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罗辑是天文学毕业又转修社会学的教授，是叶文洁自杀的女儿杨冬的同班同学，在一次祭奠杨冬的墓碑前罗辑和叶文洁相遇，叶文洁建议罗辑将两个专业结合起来作出宇宙社会学，并给出两个公理：1生存是文明的第一需要（这是第二本书的关键）。2第二文明不断增长和扩张但宇宙的物质总量保持不变（这是第三本书的关键）。以及两个技术概念，1猜疑链：当两个陌生文明发现对方的存在时，两者都无法确定对方的善恶，双方必然陷入无限的彼此猜疑链条之中。2技术爆炸：每一种文明的发展过程中都有可能发生技术的爆炸式进步，因此一个弱小文明很可能通过技术爆炸在短时间超越某个高级文明。叶文洁说完这些就匆匆离开墓地喃喃到“我只能做到这些了”（我觉得她开始质疑自己的对错了吧）
此时人类召开会议，经过计算三体大军将于400年后抵达地球，人类开始备战，危机纪元来临，人类开始有计划地筹备对抗三体人的战争准备：1组建太空军队 选出信仰坚定的军人冬眠以备迎战。队伍中包括一名军人章北海。2全球技术公有化，联合国掌握话语权，并制定保卫家园决不逃离的战略方针，否定了一部分人舍弃地球寻找新家园的提议。
罗辑回家途中遭遇车祸但幸免于难，而后被军方严加保护送上飞机抵达联合国会场，大会上联合国秘书长宣布“面壁者计划”，这个计划的产生有两个原因：1地球人的言行在三体人面前全部透明 2由于三体人的弱点在于不懂说谎，那么不说出来不写出来的计划三体人就没办法得知。指定的计划是：选定四个种子选手，他们不与外界交流，他们对抗三体人的计划藏在自己的大脑，可以调用地球的任何资源作出任何行为畅通无阻且不用跟任何人解释，简单说就是招四个骗子骗三体人但暗戳戳拯救人类，这四人称之为面壁人。
这四人分别是1前任美国国防部部长泰勒 2委内瑞拉总统雷迪亚兹 3脑科学家西恩斯 4罗辑
罗辑不明白自己为什么和那些顶尖的人一起被选为人类的希望，于是在大会上拒绝了面壁人的身份并离开，结果在刚出会场就遭到狙击，好在穿着防弹衣没有受伤。原来三体组织接受了三体人的命令暗杀罗辑，其他三人是联合国选出的，罗辑是三体人要暗杀的所以也被选为第四名面壁者严加保护。（三体人为什么要暗杀罗辑 这和墓前叶文洁对罗辑说的话有关系，叶文洁相当于把对抗三体人的至关武器交给了罗辑，那么叶文洁为什么不站出来使用这个武器呢 第一是叶文洁作为三体运动的创始人此时感到犹豫所以不再站队，第二 读过第三本书的读者看看程欣就明白了叶文洁就算倒戈地球人一方也不适合作为执剑人）此时的罗辑不知道自己该做什么拯救地球，又无法拒绝军方的保护躲开暗杀，于是干脆利用特权享受人生，买豪宅娶媳妇生孩纸，开始享受人生。
于是三体人根据人类的计划制定了三个效忠三体人的人类去破解面壁人的计划，这三人被称之为破壁人，唯有罗辑没有破壁人，（因为罗辑没有任何行动，三体人找不到合适的破壁人去破罗辑的壁
五年后泰勒的计划被揭穿，他表面上是想建立太空敢死队对抗三体人，其实这只部队装备了特殊武器“球形闪电”（参见大刘的同名小说），被球形闪电打死的人类会变成幽灵态，开战前夕泰勒会让这只部队偷袭人类大军，让全体大军变成量子态的幽灵部队提高百倍战斗力对抗三体人。但是破壁人告诉泰勒，量子态人类对三体人没有威胁，此计划不会成功。同时破壁人将泰勒的计划公之于众，群众无法接受这种自杀袭击的计划从而对泰勒群起攻之，泰勒绝望中饮弹自尽。
泰勒的死让联合国政府召开会议，会议中另外两名面壁人讲述了他们的计划进行状况并进入冬眠，以等待计算机技术满足他们的计划需要时再醒来。联合国同时强制将罗辑的妻子和孩子冬眠，要求他必须为地球做点什么，罗辑失去了幸福的生活，暗自神伤的走在冰冷的湖面上，忽然冰面破碎他掉进了冰冷的湖水，在恍惚之际他终于明白了叶文洁跟他说的那些话是什么意思了。罗辑从湖里爬上去后，对自己说道“面壁者罗辑，我是你的破壁人！”至此三体人害怕的罗辑觉醒。罗辑开始制定称之为恒星诅咒的面壁计划，他选定了一颗太阳系外的恒星，并像叶文洁那样将这颗恒星的坐标向外太空发送了一个漂流瓶。就在恒星诅咒计划公开后不久，罗辑被三体组织的生化武器感染重病，他不得不接受冬眠直到医学发展到可以治愈再被唤醒。
八年后西恩斯拥有了可以制造思想钢印的超级计算机，思想钢印可以在人脑中输入任何信息并让这个人坚信不疑，比如让受印者脑中输入水是有毒的这个信息，那么受印者便不再喝水。西恩斯给一部分太空军队的领导人员打上了人类必胜的思想钢印，这些人其中就包括章北海。随后西恩斯和妻子进入冬眠等待时机成熟。
另一个面壁人雷迪亚兹的计划被揭穿，雷迪亚兹想造一百万颗恒星氢弹放在水星上，目的不是用其发动进攻，而是想用恒星氢弹的威力使水星减速、脱离轨道、坠入太阳，从引发的连锁反应使各大行星全部吸入太阳，整个太阳系将化作比三体星系更可怕的地狱，雷迪亚兹希望以此来要挟三体文明不要进犯（你再过来我就跟你同归于尽），但是破壁人指出地球的资源没法造出足以推动水星的恒星氢弹，此计划不会成功。破壁人将雷迪亚兹的计划公之于众，舆论再次哗然，群众接受不了这种同归于尽的计划，雷迪亚兹的面壁人身份被联合国终止并遭到通缉。在雷迪亚兹被抓捕之际，他撒谎说自己的手环与恒星氢弹有信号联系（摇篮系统），如果自己的心脏停止跳动那么纽约市的核弹就会爆炸，从而成功逃脱了联合国的逮捕。这个谎言在他回国后被识破，而后雷迪亚兹被愤怒的群众乱石砸死。
罗辑冬眠后的20年，世界陷入经济危机和严重饥荒，原本80亿人口缩减为35亿，危机感使人类科技飞速进步。185年后罗辑苏醒，此时地球文明已经非常发达，政治格局分为“地球国际”和“太空国际”，太空国际拥有强大的军事力量，地球人面对即将到来的三体战争非常乐观。而后罗辑同苏醒后的其他成员参加了面壁计划会议，联合国由于拥有高强度的军事化力量所以打算终止历时205年的面壁计划，然而意想不到的事情发生了，西恩斯的妻子忽然承认自己是西恩斯的破壁人并揭穿了西恩斯的面壁计划：西恩斯修改了思想钢印的正负值，当初给军人印上的钢印并非”人类必胜“而是”人类必败“，西恩斯的计划是让这些被钢印的军队舍弃地球寻找新家园，如果与三体人的战争失败后可以给人类留下其他活路。与会者一片寂静。随后西恩斯的妻子自杀。
此时三体探测器已经进入太阳系，太空国际为显示人类力量派出所有的2015艘战舰拦截三体探测器，这其中就包括章北海作为执行舰长的”自然选择号“，章北海由于”人类必败“钢印下令战舰逃离战役向深远的太空前进寻找新家园。当太空国际发现叛逃行为时派出了四艘星际飞船对其进行追捕。这个小小的叛逃并不影响其他地球人的热情，他们都守在屏幕前准备为人类即将到来的胜利振臂高呼。83岁的丁仪（他是叶文洁女儿杨冬的丈夫）被选中作为第一个接触三体小型探测器的科学家，这枚探测器外表像一滴水一样光滑无比，于是大家将它称之为水滴。丁仪博士用显微镜看水滴表面时发现，无论是放大百倍万倍水滴的表面还是光滑无比像镜面一样，这意味着该物体密度极其大，它可以轻易的横穿地球且本身不会有丝毫损伤。丁仪博士反应过来后对全部舰队大喊：”傻孩子们，快逃！“然而晚了，水滴用最原始的攻击方法”撞击“袭击了所有的人类飞船，此次战役除了叛逃的自然选择号和追捕它的四艘飞船，历时50分钟2000艘飞船被摧毁只有两艘得以幸免。人类所有的希望被一颗小小的卡车那么大的探测器全部摧毁。消灭你与你何干。
另一方面，当追捕”自然选择号“的四艘飞船发现水滴战役人类全军覆没后，他们停止了追捕并和自然选择号一同寻找新家园，然而随着时间的推移，他们发现燃料配件补给只够一艘飞船到达最近的补给地点，于是五艘战舰相互攻击，最后”蓝色空间号“摧毁了其他四艘飞船带着战利品飞向远方。宇宙的另一端幸存的两艘战舰也意识到这个问题，于是相互攻击，最后青铜时代号打败了另一艘取得胜利，驶向远方。（着几艘战舰将会在第三本书里面再次出现。）
地球人在水滴战役后陷入深深的绝望。此时罗辑冬眠前的恒星诅咒忽然生效了，那颗指定的恒星被一颗光粒穿过爆炸了，所有人都相信罗辑是拯救地球的神，地球人又燃起来希望。罗辑私下向朋友解释为什么那颗恒星会爆炸,黑暗森林法则：首先宇宙总量时恒定的，但宇宙中有无数的外星生命都在以指数增长，所以宇宙是一个生存死局，不是你死就是我亡，在这种严格的竞争下，一方的收益必然意味着另一方的损失，双方不存在合作的可能，也就是说自己文明的未来就是建立在他人文明的痛苦之上，只有损人利己才能活下去，其结果就是一方吃掉另一方，所以每个文明都必须为了生存而战，再弱小的文明都可能技术爆炸，从人类的文明来看，我们从猿猴到现在从宇宙的尺度就是一瞬间的事，这就导致文明彼此之间随着时间推移会不断出现猜疑大家脑子里都在想他会不会来干掉我抢我资源。这种不断形成的猜疑链停止的方法只有一方死了才会结束，所以为了避免其他文明技术爆炸在以后跟自己争夺资源，最安全的方法就是发现一个文明后，能消灭的就直接消灭，打不过的就绕着走，罗辑把宇宙比喻成一座黑暗森林，每个文明都是带枪的猎人，像幽灵一般潜行爱林间，每个猎人都必须小心，因为只要他们暴露自己的位置就会被其他文明干掉，毕竟这是保证自己安全的最好手段。那颗坐标被发向宇宙的小行星被摧毁证实了罗辑的黑暗森林法则。而人类战队的相互攻击证明了猜疑链。
但是三体人也猜到了罗辑的想法，并利用水滴向太阳发射电波，这样太阳就不再能放大地球向外发射的信号，罗辑向宇宙发射三体星的坐标的目的就不能实现，罗辑现在无计可施只能借酒消愁，政府给了罗辑一个闲职：雪地工程，通过恒星氢弹和海王星的油膜物质制造太空尘埃，以便在其余九个会随地达到地球前可以提前观测到，这其实对于地球来说是没什么用的一项工作，罗辑把这当成逃避手段，地球人对罗辑的行为变得失望，罗辑失去了人们的信赖，也失去了面壁者的特权。在一个雨夜，罗辑来到杨冬的墓前，拿起手枪对着自己的胸口高声喊出：”我要和三体人对话！“随后露出了手腕上的手表，他说：”这是一个检测我生命体征的摇篮系统，一端连接着罗辑的心脏另一端连接着两年来在太阳轨道上布置的3614枚核弹，如果心跳停止核弹将被引爆，太阳将被油膜物质的星际尘埃包围，云层下的太阳将会时隐时现，不停闪耀，他将像一座灯塔在全宇宙标记出太阳系的位置。“那么更高智慧的生命体就会像击穿那颗罗辑诅咒的恒星一样轻而易举的摧毁太阳系。也就是说罗辑从事雪地工程的工作表面上是逃避现实其实是在进行面壁人的计划。
罗辑的方法奏效了，三体人表示妥协，并答应了罗辑的三个要求:1水滴停止对太阳发射电波。2另外九个水滴离开太阳系。3三体舰队立刻转向，从此不可进入太阳系。至此三体人进入流亡状态，罗辑拯救了全人类。
然而故事还没有结束
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