大刘在三体3中把环日加速器描写成一个个相距一百五十万公里的线圈在木星轨道上运转。下面介绍一下这种装置的一些问题，顺便科普一下相关知识，并不是为了吐槽小说（作为科幻作品已经足够了）。
问题1：线圈之间的间隔毫无意义
问题2：太阳系尺度的加速器不会是环形的
问题3：可见光蓝移效应造成GKZ极限
问题4：微型黑洞蒸发过快无法吞噬木卫十三
问题5：高能粒子束与普通物质的相互作用不足以气化飞船

问题1：线圈之间的间隔毫无意义
大刘对这种加速器构造的解释是宇宙空间已经非常接近真空，所以不需要加速管道了。确实，太阳系行星际空间比LHC的真空加速管道还要空，但是作者可能没有仔细考虑加速器为什么建得那么大。本来，粒子可以在环形管道中不停的跑并被加速无数次，无论加速器多么小。限制粒子能量上限的是加速器的曲率半径，而大刘描写的加速器却只在线圈处做急转弯，线圈之间做直线运动，这使得环日加速器的巨大半径变得毫无意义。现实中的环形加速器都用偏折磁铁让粒子束均匀向心加速。LHC拥有1232个偏折磁铁，每个14.3米长，占了总长27km的将近三分之二（剩余的长度被四极磁铁占用，用来聚焦粒子束）。

问题2：太阳系尺度的加速器不会是环形的
粒子加速器有两种构造：直线加速器和环形加速器。目前世界上最大的直线加速器SLAC总长3.2km，最高能量50GeV，每公里加速15.6GeV，属于世界先进水平。而要想达到LHC的最高能量14TeV，直线加速器要造900km，显然逊色于周长只有27km的LHC。环形加速器中的粒子束当然没有里程上限，限制最高能量的有两个因素：磁场强度与同步辐射
限制1：磁场强度
粒子做圆周运动时离心力和向心力（偏折磁场）必须保持平衡：mv^2/r = q*v*B
把速度换成动量表达以至于公式适用于狭义相对论：p^2/mr = q*B*p/m
p/r = q*B
q是粒子电荷，也就是基本电荷
B是磁场强度，超导电磁铁技术极限在8.3T左右（需要乘以0.65因为三分之一周长被聚焦磁铁占用）
剩下的就是粒子动量跟加速器半径了。由于高能粒子的静质量可以忽略不计，动量p*c其实就是粒子的能量。LHC的上限就是磁场强度决定的，有兴趣的话自己敲进计算器试试，看看极限是不是在7TeV（单束）
限制2：同步辐射
带电粒子做加速运动会产生同步辐射，功率为：P = (2/3*e^2*c / r^2) * (E / mc^2)^4
公式比较复杂，重要的是粒子静质量m出现在分母中，也就是说同样的速度粒子质量越大损耗越少。出于这个原因，质子加速器一般采用环形，而电子加速器一般加速器采用直线（比如下一代的ILC）。世界最大，也是最后一台环形电子加速器LEP的能量上限就是同步辐射造成的，长27km（与LHC共用一个隧道），上限209GeV（双束）。如果以同样的损耗功率为代价，LHC的上限应该是LEP的2000倍（因为质子质量是电子的2000倍）或418TeV，显然同步辐射对LHC不是问题。不过，需要注意的是为了保持损耗功率不变，加速器半径必须以能量的平方增长。比起限制1来，同步辐射随着加速器增大早晚会成为首要限制。而且这个限制是技术手段无法逾越的，因为它是物理基本定律。
那么问题来了：到底什么时候质子环形加速器会败给质子直线加速器？
我的计算结果为大约844000km，能量上限达13200TeV。在地球上是没戏了。但在太空中这是近在咫尺，连地日拉格朗日点都不到，更不用提五十亿公里周长的环日加速器了。

问题5：高能粒子束与普通物质的相互作用不足以气化飞船
这个道理其实很简单，粒子能量增加不代表反应横截面增加，有时候还会减少。医用加速器就很好的利用了这一特征。大部分情况下传统放射性疗程（伽玛射线）会对肿瘤外部的皮肤和其他健康组织产生破坏，因为射线必须先经过这些区域。质子射线的好处是首先接触人体时反应截面较低，在达到一定深度后由于动能降低，反应截面突然急剧升高，释放绝大部分能量。只要初始动能和角度控制的好能够起到在人体深处定点打击的效果。同样，在飞船误入加速器禁区时由于反应截面的缘故只有极个别粒子和飞船发生撞击。由于飞船速度较低粒子束能释放的质心能量很有限，高能粒子一次碰撞最多也就释放三十万分之一的能量，这点减速不足以对反应截面产生显著作用导致正反馈。

再来给大家介绍一个逆天黑科技：激光尾波加速器


放到加速器里面是酱紫：

示意图（楼主自行翻译）：

大家可能奇怪为什么需要这么个造型古怪的共振器，而不用射电辐射直接加速粒子。原因很简单：物理老师教导我们电磁辐射是横波，不是纵波：

粒子放进去只会随着电场上下浮动，不会向辐射本身的前进方向加速。

共振器的作用就是把电场的方向横过来，形成驻波。电场方向高频交替，使得粒子通过时正好受到前进方向的力：

但是这种结构的缺点是电场强度转换较低，而且有上限，电场太强就会击穿加速管。所以直线加速器每公里只加速十几个GeV。而激光尾波加速器中等离子体代替共振器，用激光（或粒子束）将等离子体中的电子驱离，形成一个个尾波（质子由于质量大在这个时间尺度上几乎原地不动），紧跟的粒子束受到电场加速：

下图中的Y轴表示电子密度，可见相当一部分电子被驱离了：

一些试验型电子尾波加速器甚至做到在波谷处将所有电子驱离，达到了基于电磁力加速的理论极限（因为纵向电场没法比100%正负电荷分离更强了）。得克萨斯一个激光尾波加速器创下了2cm加速2GeV的世界纪录，比普通直线加速器要高将近一万倍！当然，这项技术还处于起步阶段，产生的粒子能量分布和光度都不理想，无法进行有意义的对撞实验，而且也只能维持最多几十公分的距离。但是一旦进入实用阶段尾波加速器完爆任何其他构造，更没必要建造环形加速器了。目前有很多大研究机构，包括CERN和SLAC都在投入这项技术的研发。
对于粒子物理来说，尾波加速器在不久的未来可能会一根救命稻草。加速器只有越造越大才能支撑基础物理的进步，但是也有很大风险。LHC验证了标准模型中最后一个粒子希格斯波子，下一代80-100km级的加速器会带来什么新的发现？最沮丧的是什么都没有，那样不仅没法跟纳税人交代，往后也许就没有哪个政府愿意出资建造更大、更贵的对撞机了。大一统理论能量量级目前预测为10^24eV，而LHC对撞产生10^13eV，这之间的11个数量级被物理学家称为“大沙漠”：

如果用常规直线加速器，要达到10^24eV则需要7光年长。用尾波加速器则需要47亿公里，和三体中的环日加速器差不多长。而要想达到量子引力能级的话用常规加速器可能需要几十万光年，也就是传说中的环银河系加速器。这一目标目测只能靠强互作用力加速器实现。

不明觉厉

可以转吗？@宇宙溯源

不明觉厉*2

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