本文来自微信公众号：中科院物理所 （ID：cas-iop），作者：李存东（中国科学院大学物理学院），原文标题：《最近实验总做不出来，坏了，不会三体人已经在路上了吧？| 科到了》，题图来自：《三体》
众所周知，我，是物理所的一个博士研究生，但是，我最近实验总是得不到我想要的结果，我怀疑，智子已经在我们身边了，三体人或许已经在路上了。
不过好消息是，我的眼前没有出现倒计时。
我觉得，我们有必要好好研究一下智子了，看看它是不是真的有这么神通广大。
智子及其制造方法
智子是刘慈欣科幻小说《三体》中出现的一种幻想出来的……暂时称之为武器吧。这玩意强到离谱，三体人仅凭两个智子就锁死了地球科技。智子的原型就是现实中的质子，它由三体人将其蜷缩在微观尺度的高维度展开至二维，并在上面刻蚀电路，之后再恢复至质子的状态。
发送至地球后，可以进入对撞机代替真正的质子接受撞击，干扰实验结果。同时，智子还能和三体人远程实时通信，不仅可以监测地球的科技发展，也可以与ETO保持联系。
那么智子到底有没有可能被制造出来呢？
小说中智子是从高维度经过展开得到的，这里的展开实在是超出我们的理解，我想了十天十夜，也没想出来这是个什么操作。
不过，我可能想到了大刘是怎么想到这个创意的。容我非常不负责任地揣测一下。
如图，我觉得，大刘一定是看到了这样的题目才有了展开的想法。
不过大刘是2006年开始在《科幻世界》杂志连载《三体》，那一年，他的孩子还没有上初中（可能还没上小学），所以显然，他还不需要辅导孩子功课。当然，或许也正是这样，他才有精力写作。不然，被神兽折磨之下，哪里顾得上三体人的死活。
当然，现实中的正方体也不能像这盒子这样展开，展开也无法再恢复，但这个创意真的是很赞。
智子与地球的通讯
这一点就比较明确了，在地球现有的物理学框架下，原著中智子的通讯能力可以说是不可能做到的。
原著中三体人位于距我们4.2光年外的比邻星，不难看出，要想实现与地球的即时通讯，智子一定有一种可以超光速信息传输的手段，很不幸，这是被相对论禁止的。
常常有人认为量子纠缠可以实现超光速信息传输，但实际上是不可能的。事实上，利用量子纠缠进行信息传输是依赖于经典信道的，这就杜绝了我们利用纠缠作用传递信息，因为在信息传递中，传递的速度并不取决于纠缠本身，而是取决于经典信道中的传递速度。
量子纠缠确实是一种超距作用，但单纯的纠缠并不能传递信息。
关于经典信道的必要性，我们举一个最简单的例子。如果三体人与ETO拥有一对处于纠缠态的粒子，粒子处于自旋向上或向下的叠加态，无论哪一方探测时两个粒子坍缩到一个确定的但彼此相反量子态。三体人与ETO约定，当ETO对粒子进行探测时，如果粒子自旋向上，就全力刺杀罗辑，如果自旋向下，就另做打算。
当ETO探测时，发现自旋向上，但实际上，他们无法得知，这个结果是因为自己的探测，还是因为三体人的探测，换句话说，他们无法得知，在自己探测之前，三体人有没有探测粒子导致粒子坍缩，如果没有，那实际上他们的探测才是导致粒子坍缩的原因，这样的探测毫无意义，因为此时粒子的状态是随机的，在这次探测中实际上没有任何信息传递。想要真正传递信息，必须由三体人告诉ETO，他们有没有进行过探测，这个过程就是经典信道的信息传递，真正的传递速度正是依赖这个信息的传递速度。
但是，多出来的空间都在哪呢？超弦理论/M理论认为多余维度的空间都蜷缩在普朗克尺度下的卡拉比-丘流形中，因此我们感知到的只是4维时空。这里是不是就跟大刘的设定有些眼熟了。
不过由于普朗克尺度实在太小，因此在现有的技术下，我们远远达不到触及这一尺度的条件。而这，也正是超弦理论最大的争议所在，尽管它在数学上如此完美，可它完全不具备实验验证的条件，我们无法从任何角度证明它的正确与否，因此多数物理学家是不相信这个理论的，甚至有人认为这个理论更适合神学院。
当然，数学院其实很乐意接受这个理论。
不过，如果三体人真的能制造智子的话，说不定这个理论已经被他们证明是正确了吧。
智子与对撞机
智子被派到地球，主要任务还是锁死人类科技，方法是通过潜入对撞机，自己承受碰撞，用错误的数据淹没正确的数据，篡改实验结果，干扰人们对微观粒子的实验，使人类无法认知到这个世界更本质的组成。这个，靠谱吗？
很遗憾，如果智子真的只有大刘笔下这点能耐，那恐怕是完全做不到这一点的。
潜入强子对撞机很简单，毕竟它只是个质子，但想要淹没正确结果，却不太可能，原因也很简单，对撞机中发生的对撞实在是太多了，就这么俩智子，实在是不够看呀。
说起对撞，大家的印象可能就像台球一样，两个小球相向而行，然后，砰，撞一个满天星，我们再像发现美食的饿狼一样扑上去，查看到底撞出了个啥。这样的想法当然谈不上错，但以质子的尺度，十个八个质子对撞可以说，肯定撞不着，燕双鹰也没有这个准头呀。因此，对撞机中的粒子数目可能远超各位的想象。
我们以欧洲核子中心的大型强子对撞机（LHC）为例介绍一下对撞这个过程。
LHC是目前世界上最大的，也是加速粒子能量最高的对撞机，在这其中的质子，最终可以被加速到最高8TeV的能量尺度，速度超过0.9c。
在LHC中，质子是以束团的形式存在的，束团中束缚了大量的质子用于碰撞，在2015年LHC的最终运行状态下，两束质子束流进入对撞机，每束束流包括2808个束团，平均每个束团有1011个质子，质子束团分布在对撞机27公里长的圆周隧道中，彼此相距约7米，时间间隔是25纳秒。因此，束团交叉的最小间隔是25纳秒。
在这样的运行状态下，LHC的质子-质子对撞的瞬时亮度峰值可以达到1034/（cm2s）。这里的亮度是对撞机的一个关键指标。它正比于束团的数量和每个束团中的粒子个数，反比于束团绕圆环运动一圈所需要的时间，高亮度意味着单位时间内可能发生的质子-质子对撞次数会更多。
在对撞机中，一共有四个对撞点，每个对撞点最高每秒有4千万次束团交叉，每次束团交叉会发生大约100次质子对撞事件，况且，三体人只有两个质子，最多只能同时污染两个对撞点的数据，因为对撞机中的质子速度也接近光速。而智子被撞碎之后，需要百万分之一秒，也就是1微秒的时间修复，而相邻的束团交叉时间间隔远小于这个时间，因此，智子实际上并不能污染足够的数据。而少量数据的污染并不足以影响我们对这个世界的认知。
更进一步，如果智子真的进入对撞机内，很可能自身难保，因为这个世界上还有反质子，如果智子遇到反质子，可能就再也没有修复的可能，直接湮灭了。
智子与倒计时
《三体》中智子可以直接作用在视网膜上，在视网膜上打字，原著中汪淼就是因为研究纳米材料看到了倒计时，差点被逼疯，可以说是实惨了。
不过这一点貌似真的存在这种可能性。首先还是要明确，人感光是靠视网膜上的视细胞，主要有视杆细胞和视锥细胞，这两种视细胞都是将光信号转化为电信号，传导至视觉中枢，因此，智子应该是没有办法直接作用在视网膜上的。
但质子毕竟带正电，带正电的粒子在做加速运动时可以向外辐射电磁波，如果从这个角度来看，假设质子可以精确地控制自己的速度与加速度，可以利用辐射出的电磁波刺激人眼视网膜，做到这一点也未尝没有可能。
不过该说不说，这个功能确实有些逆天了，后续剧情也很少提及了。
写到这里，我不禁长出一口气，看来三体什么的终究只是科幻，哪可能有什么智子这种逆天的东西嘛。
不过话又说回来，如果没有智子，那我实验做不出来，岂不是单纯是因为我太菜了？
算了算了，科研嘛，这都是正常的事，隔壁研究生教育公众号天天发文章劝导我们，让我们放平心态，不要气馁。当然了，我从来不看那玩意儿。
参考文献：
[1]厉光烈，刘明.走向统一的自然力 超弦理论:四种自然力走向统一的一种尝试[J].现代物理知识，2015，27(04):25-31.
[2]厉光烈，刘明.走向统一的自然力 超弦理论:四种自然力走向统一的一种尝试(Ⅱ)[J].现代物理知识，2016，28(01):28-34.
[3]厉光烈，刘明.超弦理论:四种自然力走向统一的一种尝试(Ⅲ)[J].现代物理知识，2016，28(02):33-37.
[4]科学网—量子英雄传-31-弦论简史
[5]杨扬. LHCb实验质子对撞中ψ(2S)产生截面测量[D].清华大学，2018.
[6]想知道对撞机一秒能产生多少次撞击，三体中的智子能管的过来吗?
本文来自微信公众号：中科院物理所 （ID：cas-iop），作者：李存东（中国科学院大学物理学院）