文本刊綜合

有人說(shuō)，一部好的科幻電影必須要有想象力、科技感、未來(lái)感。科幻電影往往立足于科技前沿選題，所以它們?cè)诳茖W(xué)傳播中發(fā)揮著重要作用。近幾年，科幻電影越來(lái)越受歡迎，《流浪星球》《阿麗塔：戰(zhàn)斗天使》等都是口碑、票房雙收的作品。趕緊去看看這些電影都告訴了我們哪些科學(xué)知識(shí)與未來(lái)趨勢(shì)吧！

流浪地球

今年大年初一，根據(jù)劉慈欣小說(shuō)改編的同名電影《流浪地球》在全國(guó)上映。電影一經(jīng)播出便以“硬科幻”的特點(diǎn)收獲大量好評(píng)。

硬科幻作品的核心思想是對(duì)科學(xué)精神的尊重和推崇。在手法上，硬科幻以追求科學(xué)（可能）的細(xì)節(jié)或準(zhǔn)確為特性，著眼于自然科學(xué)和技術(shù)的發(fā)展。與之對(duì)應(yīng)的軟科幻作品中的科學(xué)技術(shù)和定律的重要性則被降低。

在《流浪地球》這部電影中，哪些說(shuō)法具有較強(qiáng)的科學(xué)基礎(chǔ)？哪些說(shuō)法還只是幻想？

引力彈弓效應(yīng)

依照影片中描述的“流浪地球”計(jì)劃，人類(lèi)為地球安裝了上萬(wàn)座巨大的重元素聚變發(fā)動(dòng)機(jī)，它們被稱(chēng)作行星發(fā)動(dòng)機(jī)，用于推動(dòng)地球逃離年邁的太陽(yáng)，飛往最近的恒星——比鄰星。

但地球是個(gè)龐然大物，平均半徑6 371千米，質(zhì)量超過(guò)59萬(wàn)億億噸。要讓它飛往比鄰星需要脫離太陽(yáng)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效應(yīng)。

木星體積大約是地球的1 300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。由于木星也是繞太陽(yáng)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(yáng)系所需的速度。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“月球3號(hào)”探測(cè)器時(shí)就利用了該效應(yīng)?？蒲腥藛T經(jīng)過(guò)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自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)。

洛希極限

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(lèi)面臨滅頂之災(zāi)。

洛希極限是天文學(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，后者的潮汐力可以將前者撕碎。這個(gè)距離的極限值是由法國(guó)天文學(xué)家洛希首先計(jì)算出的，因此被稱(chēng)為洛希極限。

雖然地球與木星之間的洛希極限是可計(jì)算的，但真正要讓地球離木星如此近，還只能是幻想。

重元素聚變發(fā)動(dòng)機(jī)

科幻小說(shuō)中經(jīng)常會(huì)提到解決能源問(wèn)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(kāi)太陽(yáng)系，人類(lèi)在地球上建造了上萬(wàn)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(guò)重元素聚變能產(chǎn)生150萬(wàn)億噸的推力。

目前人類(lèi)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)的聚變是氫彈，它利用氫同位素聚變釋放能量，具有巨大的威力。但氫彈的能量是爆炸式釋放，人類(lèi)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)裝置還處于試驗(yàn)階段。

電影中，行星發(fā)動(dòng)機(jī)的燃料不是氫，而是石頭。這并不是說(shuō)把石頭燒成石灰，而是讓石頭中的重元素發(fā)生聚變，從而釋放巨大的能量，推動(dòng)地球飛出太陽(yáng)系。這當(dāng)然只是電影的想象，不過(guò)，所謂重元素聚變并不是空想。在宇宙深處有不少恒星“巨無(wú)霸”，其內(nèi)部就在進(jìn)行重元素聚變。

在未來(lái)，人類(lèi)如果能夠掌握從重元素聚變中穩(wěn)定獲取能量的技術(shù)，或許就能徹底解決能源問(wèn)題。

瘋狂的外星人

《瘋狂的外星人》改編自劉慈欣的《鄉(xiāng)村教師》，講述了主角耿浩和一心想發(fā)大財(cái)?shù)暮眯值艽箫w與“天外來(lái)客”外星人之間發(fā)生的讓人啼笑皆非的故事。其中讓人印象深刻的科幻元素主要有外星人頭環(huán)和基因球。

外星人頭環(huán)

電影中可以讓外星人呼風(fēng)喚雨的頭環(huán)依賴(lài)于一種名為腦機(jī)接口的技術(shù)。這種技術(shù)的神奇之處在于可以不用動(dòng)作和語(yǔ)言，就能實(shí)現(xiàn)大腦與機(jī)器之間的直接交互?，F(xiàn)實(shí)生活中的腦機(jī)接口技術(shù)已嶄露頭角。

據(jù)中國(guó)科學(xué)院半導(dǎo)體研究所研究員王毅軍介紹，腦機(jī)接口是讓大腦和機(jī)器直接溝通的一種系統(tǒng)，簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，它能通過(guò)直接提取大腦神經(jīng)信號(hào)來(lái)控制外部設(shè)備。

腦機(jī)接口技術(shù)可分為侵入式和非侵入式兩大類(lèi)。

在大腦中植入電極或芯片屬于侵入式的腦機(jī)接口。人的大腦中有上千億個(gè)神經(jīng)元，通過(guò)植入電極，可以精準(zhǔn)地監(jiān)測(cè)單個(gè)神經(jīng)元的放電活動(dòng)。這種方式的缺點(diǎn)是會(huì)對(duì)大腦造成一定損傷。

電影中的外星人表情由演員徐崢進(jìn)行面部捕捉

頭戴式的腦電帽屬于非侵入式的腦機(jī)接口，它主要是利用腦電帽上的電極從頭皮上采集腦電信號(hào)。這種方式可以在頭皮上監(jiān)測(cè)群體神經(jīng)元的放電活動(dòng)，缺點(diǎn)是不夠精準(zhǔn)。

基因球

影片中，外星人與地球人通過(guò)交換基因球的方式建立外交關(guān)系。地球人口含基因球，使其在口腔里打轉(zhuǎn)，15分鐘后就可以獲取人類(lèi)的基因。如此神奇的基因球真的存在嗎？

華大智造測(cè)序儀產(chǎn)品經(jīng)理汪婧婧表示，電影中的基因球兼具樣本的采集和存儲(chǔ)功能，雖然現(xiàn)實(shí)中一模一樣的產(chǎn)品還不存在，但它作為一種虛擬的采樣方式，其實(shí)與我們現(xiàn)在常用的“口腔拭子”有很多相似之處。

口腔拭子采集器目前在基因樣本采集中已有一定規(guī)模的應(yīng)用?！叭说耐僖褐泻锌谇簧掀ぜ?xì)胞和白細(xì)胞，這些細(xì)胞的細(xì)胞核內(nèi)含有遺傳物質(zhì)（基因組DNA）。因此，通過(guò)采集唾液樣本可以獲取人類(lèi)基因。

采集的原始樣本會(huì)經(jīng)過(guò)一系列人工或自動(dòng)化實(shí)驗(yàn)操作完成核酸提取和測(cè)序文庫(kù)制備，最終進(jìn)入測(cè)序儀進(jìn)行測(cè)序。

《阿麗塔：戰(zhàn)斗天使》電影海報(bào)

阿麗塔：戰(zhàn)斗天使

《阿麗塔：戰(zhàn)斗天使》改編自日本漫畫(huà)《銃夢(mèng)》，故事發(fā)生在未來(lái)的26世紀(jì)，醫(yī)生依德在城市的廢墟中撿到一個(gè)機(jī)械少女的頭顱，將她帶回家，為其賦予全新的軀殼，并取名為阿麗 塔。擁有善良本性和格斗精神的阿麗塔面對(duì)邪惡勢(shì)力和不公正的秩序，獨(dú)自踏上征途，展開(kāi)了一段探尋身世之謎的史詩(shī)級(jí)冒險(xiǎn)。

該片之所以備受矚目，原因之一是這是詹姆斯·卡梅隆繼《阿凡達(dá)》之后另一部科幻巨制，而這之間相隔了十年。

表演捕捉

阿麗塔原本由真人扮演，但為了突出她機(jī)械少女的身份，電影將動(dòng)作捕捉與CG技術(shù)（Computer Graphics，利用計(jì)算機(jī)技術(shù)進(jìn)行視覺(jué)設(shè)計(jì)和生產(chǎn)）結(jié)合并升級(jí)成了“表演捕捉”技術(shù)，將真人演員的表演無(wú)損轉(zhuǎn)化為電影中的CG形象。

具體來(lái)說(shuō)，就是人物不再由設(shè)計(jì)師通過(guò)大數(shù)據(jù)測(cè)算做出，而是真實(shí)地帶入演員的表演、注入演員的情感。

表演捕捉

不同于傳統(tǒng)的“動(dòng)作捕捉”，“表演捕捉”不僅要捕捉演員的肢體動(dòng)作，連最細(xì)微的面部表情也不能放過(guò)。演員需要穿上特制的“表演捕捉”服裝，臉上也得做好標(biāo)記?，F(xiàn)場(chǎng)有幾十臺(tái)攝像機(jī)多角度同時(shí)拍攝，然后由工作人員將這些捕捉到的數(shù)據(jù)和制作好的人物骨骼、皮膚等融合，形成角色的CG模型。

難度極高

高要求帶來(lái)了難以想象的難度。比如，阿麗塔的半機(jī)械化身體是由電影視覺(jué)特效人員設(shè)計(jì)的7 000多個(gè)獨(dú)立部件組成，而她的臉部的制作難度也相當(dāng)大。

在打造阿麗塔這張臉的過(guò)程中，工作人員首先對(duì)真人演員羅莎·薩拉扎爾進(jìn)行了一次臉部掃描，在此基礎(chǔ)上構(gòu)建一個(gè)模型，做出臉部人偶。拍攝時(shí)，為了把演員在表演過(guò)程中最細(xì)微的面部表情全部記錄下來(lái)，制作團(tuán)隊(duì)在羅莎·薩拉扎爾的頭上安裝了一對(duì)攝像頭，以求能捕捉她每個(gè)表情的幅度和深度。

除此之外，為了最大程度地達(dá)到真人般的臉部視覺(jué)效果，阿麗塔的每一個(gè)臉部毛孔里都被植入了絨毛，總計(jì)近50萬(wàn)根。

這并不是最難的，在阿麗塔臉上，眼睛和嘴是制作中最重要的兩個(gè)部位。尤其是那雙超大的眼睛，堪稱(chēng)極致還原。

片中在鏡頭靠近阿麗塔眼睛時(shí)，觀眾能清晰地看見(jiàn)虹膜的形狀、紋路和里面的毛細(xì)血管，這是因?yàn)橹谱鲌F(tuán)隊(duì)在類(lèi)似的近景鏡頭中沒(méi)有使用傳統(tǒng)的動(dòng)態(tài)貼圖制作，而是首次完整地創(chuàng)建了包括虹膜等在內(nèi)的整個(gè)眼球結(jié)構(gòu)。

另一個(gè)重要部位——嘴部的塑造也嘗試了176次之多。僅阿麗塔吃橙子的鏡頭就花費(fèi)一年時(shí)間拍攝了2 000多個(gè)版本，通過(guò)不斷的完善使得她在做這個(gè)動(dòng)作時(shí)牽動(dòng)的身體其他部分的反應(yīng)，比如額頭的皺紋、身體的收緊都顯得無(wú)比自然。