科學眼觀科幻片

傅煜銘

一群生活在非洲沙漠的食草猿人某天從睡夢中醒來時，發(fā)現(xiàn)一塊巨大的黑色石板平地而起。這塊巨石仿佛一塊人類進化的里程碑，由此這些原始人開始認識工具，用骨頭制造武器獵食動物，并收復(fù)了被同類搶占的失地。隨著他們的首領(lǐng)將骨頭拋向空中，畫面切換至數(shù)百萬年后的未來……

同樣的黑石后來多次出現(xiàn)在宇宙中，它矗立在月球上，飄浮在太空里，帶著某種神秘的寓意。時間到了2001年，為了探尋黑石的秘密，人類開展了一項木星探索計劃。飛船上載有船長大衛(wèi)·鮑曼、飛行員富蘭克和三名休眠的航天員，此外，還搭載了一臺叫“哈爾9000”的智能電腦。哈爾在宇宙飛行過程中發(fā)生錯亂，令富蘭克和三名休眠的航天員相繼喪命，剩下鮑曼和這臺電腦作戰(zhàn)。最終，鮑曼關(guān)掉了哈爾的主腦系統(tǒng)，將其戰(zhàn)勝?，F(xiàn)在，茫茫宇宙中只剩鮑曼一人，他獨自向木星進發(fā)。穿越壯觀的星門，鮑曼仿佛去到一個奇特的時空，那里有人類無盡的生死輪回和宇宙的終極奧秘……最終，鮑曼在一間古樸華麗的臥室中死去，垂死之際，第四塊石板出現(xiàn)在床邊，石板將他變成透明光團中的胎兒——星孩，星孩凝視著浩瀚的宇宙，靜靜地等待未知新生的到來。

數(shù)百萬年前，黑暗對于原始人類來說意味著未知和恐懼。黑夜來臨時，他們會躲在洞穴內(nèi)瑟瑟發(fā)抖，他們很難想到，后來的人類會努力克服對黑暗的恐懼，向廣袤深邃的太空奔去。其實，在現(xiàn)代人自己也還不敢想象的時候，斯坦利·庫布里克就把一個奔向黑暗深處的歷程拍成了科幻電影——《2001太空漫游》。這部電影在展現(xiàn)人類對于未來世界的想象的同時，也飽含著深刻的哲學意味，被譽為“現(xiàn)代科幻電影技術(shù)的里程碑”。

1957年10月4日，蘇聯(lián)成功發(fā)射了人類第一顆人造衛(wèi)星斯普特尼克1號，這在全球引起了轟動。1961年4月12日，蘇聯(lián)航天員加加林首次進入太空。與此同時，美國也在緊鑼密鼓地進行航天技術(shù)研究，要和蘇聯(lián)在航天領(lǐng)域一較高下。盡管伴隨著冷戰(zhàn)的陰云，美蘇兩國之間的太空競賽卻令人們對太空探索空前樂觀?！?001太空漫游》中太空旅行的圖景，就是航天事業(yè)按照當時的驚人速度不斷發(fā)展下去的假設(shè)。

太空起居

電影中，在《藍色多瑙河》的音樂背景下，弗洛伊德博士搭乘泛美航空公司的一架民用航天飛機，來到位于近地軌道上的國際空間站。太空旅行和地球生活最大的區(qū)別就是重力環(huán)境不同。牛頓力學告訴我們，太空中距離地球越遠的地方，受到的地球引力越小。距離地球為一千倍地球半徑的空間，就已經(jīng)屬于“微重力環(huán)境”。此外，環(huán)繞地球轉(zhuǎn)動的航天器，例如各種人造衛(wèi)星、國際空間站，其受到的地球引力和繞軌運行的離心力相平衡，所以處于完全失重的狀態(tài)。事實上，由于飛行姿態(tài)調(diào)整、儀器設(shè)備運行以及其他微小干擾因素的存在，這些環(huán)繞地球運轉(zhuǎn)的航天器所處的環(huán)境并不是“零重力”，而是“微重力”。

在失重狀態(tài)下，如果沒有其他束縛，所有物體都會飄浮在空間中，水等液體會呈球形。這些現(xiàn)象看似有趣，但是對于已經(jīng)適應(yīng)地球重力環(huán)境的人類來說，這意味著飲食起居等習慣都要推翻重建，比如，在航天器中，航天員只能在空氣中游動，或是推拉艙內(nèi)設(shè)施實現(xiàn)自身的移動。太空中的飲用水一般裝在飲水袋中，航天員使用吸管喝水，同時要用手擠壓飲水袋讓水泵到吸管中。進餐時還要特別小心，不能讓食物的碎末飄浮到太空艙內(nèi)，否則很難清除，還有可能損壞儀器設(shè)備?！?001太空漫游》中，女航天員穿著一雙“抓握鞋”在微重力環(huán)境下自如行走。這種鞋也許可以用磁鐵來實現(xiàn)，不過目前在太空中并未得到應(yīng)用。影片中，失重狀態(tài)下的食物都被制成了液體，可以通過吸管飲用。此外，在太空上廁所也和地面不同，影片中弗洛伊德博士就在飛往月球的航班上仔細閱讀了“零重力廁所”的使用說明。

微重力環(huán)境（包括零重力環(huán)境）對人類的身體健康有著不可忽視的影響，例如，長期在失重環(huán)境下生活，人體的骨密度會減小，更容易發(fā)生骨折：人體肌肉會萎縮：血液和體液向頭部方向移動，危害健康等。所以，如果我們能夠“制造”重力，就有可能避免這些不利影響。然而，人們在很早之前就思考過人工重力的產(chǎn)生方案，目前已知最靠譜的一種就是這部電影中所展現(xiàn)的——旋轉(zhuǎn)法制造等效重力。

電影中的空間站被制造成啞鈴的形狀，兩個圓環(huán)繞著連接軸旋轉(zhuǎn)。人類生活區(qū)就位于圓環(huán)內(nèi)部。這種設(shè)計的物理原理并不復(fù)雜——在旋轉(zhuǎn)的參考系中，旋轉(zhuǎn)的物體會受到一個向外的離心力，人如果頭朝內(nèi)腳朝外站立在圓環(huán)形艙內(nèi)，受到的離心力和來自太空艙的支持力相平衡，這就和站在地面上時，重力與地面的支持力相平衡一樣，簡言之，旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力，起到了等效重力的作用。電影中飛往木星的飛船也有一個圓形的生活艙，而且同樣采用了這種人工重力方案。

然而，到目前為止，人類發(fā)射過的航天器都還沒有實現(xiàn)人工重力，國際空間站內(nèi)的航天員一直生活在失重狀態(tài)下。電影中通過“旋轉(zhuǎn)法“人為制造重力的設(shè)想在現(xiàn)階段還不可行是因為要產(chǎn)生足夠大的離心力，需要較高的旋轉(zhuǎn)角速度和較大的旋轉(zhuǎn)半徑，如果圓環(huán)的半徑較小，人在繞圓環(huán)中心旋轉(zhuǎn)時，腳部受到的離心力大于頭部，血液就會不斷向身體下方流，造成腦部缺血。不僅如此，人如果在圓環(huán)艙內(nèi)行走，還會受到明顯的科里奧利力的影響，走不出直線……基于這些原因，為太空“制造”重力的設(shè)想還未能實現(xiàn)。

移居月球

人類在1969年7月20日，也就是電影《2001太空漫游》上映一年后首次實現(xiàn)登月。盡管那時人們已經(jīng)可以通過大型天文望遠鏡獲得清晰的月表圖像，但人們對于月球淺表和內(nèi)部情況仍然知之甚少。然而，庫布里克卻為我們呈現(xiàn)了一個在今天看來仍然十分接近真實，甚至比真實更加迷人的月球圖景。

在電影中，到2001年，人類已經(jīng)在月球的克拉維斯隕石坑建立永久基地。從地球出發(fā)，通過空間站中轉(zhuǎn)到月球的交通也變得十分便捷。雖然到今天這個設(shè)想仍未實現(xiàn)，但在月球建造基地這件事已成為人類太空探索的主要目標之一。我們知道克拉維斯隕石坑是月球正面第三大隕石坑，其直徑約為233千米，深度約為4.9千米。在電影中，人類在克拉維斯基地修建了巨大的地表和地下建筑群，該基地是人類進行太空探索的前哨。那么，在月球建造基地具體有哪些好處呢？

首先，月球是離地球最近的一個天體（除小天體外），在月球上建造基地、開展科學實驗活動比在其他行星更方便。其次，因為月表重力大約僅為地球表面重力的六分之一，所以從月球向空間發(fā)射航天器所需要的能量也比在地面更少。再者，月球上蘊藏豐富的氦-3元素，可以作為核聚變的燃料。不僅如此，如果人類要常駐月球，水是必不可少的，而月球兩極的永久陰影區(qū)就很有可能富藏水冰。目前，科學家仍在通過繞月探測器和地基望遠鏡在這些區(qū)域?qū)ふ宜Ｗ詈?，對天文學家而言，月球很適合建造天文臺，因為一來月球沒有大氣，光學望遠鏡能夠獲得極佳的觀測條件；二來永久陰影區(qū)不受日照，常年低溫，適合安放紅外天文望遠鏡；三來月球背面隔絕了地球上的無線電信號，適合建造射電望遠鏡。所以，如果人類能夠常駐月球，相較于空間望遠鏡，月基望遠鏡將更易建造、調(diào)試和維護。此外，月球也是大型射電望遠鏡陣列的最佳落腳處。

不過，移居月球仍然具有很大的挑戰(zhàn)。例如，我們還不知道人類能否在低重力環(huán)境下長期生活，而且移居月球意味著要建立一個可循環(huán)的生態(tài)系統(tǒng)，要在月球種植糧食、蔬菜，要輸送人類生存需要的空氣和水，這在目前看來還十分困難。

未來科技

庫布里克執(zhí)導的電影《2001太空漫游》和亞瑟-克拉克撰寫的同名小說是同期并行創(chuàng)作的。電影中出現(xiàn)了很多對于未來科技的預(yù)言，其中不少已經(jīng)成為現(xiàn)實，比如即時視頻通話和平板電腦等。不過，電影中呈現(xiàn)的人工智能才是最大亮點。

我們看電影中弗洛伊德博士進入空間站時，要經(jīng)過一項“聲紋驗證”程序，即通過聲音進行身份驗證的過程。目前，聲紋識別已經(jīng)在安全領(lǐng)域得到很多應(yīng)用，它所提供的安全性可與其他生物識別技術(shù)（指紋、掌形和虹膜）相媲美，同時數(shù)據(jù)采集也十分便捷。

電影中還有一個重要的角色——哈爾9000型電腦，它是木星任務(wù)中整個“發(fā)現(xiàn)號—飛船的中樞。它在和航天員的國際象棋對弈中輕松取勝，這不禁令人聯(lián)想到早先戰(zhàn)勝國際象棋世界冠軍卡斯帕羅夫的超級電腦深藍，以及最近戰(zhàn)勝諸多圍棋冠軍的AlphaGo。由于哈爾9000型電腦具有超強的計算能力和可靠性，科學家對它委以重任。然而，在太空旅行的途中“哈爾”卻誤報天線故障，而且還拒不承認自己的錯誤。兩名航天員為了確保航行安全，決定切斷哈爾的主腦控制，改為地面電腦控制?！肮枴蓖ㄟ^唇語判斷出航天員的意圖，為了不讓自己下線，它在抗爭過程中殺死了富蘭克和正在休眠的三名航天員。最終，唯一幸存的鮑曼船長將“哈爾”的存儲器一一取出，奪回了飛船的控制權(quán)，獨自駕駛飛船駛向木星。

五十多年前，庫布里克在電影中就預(yù)見了人工智能在改變?nèi)祟惿畹耐瑫r，可能帶來的負面影響。未來，機器是否會具有獨立的思維，是否會脫離人類的控制？這是我們不得不思考的問題。而就目前來看，發(fā)展人工智能是大勢所趨，對其合理利用便能造福人類社會。

黑石與“神靈”

電影中多次出現(xiàn)的黑石是全片一大線索。它最早出現(xiàn)在幾百萬年前東非的原始人部落，引發(fā)了原始人的恐懼。黑石被原始人發(fā)現(xiàn)后，又在月球的克拉維斯隕石坑出現(xiàn)，成為科學家研究的對象。最后，黑石再次亮相于木星附近，將鮑曼帶入另一個時空。對于這塊神秘的黑石，人們有不同的理解：有人認為黑石啟發(fā)了原始人的心智，加速了他們的演化進程：有人認為黑石僅僅是一個監(jiān)視人類的工具，并沒有影響人類的進化。但不論何種想法，都避免不了一個很重要的問題——黑石究竟是誰放置的？電影中，原始人聚集在黑石邊，伸出手指觸碰黑石的畫面，與米開朗琪羅取材于《圣經(jīng)》的壁畫《創(chuàng)世記》中描繪的亞當和上帝指尖相碰的場景十分相似。通過這一宗教意味濃重的電影場景，我們不禁會想黑石會不會是“上帝”或某種“神靈”的代表？

不過，脫離電影情節(jié)來看，其實黑石是庫布里克和著名天文學家卡爾·薩根討論后做出的一個巧妙設(shè)置，這避免了直接描繪外星生命可能帶來的創(chuàng)作困難。更重要的是，黑石是一種藝術(shù)化的符號，它就像人類自身的一面鏡子，象征著人類的自然崇拜。人類先民崇拜太陽、月亮、天空、海洋以及自然界中一切神秘事物，而這樣的崇拜造就了神靈，盡管電影中黑石的出現(xiàn)可能令觀眾不安，但對原始人來說，它不過是一個新的值得恐懼和崇拜的事物罷了。一部嚴肅的科幻作品，自然不會把人類的演化歸結(jié)為某塊黑石的出現(xiàn)。黑石和日月星辰一樣，都不過是人類歷史發(fā)展的見證者而已。

電影中，與原始人不同，科學家在看到黑石時，沒有不安和恐懼而是抱著興奮的心情接近、探索這塊神秘的黑石，這一場景生動地展現(xiàn)了科學進步為人類帶來的自信。

電影開篇用近20分鐘的時間描繪了幾百萬年前東非地區(qū)“人類黎明”的景象：原始人的部落沖突、工具的使用……人類用幾百萬年的時間探索了地球，造就了偉大的文明，但這在百余億年的宇宙尺度中微不足道。人類進入太空，就意味著從零開始，我們需要重新學習走路、吃飯、使用和控制工具（飛行器和智能電腦），重新探索新的世界，建立新的文明。東方欲曉，宇宙時代的黎明來臨，我們站在地球上，遠眺著人類的未來。