“硬科幻”獲好評(píng)

春節(jié)期間上映的電影《流浪地球》以“硬科幻”的特點(diǎn)收獲大量好評(píng)。

“硬科幻”，即具有嚴(yán)謹(jǐn)科學(xué)底蘊(yùn)、基于科學(xué)原理的科幻作品。那么，這部電影中哪些說法具有較強(qiáng)的科學(xué)基礎(chǔ)，哪些說法現(xiàn)在還只是幻想？

大年初一，中國科幻電影《流浪地球》登陸各大影院，在競爭激烈的春節(jié)檔期收獲票房冠軍。電影根據(jù)劉慈欣同名科幻小說改編而來，講述了一個(gè)發(fā)生在不遠(yuǎn)未來的故事：太陽急劇老化，隨時(shí)都有可能進(jìn)入到紅巨星的膨脹階段，地球也將因此被吞噬。在此危急關(guān)頭，為了地球人的存亡，地球上的聯(lián)合政府作出了一項(xiàng)緊急決定，在地球上建造萬座重核聚變行星發(fā)動(dòng)機(jī)，每個(gè)產(chǎn)生上百萬億噸的推力，把地球當(dāng)成一個(gè)龐大的宇宙飛船，駛離現(xiàn)有軌道，駛向距離太陽系最近的一顆恒星——比鄰星，從而開啟了一段長達(dá)2500年的星際旅行。

電影中的科與幻

依照影片中描述的“流浪地球”計(jì)劃，人類給地球安裝萬座巨大的重元素聚變發(fā)動(dòng)機(jī)，它們被稱作行星發(fā)動(dòng)機(jī)，推動(dòng)地球逃離年邁的太陽，飛往最近的恒星——比鄰星。但地球是個(gè)龐然大物，平均半徑6371公里，質(zhì)量超過59萬億億噸。要讓它飛往比鄰星，需要脫離太陽引力，只靠人造的發(fā)動(dòng)機(jī)還不夠，于是電影里讓它借助木星的“引力彈弓”。

木星體積大約是地球的1300倍，當(dāng)?shù)厍蚩拷拘菚r(shí)，會(huì)被其強(qiáng)大的引力吸引，從而加快行進(jìn)速度。由于木星也在繞太陽公轉(zhuǎn)，在天體的互相影響中，最后地球會(huì)被木星像拋球一般拋出去，從而達(dá)到脫離太陽系所需速度。這就是引力彈弓效應(yīng)。

引力彈弓效應(yīng)不是新發(fā)現(xiàn)，蘇聯(lián)在1959年發(fā)射的“月球3號(hào)”探測器就利用了引力彈弓效應(yīng)。在精確計(jì)算后利用天體的引力彈弓效應(yīng)，可以在不消耗航天器本身能量的情況下，改變航天器的速度和前進(jìn)方向，幫助航天器抵達(dá)目標(biāo)。

在人類的航天征程中，引力彈弓效應(yīng)的應(yīng)用已十分廣泛。首個(gè)進(jìn)入星際空間的人類探測器“旅行者1號(hào)”在飛離太陽系前，就曾多次借助引力彈弓效應(yīng);“帕克”太陽探測器也曾7次借助金星的“引力彈弓”而逐漸逼近太陽，最終成為史上最靠近太陽的航天器。

影片中，地球由于接近洛希極限，導(dǎo)致行星發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)生故障，地球即將解體墜入木星，人類面臨滅頂之災(zāi)。

這里提到的洛希極限是指天文學(xué)中一個(gè)特殊的距離，如果一個(gè)天體與另一個(gè)天體離得太近，以至于后者的潮汐力可以將前者撕碎，這個(gè)距離就被稱作洛希極限。這個(gè)距離極限值是由法國天文學(xué)家洛希首先計(jì)算出的，因此稱為洛希極限。

地球與木星之間的洛希極限是科學(xué)上可計(jì)算的，但讓地球靠近木星到如此近的程度，還只能算是幻想。那電影中為什么要靠這么近呢？

依照電影中的計(jì)劃，人類原本想要利用木星的引力彈弓效應(yīng)，如果離得太遠(yuǎn)的話，就不能“借”到足夠的力，達(dá)不到?jīng)_出太陽系的速度。太近不行，太遠(yuǎn)也不行，這個(gè)問題需要科學(xué)家精確地計(jì)算，也給了影視作品發(fā)揮的空間。

科幻小說中，經(jīng)常會(huì)提到解決能源問題的終極手段——聚變。在電影《流浪地球》中，為了推動(dòng)地球離開太陽系，人類在地球上建造了萬座高聳入云的重元素聚變發(fā)動(dòng)機(jī)，單個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)通過重元素聚變能夠產(chǎn)生150萬億噸的推力。

目前人類已經(jīng)實(shí)現(xiàn)的聚變是氫彈，它利用氫同位素聚變釋放出能量，有巨大的威力。但氫彈的能量是爆炸式釋放，目前人類還不能實(shí)現(xiàn)可控核聚變，即讓聚變產(chǎn)生的能量平穩(wěn)輸出，一些相關(guān)裝置還處于實(shí)驗(yàn)階段。

電影中，行星發(fā)動(dòng)機(jī)的燃料不是氫，而是石頭。這不是說把石頭燒成石灰，而是石頭中的重元素發(fā)生聚變，從而釋放出巨大的能量，推動(dòng)地球飛出太陽系。

這當(dāng)然只是電影的想象。不過，所謂重元素聚變并不是空想。在宇宙深處有不少恒星“巨無霸”，內(nèi)部就在進(jìn)行著重元素聚變。

在未來，人類如果能夠掌握從重元素聚變中穩(wěn)定獲取能量的技術(shù)，或許真能夠徹底解決能源問題。

比鄰星是可能的歸宿嗎

在小說《流浪地球》中，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)太陽異常，并預(yù)測太陽將進(jìn)入紅巨星膨脹階段，在接下來的數(shù)百年時(shí)間里淹沒地球軌道。紅巨星是恒星燃燒到后期所經(jīng)歷的一個(gè)較短的不穩(wěn)定階段。不過人類學(xué)家曾經(jīng)估算過，因?yàn)橹車h(huán)境的各種變化，人類在地球上還可以存在的時(shí)間大約是200萬年。而物理學(xué)家霍金曾經(jīng)更為悲觀，因?yàn)槿祟愂褂媚茉吹臎]有效率，預(yù)言幾百年后就需要考慮離開地球。

在某個(gè)時(shí)間，地球在被淹沒之前就已經(jīng)移到太陽系的宜居區(qū)之外，不再適合生命存在，反而在那個(gè)時(shí)候，火星將完全進(jìn)入宜居區(qū)。

半人馬座比鄰星是除太陽之外距離地球最近的一顆恒星，距離我們4.2光年。如果真的有“流浪地球”計(jì)劃，地球真的流浪到半人馬座比鄰星周圍，那里的環(huán)境適合人類生存嗎？

根據(jù)哈勃等強(qiáng)大望遠(yuǎn)鏡對(duì)于半人馬座比鄰星的多項(xiàng)觀測，我們還是可以了解到有關(guān)這個(gè)恒星的不少信息。半人馬座比鄰星質(zhì)量只有太陽質(zhì)量的七分之一，屬于紅矮星，它的亮度比太陽低。

在劉慈欣寫《流浪地球》這篇小說的1999年，人們并不知道半人馬座比鄰星周圍是否有行星存在。而在2016年年底，歐洲南方天文臺(tái)一個(gè)名為“黯淡紅點(diǎn)”的發(fā)現(xiàn)讓天文學(xué)家和大眾都非常興奮——科學(xué)家們在半人馬座比鄰星周圍發(fā)現(xiàn)了一個(gè)和地球非常類似的行星，它的質(zhì)量大約是地球質(zhì)量的1.3倍，公轉(zhuǎn)周期為11.2天，位于半人馬座比鄰星的宜居區(qū)當(dāng)中。天文學(xué)家使用了一個(gè)名為“地球相似指數(shù)”的參數(shù)，來描述這一行星和地球的相似度，“黯淡紅點(diǎn)”的相似指數(shù)高達(dá)86%。

即便如此，這顆行星的某些性質(zhì)與地球仍相差甚遠(yuǎn)。因?yàn)榘肴笋R座比鄰星質(zhì)量遠(yuǎn)低于太陽，所以圍繞半人馬座比鄰星的宜居區(qū)也相應(yīng)地更加靠近中心恒星。又因二者非?？拷?，天文學(xué)中非常常見的一種現(xiàn)象便會(huì)出現(xiàn)——潮汐鎖定。潮汐鎖定使得行星只有一面朝向中心恒星。在某種程度上，這類似于我們熟悉的月亮，我們只能看到月球的一面。所以，行星永遠(yuǎn)朝向中心恒星的一面溫度會(huì)很高，而另外一面溫度很低。

在潮汐鎖定之外，還有一個(gè)更為重要的問題，那就是中心恒星頻繁的爆發(fā)現(xiàn)象。盡管半人馬座比鄰星質(zhì)量比太陽質(zhì)量小，但它的爆發(fā)頻率和釋放出來的能量要比太陽大得多。

半人馬座比鄰星的行星上所接收到的紫外輻射，比地球上用來殺死病菌的紫外線強(qiáng)度還要高出100倍以上，這對(duì)于行星上的生命來說無異于一場災(zāi)難。更糟糕的是，一旦潮汐鎖定，根據(jù)現(xiàn)有的理論，行星產(chǎn)生磁場的可能性就會(huì)非常小，如果劇烈的恒星風(fēng)持續(xù)吹來，即便行星上有大氣，在恒星風(fēng)的作用下也會(huì)逐漸逃逸直至消失殆盡。

基于對(duì)半人馬座比鄰星環(huán)境的以上推測，半人馬座比鄰星可能并不是一個(gè)非常適合地球流浪的目的地。也許，隨著科技的高速發(fā)展，人類還可以找到除太陽之外距離地球較近、周圍有“地球相似指數(shù)”較高的宜居區(qū)的另一顆恒星。

很多黑科技都是靠譜的

這部電影展現(xiàn)出來的黑科技哪些靠譜呢？

一是AI變臉。影片里劉啟偷了姥爺?shù)墓ぷ髯C，并找辦假證的給妹妹也搞了個(gè)假證件，還有兩套防護(hù)服。通常在核驗(yàn)證件的時(shí)候都是要核對(duì)本人照片的，電影中鍵盤敲幾下的工夫就完成了“換臉”。

這種換臉技術(shù)其實(shí)現(xiàn)在已經(jīng)有了。

類似的面部替換技術(shù)，早就被廣泛運(yùn)用在大片里了。例如半獸人、阿凡達(dá)等，也都用了動(dòng)作捕捉技術(shù)。如果再扯遠(yuǎn)一點(diǎn)，現(xiàn)在不僅照片不能相信，就連視頻都信不得了。例如商湯科技去年就曾發(fā)布了一項(xiàng)SenseAR美體塑形黑科技，能在實(shí)時(shí)拍攝的視頻中把一個(gè)一米五的“矮冬瓜”，變成一個(gè)一米六五的窈窕“大長腿”。

去年年底發(fā)布的某品牌手機(jī)，配合其后置TOF立體深感鏡頭就支持這類3D美型瘦身功能，錄制視頻的時(shí)候即可開啟美體模式。

此外，現(xiàn)在科技這么發(fā)達(dá)，換張臉也已經(jīng)不是問題。22年前，吳宇森的代表作《變臉》就已經(jīng)展現(xiàn)了這種技術(shù)。

二是超腦服務(wù)生活。影片中的領(lǐng)航者號(hào)空間站的人工智能Moss讓人印象深刻：想聯(lián)系誰，直接說，分分鐘辦到。Moss的大腦是一臺(tái)超級(jí)計(jì)算機(jī)，最后被吳京用一瓶伏特加給滅了。

根據(jù)資料，目前中、美、日、俄等國對(duì)高性能超級(jí)計(jì)算機(jī)研究都進(jìn)行了大力投入。衡量超級(jí)計(jì)算機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)就是運(yùn)算能力要足夠夠快。在這個(gè)領(lǐng)域，有一份每隔半年更新一次的世界500強(qiáng)榜單。根據(jù)最新的排名，如果一臺(tái)機(jī)器的運(yùn)算能力達(dá)不到500萬億次每秒，就將被“除名”。

人工智能向深度運(yùn)用，正在把人們從一些繁重的工作中解放出來。事實(shí)上，當(dāng)前人工智能正處于由感知智能向認(rèn)知智能逐步發(fā)展的過程中，針對(duì)解決各類專門任務(wù)的單項(xiàng)智能逐步成熟并進(jìn)入產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用，大量簡單重復(fù)性任務(wù)將越來越多地由人工智能完成。

在京東集團(tuán)，具備一定情感智能的人工智能客服每天服務(wù)大量的用戶，它們不僅能回答人機(jī)交互過程中的問題，包括售前導(dǎo)購、售中物流、售后服務(wù)等，還能理解消費(fèi)者的情緒反應(yīng)，更好地滿足他們的需求。

三是人人都是鋼鐵俠。從影片開頭，觀眾就能看到，套在人體上的智能強(qiáng)化外骨骼頻繁出鏡。之后電影中的救援隊(duì)也都裝有這類強(qiáng)化外骨骼，正是靠著它隊(duì)員們才能手動(dòng)推動(dòng)“撞針”，激發(fā)了行星發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)的核聚變反應(yīng)。

其實(shí)在科幻作品中也有眾多作品將動(dòng)力服拿來發(fā)揮，例如《星艦戰(zhàn)將》中機(jī)動(dòng)步兵的動(dòng)力服;《鋼鐵俠》中的動(dòng)力服;《浩劫殺陣》系列、《輻射》系列等都已經(jīng)描述得很清楚。

現(xiàn)實(shí)里，從2000年開始，美軍開始從事“增強(qiáng)人體機(jī)能的外骨骼”（EHPA）項(xiàng)目研究，計(jì)劃研制一種機(jī)器骨骼，提高人的軍事作戰(zhàn)方面的能力，計(jì)劃在2005年開始進(jìn)行樣品試驗(yàn)。未來士兵佩戴外骨骼機(jī)器人后，將成為一名超級(jí)士兵，擁有無窮的力量，可攜載更多的武器裝備，火力威力增強(qiáng)，防護(hù)水平提高，同時(shí)可克服任何障礙，高速前進(jìn)，不會(huì)產(chǎn)生疲勞感。