河北師范大學(xué)附屬民族學(xué)院 王際川

《流浪地球2》憑借著科幻場景的震撼力、科幻想象的創(chuàng)造力、科幻人文的認(rèn)知力，演繹了中國式情感、中國式精神的精髓，在人類命運共同體的宏闊視野中，展現(xiàn)出可信、可愛、可敬的中國形象。影片中層出不窮的硬核“黑科技”，讓觀影者大開眼界。這期就讓我們從科幻回歸科學(xué)，一起解讀《流浪地球2》中的那些硬核“黑科技”。

?黑科技之一：太空電梯

目前人類進(jìn)入外太空需要借助火箭和航天器，《流浪地球2》影片中卻是以太空電梯而“一步登天”，不僅十分抓人眼球，也帶給我們無限遐想。

其實很久以前，人類就夢想通過建造太空電梯上天，并一直為之努力。早在1895 年，現(xiàn)代宇宙航行學(xué)奠基人、航天之父俄國科學(xué)家齊奧爾科夫斯基就由法國埃菲爾鐵塔引發(fā)靈感，提出架設(shè)太空電梯。這樣人類便可以乘著電梯，自由且低成本地往返于地球與太空。此后，俄國太空預(yù)言家塔斯安德爾也提出在地球與月球之間搭建由一條繩索連接的太空電梯。他認(rèn)為地心引力能夠讓繩索伸展開來，使其成為用于運送負(fù)荷的空中索道。1965 年，蘇聯(lián)航天技術(shù)總負(fù)責(zé)人科羅廖夫組織中央機(jī)器制造設(shè)計局開始為第一個太空繩索設(shè)備做準(zhǔn)備，打算用一條鋼纜將聯(lián)盟號宇宙飛船與運載火箭的末級進(jìn)行連接。不幸的是，這一工程在科羅廖夫去世后就被終止。1979 年，著名科幻大師克拉克在其小說《天堂的噴泉》中再次提出太空電梯的概念，并引起了廣泛關(guān)注。雖然它具有理論基礎(chǔ)和科學(xué)依據(jù)，但存在一系列非常復(fù)雜的工程學(xué)問題，最大的挑戰(zhàn)在于我們尚且無法造出數(shù)萬千米長的超強(qiáng)纜繩。

隨后，人們圍繞太空電梯做過類似于用氣球試驗太空電梯繩索等試驗。2003 年，太空電梯再次被科學(xué)界重提，并且這個曾被視為科學(xué)幻想的革命性工程在近些年也有了較大進(jìn)展，并提出多種可行方案。當(dāng)時，美國電梯港集團(tuán)公司稱正在研制的太空電梯，可以一次運送30 名乘客，在6 個小時內(nèi)抵達(dá)10 萬千米外的太空。2003 年9 月15 日，國際太空電梯研討會在美國圣達(dá)菲召開，俄羅斯、美國等國家的70多位科學(xué)家和工程師對太空電梯進(jìn)行了深入討論，最終與會專家一致認(rèn)為太空電梯有望在21 世紀(jì)變成現(xiàn)實。

尤其值得一提的是，2018 年9 月25日，日本用貨運飛船把一對用于世界首次太空電梯試驗的立方體衛(wèi)星送往國際空間站。接著又從國際空間站釋放了這對邊長為10 厘米的立方體衛(wèi)星，它們之間用長約10 米的纜索連接；然后嘗試把一個像電梯吊箱一樣的容器通過電動機(jī)轉(zhuǎn)動的纜索從一端移動到另一端。這是人類首次在太空中移動纜索上的容器，也邁出了人類實現(xiàn)太空電梯的第一步。

2021 年11 月，國際太空電梯聯(lián)盟主席斯旺表示，未來太空電梯將作為永久性物流基礎(chǔ)設(shè)施，可將物資和人員運到太空，成為進(jìn)入太空的新通道。斯旺介紹：“根據(jù)目前設(shè)計，太空電梯轎廂重約20 噸，攀爬速度約為每小時200 千米。未來，隨著纜繩加長、轎廂攀爬速度加快，預(yù)計8 天可到達(dá)地球同步軌道，14 天可到達(dá)月球，61 天可到達(dá)火星?！?/p>

?黑科技之二：行星發(fā)動機(jī)

《流浪地球2》影片中，面對太陽危機(jī)，人類計劃通過上萬座依靠重核聚變產(chǎn)生巨大能量的行星發(fā)動機(jī)推動地球開啟“流浪之旅”。這些發(fā)動機(jī)真能推動地球嗎？

眾所周知，地球是一個質(zhì)量達(dá)5.97237×1024千克的超級龐然大物。而且地球自轉(zhuǎn)的同時繞太陽公轉(zhuǎn)，平均24 小時繞軸自轉(zhuǎn)一圈，大約924 375 700 千米；公轉(zhuǎn)的平均速度高達(dá)約29.8千米/秒（107 280 千米/小時）。因此我們能夠設(shè)想：要想改變地球的運行軌跡，需要行星發(fā)動機(jī)產(chǎn)生足夠巨大的力量才有可能。

中國科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院等離子體物理研究所長期研究核聚變能源的副研究員王騰介紹，核聚變反應(yīng)是將兩個原子核重新結(jié)合，生成一個較重的原子核的過程，其間能夠產(chǎn)生巨大的能量，利用這一能量推動地球，原理上是說得通的。然而，該類研究特別是重核聚變目前還存在諸多難以攻克的難題?？煽睾司圩兪悄壳笆澜缱钋把氐闹卮罂茖W(xué)問題之一，經(jīng)過全人類過去七十余年的共同努力，核聚變研究取得了很大成就。概括起來，雖然讓聚變能推動星球旅行可能為時尚早，但點亮的這盞燈讓我們看到了希望。

?黑科技之三：量子計算機(jī)

《流浪地球2》影片中有一個東西被譽(yù)為“全場最有價值道具”，即最高算力智能量子計算機(jī)（550W，它的倒影就是MOSS）。MOSS 貫穿整個影片，它強(qiáng)大到可以滿足數(shù)萬座發(fā)動機(jī)協(xié)同運作，并支撐影片中提到的“數(shù)字生命”計劃所需算力（計算機(jī)設(shè)備或計算/數(shù)據(jù)中心處理信息的能力）。

量子計算機(jī)并非僅停留在想象，而是當(dāng)前最為火熱的研究領(lǐng)域之一。2020 年12 月，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)潘建偉教授團(tuán)隊研發(fā)的“九章”光量子計算機(jī)僅用200 秒就解決了對在經(jīng)典數(shù)學(xué)算法高斯玻色取樣的計算，而超級計算機(jī)“富岳”要用6億年才能解決該問題。這個實例充分說明了量子計算機(jī)的強(qiáng)大。

1981 年，美國阿拉貢國家實驗室的Paul Benioff 提出了量子計算的基本理論。量子計算機(jī)的特點主要有運行速度較快、處置信息能力較強(qiáng)、應(yīng)用范圍較廣等。與一般計算機(jī)相比，信息處理量愈多，對于量子計算機(jī)實施運算也就愈加有利，也就更能確保運算具備精準(zhǔn)性。

近年來，中國在量子計算機(jī)研究方面取得了重大進(jìn)展。2021 年2 月8 日，中國科學(xué)院量子信息重點實驗室的科技成果轉(zhuǎn)化平臺合肥本源量子科技公司，發(fā)布了具有自主知識產(chǎn)權(quán)的量子計算機(jī)操作系統(tǒng)“本源司南”。2022 年8月25 日，百度發(fā)布了集量子硬件、量子軟件、量子應(yīng)用于一體的產(chǎn)業(yè)級超導(dǎo)量子計算機(jī)“乾始”。

菲式八寶冰則是一種把甜豆、果凍等一同摻在有煉乳的碎冰里食用的菲律賓甜點。在加祿語里Halo-Halo有“把東西混在一起”的意思。還有蒜香牛肉飯、肉蔬面、椰奶芋頭葉、菲式酸湯等，也是區(qū)別于許多東南亞菜的菲式風(fēng)味，值得一試。

2022 年6 月9 日，英國國防部宣布，獲得政府首臺量子計算機(jī)，與英國量子計算機(jī)開發(fā)商Orca Computing 共同合作，探索量子技術(shù)在國防領(lǐng)域的應(yīng)用。

影片中的550 系列量子計算機(jī)的能力遠(yuǎn)超現(xiàn)實水平，但是非常符合人類對量子計算機(jī)的期待——開啟下一個算力時代。特別是它的超強(qiáng)算力可以在密碼破譯、大數(shù)據(jù)優(yōu)化、天氣預(yù)報、材料設(shè)計、藥物分析等領(lǐng)域，提供比傳統(tǒng)計算機(jī)更強(qiáng)的算力支持。

有學(xué)者表示，目前國內(nèi)外量子計算機(jī)的研發(fā)水平距電影中所展示的應(yīng)用水平至少還需要10 到15 年的時間。

?黑科技之四：數(shù)字生命

《流浪地球2》影片中，劉德華飾演的圖恒宇是數(shù)字世界架構(gòu)師。他的女兒丫丫死于交通事故，圖恒宇希望通過數(shù)字生命讓女兒復(fù)活。在量子計算機(jī)幾百次的迭代之下，丫丫漸漸可以做出不同的反應(yīng)……在最危急的時刻，數(shù)字生命拯救了世界。

什么是數(shù)字生命呢？數(shù)字生命是用計算機(jī)媒介創(chuàng)造的新的生命形式，是具有自然生命特征或行為的人工系統(tǒng)。數(shù)字生命研究是指那些以計算機(jī)為媒介，以計算機(jī)程序為生命個體的人工生命研究。

早在20 世紀(jì)80 年代，國際上就興起過一股用非生物媒介創(chuàng)造新的生命形式的研究熱潮。這種新的生命形式就是所謂的“人工生命”。隨后逐步形成了對人工生命概念及其相關(guān)問題的探討，進(jìn)而逐漸形成了一個獨立的研究領(lǐng)域。

影片提出數(shù)字生命，是因為面對地球危機(jī)，數(shù)字生命的生存必需品不包括氧氣，所以地球也就不是唯一的生存地的選擇。雖然數(shù)字生命的存在也受制于電力，但這在宇宙中很容易獲得——比如太陽能及月球上的氦-3 等。

氦-3 是氦的同位素，是一種無色、無味、無臭的穩(wěn)定的氣體。根據(jù)探測結(jié)果估計，月球上的氦-3 含量約為100 萬噸。更為關(guān)鍵的是，因為使用氦-3 的熱核反應(yīng)堆中沒有中子（氦-3與氘進(jìn)行熱核反應(yīng)只會產(chǎn)生沒有放射性的質(zhì)子），故使用氦-3 作為能源時不會產(chǎn)生輻射，不會給環(huán)境帶來危害，而且僅需要100 噸氦-3 便能提供全世界使用一年的能源總量，是一種理想的可替代能源。

影片中，面對太陽危機(jī)，科學(xué)家們提出了“數(shù)字生命計劃”和“流浪地球計劃”。雖然最終聯(lián)合政府選擇了“流浪地球計劃”，也并沒有明確說明放棄“數(shù)字生命計劃”的原因，然而在電影的結(jié)尾，備份的圖恒宇的數(shù)據(jù)和他的女兒一起在計算機(jī)中實現(xiàn)了“永生”。這不能不引發(fā)我們的深思：數(shù)字生命真的可行嗎？有價值嗎？能算是人類文明的延續(xù)嗎？

?黑科技之五：外骨骼機(jī)器人

《流浪地球2》影片中多次出現(xiàn)的外骨骼機(jī)器人也引起了人們的高度關(guān)注。外骨骼機(jī)器人技術(shù)是融合傳感、控制、信息、移動計算，為作為操作者的人類提供一種可穿戴的機(jī)械結(jié)構(gòu)的綜合技術(shù)。

人體外骨骼助力機(jī)器人起源于1966 年美國的哈德曼助力機(jī)器人的設(shè)想及研發(fā)，到今天整體仍處于研發(fā)階段。能源供給裝置、高度符合人體動作敏捷及準(zhǔn)確程度要求的控制系統(tǒng)和力的傳遞裝置都有待大力投入研發(fā)和試驗改進(jìn)。

從研究的過程來看，外骨骼機(jī)器人技術(shù)已從依賴硬件傳感器收集人體生物電信號，逐步發(fā)展成為將硬件客觀數(shù)據(jù)與人體主觀信息相結(jié)合的新型信息輸入方式。我們可以如是設(shè)想：當(dāng)人們穿戴上外骨骼機(jī)器人后，可以通過大腦向機(jī)器人發(fā)出信號或指令；機(jī)器人接收到信息后，就開始進(jìn)行計算分析處理，最終將人體智能與機(jī)器智能相融合——機(jī)器行動就是人腦中所想的行動，從而形成更高效的人機(jī)一體化智能科學(xué)系統(tǒng)。這一技術(shù)對那些需要幫助的殘疾人和老年人的日常生活，如散步、爬樓梯、負(fù)載等都將帶來極大的便利。

據(jù)報道，外骨骼機(jī)器人已開始實現(xiàn)商業(yè)化，在汽車、航空、電力、礦山、銀行、建筑等場景中落地。為落實《“十四五”機(jī)器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃》重點任務(wù)，我國將加快推進(jìn)機(jī)器人應(yīng)用拓展。2023 年1 月19 日，工業(yè)和信息化部、教育部、公安部等17部門發(fā)布《“機(jī)器人+”應(yīng)用行動實施方案》，其中也明確提到了對發(fā)展外骨骼機(jī)器人的支持。

從某種角度看，《流浪地球2》更像一部“紀(jì)實”的科幻想象，因為這些“黑科技”有的已悄然進(jìn)入我們生活中，有的還需要我們進(jìn)一步攻克?？苹每赡苁俏磥淼臍v史，科技發(fā)展推動人類進(jìn)步，也在改變?nèi)藗兊纳睿枰淮忠淮挠凶R之士為之奮斗，期待親愛的青少年朋友們能夠努力學(xué)習(xí)并成為未來科技的貢獻(xiàn)者。