三体 环日加速器,三体宇宙模型的进化之路

对学物理的人来说，《三体》的第3部《死神永生》，是最好看的。相比前两部，这一部里有更多的物理学知识可以推敲。凡事需要研究，才会明白。

在《死神永生》中，毕云峰总设计师设计并领导建造了一个在木星轨道上的环日加速器，是目前地球上那个最大的强子对撞机LHC的super放大版，可以生产反物质。因为木星绕太阳的轨道半径是7.78亿千米，所以，在整个轨道上安装了3200个加速线圈，每个线圈之间的距离是150万千米。这些都是大刘在《三体3：死神永生》中给出的数据。不可否认，这个几何关系是对的。（见下图，这是作者自己开发的计算软件，可以算出木星绕太阳公转半圈的半周期为2162天，大概是5.9地球年）

那么，问题来了，物理关系对吗？环日加速器里的粒子运动轨道真的可以是圆形的吗？圆形轨道加速器的好处是粒子可以不断多圈回旋加速，但这个好处真能体现出来吗？

我们知道，在加速线圈与加速线圈之间，是广袤的真空地带。因为没有磁场存在，所以粒子由于惯性只能走直线（而不会像地球上的加速器内在超导线圈的引导下走圆弧线），因此，这粒子运动的轨迹就是一个正3200边形，这是木星公转轨道上的外接正多边形。

因此，可以估算出，每个加速线圈与下一个加速线圈之间，走直线与走圆弧线，在到达下一个线圈的时候，误差在13万公里。这个误差有多大？我们知道地球到月球的距离是39万公里，所以，每个加速过程中，这个像长城烽火台一样的加速线圈的设计误差，都高达1/3个地月距离。换句话说，粒子想要走圆形的话，加速线圈的尺寸要达到1/3个地月距离。这哪是加速线圈啊，简直就是一个个比木星还大的线圈啊（注：木星的半径是7万公里，现在我们的加速器线圈尺寸是13万公里）。

因此，作者要反驳毕云峰的设计，没有必要搞什么环日加速器，因为粒子不容易拐弯，加速线圈实在太大，实现不了，所以直接从地球到冥王星搞一个直线加速器就好了，还省了粒子拐弯的麻烦事情。