丁仪指挥同事们让粒子对撞，产生了绚丽多彩的次级粒子，这些新产生的次级粒子向四面八方飞行时的轨迹都是直线。在真实世界里，粒子对撞机上产生的粒子不仅有直线飞行的中性粒子，还有沿着弯曲的螺旋线飞行的带电粒子。 为什么带电粒子在探测器中沿着曲线飞行？原因其实你在上高中时学过：探测器中有磁场，带电粒子在磁场中受到洛伦兹力的作用，因而“拐弯”。 在三体动画中，丁仪的实验团队在收集数据之后要把数据解算成图表，画出的图是直方图，而且直方图上还表明了“预期值”和“实际值”，体现了实验对理论的验证过程，这个味道对了，而且粒子物理实验最常画的就是直方图。 不过，从动画截图来看，画图脚本用的可能是C语言，这个有点问题。 另外，动画中的直方图是有了，可惜没有标明这个图的横坐标和纵坐标分别是什么物理量，这样画图在考试的时候会被扣分的啊，同学们！ 粒子物理实验用的最广泛的画图脚本应该使用“ROOT”，这是一款由欧洲核子中心开发的基于C++的数据分析软件，专门用于处理海量数据，可以快速出图。全世界的粒子物理实验几乎都要用ROOT画图。 令人感到亲切的是，三体动画的科学家们在做粒子物理实验时，面对着满屏幕的直方图，这和现实世界中的科学家值班简直一模一样。这种细节得给动画的制作方点赞。 不同的是，真正的粒子物理实验值班室里，负责上班监控实验的一般只有两个人，一个值班长和一个值班员。粒子对撞机需要长时间运行，一旦运行就是大半年，科学家需要“三班倒”轮流值班，可不敢这么奢侈浪费人力让这么多人在值班室盯着。 三体小说中，三体人发射了特制的“质子”到达地球，这些质子被称为“智子”，它们可以对人类的粒子物理实验进行干扰。 动画中，对于智子干扰粒子物理实验的表现手法是这样的：智子撞击粒子对撞机中的其它微观粒子，使得那些粒子“消失”了，而智子自身完好无损，不断进行这样的撞击，使其他粒子消失，从而干扰粒子物理实验，让科学家找不到物理规律。 智子的这种干扰方式在现实世界的粒子物理实验中并不可行。一方面，真实的质子在与其它粒子碰撞时，使其他粒子消失，这会违背能量守恒定律，而且质子不可能自身还能完好无损，肯定会发生衰变产生其他粒子；另一方面，质子在人类制造的探测器中不可能隐藏自己，人类的粒子探测器肯定有能力把三体人的“智子”找到。 以欧洲核子中心的CMS探测器为例，它由一层一层的探测器包裹而成，非常灵敏。 粒子在探测器的中心发生对撞，像质子这样的带电粒子在探测器中飞行时，在洛伦兹力的作用下必然会发生偏转，在沿着曲线飞行的过程中，质子一定会跟探测器中的工作物质产生相互作用，从而留下“蛛丝马迹”的信号。这些微小的信号被探测器收集起来，经过计算机的专门处理，就可以重建质子在探测器中飞行的轨迹，从而捕捉到质子的身影，研究其中的物理规律。 我个人认为，动画在表现智子对人类粒子物理实验的干扰时，不需要让智子和其它粒子碰撞，而应该让智子在探测器中胡乱飞行，产生乱七八糟毫无规律的轨迹，这样也能产生扰乱粒子物理实验的效果，还不会违背真实的物理原理，显得更“硬核”。 动画中的粒子物理实验表现人类孤注一掷的勇气，丁仪命令启动“超频”模式，导致空间站上的氧气含量下降，巨大的电流还导致了火灾。 对撞机并没有“超频”一说，这里的“超频”应该是指空间站的CPU或芯片之类的超频。 值得点赞的是，动画中“超频”启动的画面后面有L1到L5这几个对撞机的横切图，这些横切图神似现实世界中的粒子探测器横切图，可见制作组还是下了一番功夫的。 动画中，“超频”运行下的粒子对撞机实验，让空间站出现缺氧，人类科学家冒着生命危险进行实验，体现了大无畏的牺牲精神。这里为什么出现氧气含量下降，动画未明确解释，可能是空间站超功率运行导致氧气产生不足。 反正肯定不是粒子对撞机造成的。粒子对撞是亚原子的微观现象，不会消耗氧气。 粒子对撞机的真实危险是产生致命的辐射。 运行中的粒子对撞机会产生大量的高能粒子流，这些粒子会产生致命的辐射，可以轻易地破坏人体细胞，从而危及生命。所以在现实世界中，粒子对撞机往往在地下的隧道中建造，用厚重的土层和水泥阻隔辐射，而且运行中的粒子对撞机隧道禁止任何人进入。 动画在表现对撞机超功率运行的危险时，如果不是以“缺氧”而是以“辐射”作为危险要素，可能会更贴切。 《三体》毕竟是一部科幻作品，不可能要求科幻作品完全符合现实，能够基本做到自圆其说，其实已经很优秀了。各类科幻小说和动画里的槽点那是多了去了，只要你愿意，分分钟能自己挑出好多毛病。 我在这里提出三体动画在粒子物理实验方面的一些槽点，让大家增加对粒子物理实验的了解，不是为了挑刺，相反，我非常喜欢科幻作品。三体的第二部《黑暗森林》出版时我在上大学，我是一晚上没睡连夜读完了。 如果三体动画能请一位粒子物理实验相关的人士做顾问，应该可以避免这些瑕疵，让这部作品更精彩。只靠丁仪把关是不够的，毕竟丁仪是理论物理学家，让他搞粒子对撞实验那是为难他了。 最后，感谢三体动画，我们是伟大的虫子！  作者：海伯利安 出品：科学大院（微信公众号ID： kexuedayuan） 转载请联系 cas@cnic.cn