如果要评选出当代中国最优秀的文学作品，我会把这一票投给刘慈欣先生的《三体》。这部作品，既满足了科幻迷的想象，又令普通读者酣畅淋漓，其中更充满了深刻的社会学话题。因此，一开始想要分享给大家的就是有关于《三体》的作品。
2015年，曾就读于大连理工大学的王壬先生，在留学期间完成了一部时长14分43秒的短片电影《水滴Waterdrop》来致敬小说《三体》。影片有着超大的脑洞想象、极富科幻质感的画面，配以空灵恢宏的音乐以及多处历史原音，让小说原作者刘慈欣也对此夸赞不已，“可以负责任的说，这就是我心目中的三体电影。”
是不是超级好看？ 是不是超级酷炫？ 是不是超级…… 还没读过小说《三体》的，赶紧吧！真的是物超所值！
没看过的还是先去欣赏一下吧，下文中会有剧透。
附上观看地址
官方链接B站（推荐）：https://www.bilibili.com/video/av35492042
官方网站：http://www.project-57.org
再次回味这部电影，我的脑海里突然浮现出这样一个问题：小说中描述，“水滴”的的表面在放大一千万倍的显微镜下观察仍然如镜面般光滑。电影《水滴》正是取材自这一点。那么小说中和电影中的场景真的能实现么？
接下来就一起思考探究一下吧
首先是小说中的场景：“原子分子在强相互作用力的束缚下紧密排列，构成了‘水滴’的表面”。
原子分子的尺度是10^-10米的，强相互作用的范围是10^-15米。这样看来，密度如此之高的表面，即使真的放大10^7倍来观察，也确实无法看清原子排列的凹凸细节，所以，真的是光洁镜面哦！刘慈欣大大作为顶级硬科幻作者，诚不欺我！
接下来重点分析电影中的场景：（友情提示，电影中，透过“水滴”的表面反射，我们通过镜头可以清晰的观察一千公里以外的联合舰队。清晰到什么程度呢？竟然可以清晰看到飞船上面的螺钉的分子。这真的只需要（说起来好像很容易似的）把“水滴”表面原子排列得足够光滑就行了么？
1、什么是“光滑”，它是如何影响成像的呢？提到“光滑”的概念，我首先想到的反例就是浴室中起雾的玻璃，它正好把“光滑”、“不光滑”、“观察”这几个词联系到了一起。本来光滑清晰的镜子，起雾之后变得不光滑了，刮起胡子来也不溜了。
观察起雾的镜子，你能想出什么是“不光滑”么？
当物体表面出现凹凸不平的反射面时，光线会发生漫反射，从而导致成像被割裂。
当“凹凸不平”的粒度越来越小时，最好就不要讨论漫反射了，而要采用“散射”理论了
就像碎裂的镜子，通过碎片你大致还能观察到自己的脸（比较大），但是很难去捕捉一只小蜜蜂（相对小）的踪迹。它可能同时出现在多块碎片中，也可能在某个观察角度上彻底消失。所谓的“不光滑”的表面，就是由这些细小的镜子碎片随机拼成的。它对大尺寸物体的成像会造成模糊，而对小尺寸物体的成像有严重的干扰。
把碎片按各自的角度随机重排，就成为了“不光滑”模型
这就是“光滑”程度对观察成像的影响。但是这里又有一个问题，电影中我们是通过电子显微镜放大了许多倍来进行观察的。也就是说其实，我们并不需要整块镜子，就算只有一粒小小的碎片，我们也能通过放大来看清楚其中的世界。可见，实现电影中的超清晰观察的条件，并不是传统意义上的镜面“光滑”。
是不是大学物理学过的“光学仪器的分辨率”制约着清晰度？影响成像质量的因素有很多，其中一个重要方面就是光波衍射导致的分辨率问题。人类早就通过观察发现了波动的衍射，后来证实光也有衍射现象。
夫琅和费衍射
单色平行光经过狭缝衍射后，在透镜的焦平面上观察得到的衍射图样就是典型的夫琅和费衍射。由于光具有波动性，其衍射会导致光并非单纯的沿直线传播，而是会绕过狭缝传播。而且由于相干叠加，还会产生明暗相间的条纹。从上图中可以看出光的能量主要还是集中在了水平正中的位置，但是旁边出现了其他条纹。
圆孔衍射 和 艾里斑
如果把狭缝换成一个圆孔，就会出现圆形的明暗纹。也就是说，透过成像系统（例如瞳孔）一个物点所成的像不会是一个点，而是一个扩散之后的斑。1835年，英国皇家天文学家乔治·比德尔·艾里，在他的论文中第一次给出了圆孔的理论解释，中心的亮斑也因此称为艾里斑。艾里斑的角半径如上图所示，等于1.22倍的光波长除以成像系统的孔径（例如相机光圈的直径）。
那么这个艾里斑和成像质量有什么关系呢？聪明的你也许已经想到了。如果是点对点成像，我们似乎可以获得无限清晰的画面。但是点变成了斑呀，有了大小就会带来问题。如果两个物点靠的太近，像斑也会贴近，我们还能通过成像分清楚这是一个点还是两个点么？（参见下图）为了确定的描述什么是不可分辨，科学家们研究出一种被广泛认可的标准：瑞利判据，即当一个物点的艾里斑的中心与另一个艾里斑的第一级暗环重合时，刚好能分辨出是两个物点。更加靠近的两个点则不再能够分辨。
瑞利判据
最小分辨角
也就是说，每一套成像系统都有自己的分辨本领。因为成像和物体的远近有关系，所以科学家们用角度来研究这个模型。从上图可以看出，根据瑞利判据，两个艾里斑中心所对应的能够分辨的最小角度就是艾里斑的角半径，而这也正好等于两个物体在远处相应于镜头所对应的夹角。这就是最小分辨角。最小分辨角的倒数称为分辨率。它和成像所用的光的波长相关，也和镜头的尺寸相关。
现在我们可以回到电影《水滴》中来了，要在一千公里的距离上看清楚飞船上的螺钉的分子，需要分辨多小的角度呢？一个简单的计算，这个角度小到5.7*10^(-15)°。什么样的光学系统能有这样强的分辨本领呢？用最小分辨角公式进行计算就行了。如果以肉眼可见为标准，即用波长最短的可见光（380nm）进行成像，需要这种尺寸的显微镜头：直径约为4.6*10^8米。你没看错，王壬导演为了完成拍摄购（xu）买（gou）了一台这种级别的超大镜头超高精度超高放大倍数（请允许我突破了光学放大极限）的super显微镜。于是，看起来我们真的能看见遥远的……的分子。
但是，等等，等等。
前面说的超级显微镜和“水滴”的光滑表面有什么关系么？完全没。NO~~白分析了！！看来还是没想明白“水滴”的镜面在这场超级投影中扮演的角色。
真的是超致密的镜子！经过曲折的思考，抛开了一些杂念，我又回到了问题本身：“水滴”这面镜子的作用是什么？于是就有了下面这幅图
镜面反射
看了这幅图，思路也逐渐变得清晰起来：1、前面通过显微镜放大的手段我们已经抛弃了一整块光滑平整镜面的需求；2、通过super显微镜我们也搞定了分辨率的问题；3、“水滴”真正要完成的工作是对超高密度（专业一点叫做空间频率）的光波进行精确反射。
有人会说，这还不简单，我家的镜子就可以完成啊，我不天天照镜子么？它反射的挺好。这是不是又回到了第一个点上面了呢？
不。你家里面的镜子无法完成超高精度反射；而且，这里说的和第一点“光滑”也不是一回事。
让我们回到漫反射图。在那里我特别标注了：如果镜面粒度继续减小，漫反射理论就不再适用了，而可能要用散射理论。没有说完的是，如果粒度进一步减小，我们可能就要用量子理论了。比如著名的康普顿散射实验及其理论分析就证实了X射线与原子相互作用时可能表现出来的粒子性。这说明，如果是探讨微观层面的光与分子原子相互作用，我们很难保证宏观的“反射定律”依然成立。随机的散射必然导致成像失败。
再看上面的镜面反射图，如果光波密度很高，高到对它来说，镜子已经碎裂成了一排间隔分布的分子原子，会发生什么事呢？不难想象，会有一些光穿过镜子不发生反射，从而导致成像信息“丢包”。就像用iphone6的前置摄像头进行视频聊天和用华为P40 pro后置摄像头拍照，120万像素对比5000万像素，你一定能感受到像素密度带来的成像清晰度变化。
要完成超高精度的反射，需要什么呢？答案已经不言而喻了。
总结所以，最后的最后，“水滴”之所以为“绝对光滑”，之所以能够精致的反映出整个联合舰队的细节，正是因为它是呈现为中子态排布的粒子阵列。在它面前，放大一千万倍还没有显现“粒度”；在它面前，超高信息密度的光波撞上的仍然是“整块镜面”。没有散射，没有“丢包”，绝对致密，绝对“光滑”。
感谢王壬导演，为我们呈现了这般天马行空而又精湛无匹的想象！
“水滴”
图片来自网络
