新科幻史詩影片《阿凡達》的導演卡梅隆擔任過美國航天局顧問，曾經為火星任務設計合適的相機助過一臂之力，他以對待科學態度嚴謹而著稱。那麼他在《阿凡達》創作過程中的表現又如何？在這裡，我們以電影科學的挑剔眼光來審視他是如何把藝術和科學合理地融為一體的。
網易探索1月6日報導 在詹姆斯·卡梅隆導演的新科幻史詩影片《阿凡達》中，人類已於2154年登上了外星。這部影片把我們帶到異域風情濃鬱的潘朵拉叢林，在那裡作為外星人的人類與當地居民正醞釀一場激烈的衝突。導演卡梅隆擔任過美國航天局顧問，曾經為火星任務設計合適的相機助過一臂之力，他以對待科學態度嚴謹而著稱。那麼他在本片創作過程中的表現又如何？在這裡，我們以電影科學的挑剔眼光來審視他是如何把藝術和科學合理地融為一體的。
機械動力盔甲裝置
影片中，人類駕駛著AMP（增強機動平臺）穿行於雨林勞動、作戰。（照片由20世紀福克斯公司提供）
電影中：這些裝甲車除了有一個封閉的駕駛艙之外，其餘方面與《黑客帝國3：矩陣革命》中的個人裝甲系統和卡梅隆執導的另一部影片《外星人》中的動力裝載機非常相似。駕駛員只要坐在座位上，其手腳的動作就會傳送到車外其肢體的延伸部分，而且還會得到「增強」。駕駛者移動手臂幾英寸，AMP金屬臂會放大到10英尺。《阿凡達》裝甲車的設計師泰·魯本·埃林森在宣傳片中介紹說：「超級液壓裝置的力量十分強大，可以像坦克一樣碾碎任何建築物。」 AMP讓駕駛員變成「大力士」，這些太空陸戰隊員手提30毫米大型自動火炮參加戰鬥，行動起來猶如扛著步槍一般輕鬆。斯坦·溫斯頓工作室設計總監約翰·羅森格蘭特把AMP形象地描述成『長腿的阿帕奇』武裝直升機。
現實中：幾十年來，美軍一直在研究動力盔甲裝置，以便讓士兵隨身攜帶更多的裝備，不僅是威力更大的火器，還可以用於救援工作和幫助傷員康復。作為DARPA（美國國防部高級研究計劃局）的分支，美國陸軍研究和發展中心自2000年以來一直在為包括雷神薩柯斯研究團隊在內的人體動力盔甲裝置計劃提供資金支持。
他們開發的XOS機器，重150磅，可以裝在人的手臂、胳膊和背部。這種鋁質機器人利用水力學原理，可以讓使用者數百次輕鬆地舉起200磅的重物，而且佩戴者仍然可以非常輕巧地爬樓梯或踢足球。阻礙XOS系統開發的主要因素是該裝置需要一個獨立的電源，目前它需要通過外接電源提供動力。此外，麻省理工學院、加州大學伯克利分校和本田汽車等機構也在研發適用於下肢使用的類似機器裝置。與此同時，日本的一家名叫CYBERDYNE的公司已經研究發明了鋼鐵俠式的人體輔助系統，幫助實施身體治療，簡稱HAL（機器人輔助義肢）。
「類似《阿凡達》這樣的電影可以啟發我們憧憬各種可能性，」美國麻薩諸塞州納蒂克士兵研究開發與工程中心的戴維·奧迪特這樣表示。他是士兵機動和任務增強小組的負責人，該小組在XOS裝置的研發中起著重要作用。雖然電影中的AMP有「許多好萊塢元素」，但它還是告訴我們這種東西可以承擔繁重的後勤雜物工作。奧迪特表示，它實際上「是一個不需要多加改動就能實施大規模攻擊的基礎平臺。」
半人馬座阿爾法星系
半人馬座阿爾法星系（照片由MSX /伊帕克/美國航天局）
影片中：與我們的太陽非常相似的半人馬座阿爾法甲發出淡黃色的光芒，光芒照耀下的是巨大的氣態行星波呂斐摩斯和它的衛星 —— 炎熱的潘多拉。在這個世界，草木蔥鬱，巨型怪獸出沒於叢林，類似翼手龍的動物在天上翱翔。藍皮膚納美人世世代代在這裡繁衍生息，而且學會了與自然和睦相處。
現實中：半人馬座阿爾法甲是半人馬座阿爾法星系的三顆恆星之一，距地球4.37光年，也是太陽系中距離我們最近的恆星。這位近在『咫尺』的鄰居時刻吸引著我們去一睹它的真容。去年1月，由耶魯大學天文學家黛布拉·費希爾領銜的研究小組，利用安裝在智利託洛洛山美洲天文臺的1.5米孔徑望遠鏡，開始了對人馬座阿爾法星係為期5年半的研究。
她的小組正在尋找由軌道天體引力所致而產生的恆星光線波長節奏性變化的特點。這種「搖擺方式」已經排除了半人馬座阿爾法星系周圍存在類似於木星或土星般大小的行星(如《阿凡達》中的波呂斐摩斯)存在的可能性。不過費希爾表示，存在與地球質量接近之行星的「可能性非常大，因為我們對單個恆星周圍行星形成的原因還知之甚少，更何況是三顆恆星構成的半人馬座阿爾法星系了。在這個領域，我們的知識幾乎是一片空白。」
在半人馬座阿爾法星系的中心位置，有分別兩顆分別被稱為「Cen A」和「Cen B」的恆星，它們的軌道運行特徵表明附近可能有行星的存在。兩顆恆星引力間距最近時11個天文單位(天文單位是指從地球到太陽的平均距離)，最遠36個天文單位。（第三顆被稱作比鄰星的紅矮星，在相當遠的距離之外繞這兩顆恆星旋轉，由於亮度太弱費希爾的團隊無法對其進行研究，不過它也可能擁有質量較小的行星。）費希爾認為，正是由於這種結構，2個天文單位之外系外行星穩定運行的軌道會遭到另一顆恆星的破壞，最終脫離這個星系。
值得慶幸的是，如果半人馬座阿爾法星系存在生命，它們遭受此厄運的可能性微乎其微。因為可居住區更靠近Cen A和Cen B。所謂的可居住區是指行星或者它的衛星上存在液態水而且溫度既不太冷也不太熱的區域。Cen A比太陽稍大，可居住區的範圍大約有1.2個天文單位；Cen B的質量約為太陽的90%，可居住區範圍有大約0.75個天文單位。
目前，對於半人馬座阿爾法星系是否有類似於地球而且適合生命存在的區域，科學家仍然無法確定，但費希爾認為不久答案便可揭曉。她說：「四年之後（2012年），我們將會揭開它的謎底。」與此同時，日內瓦大學的著名『行星獵手』米歇爾·邁耶和英國坎特伯雷大學的同行們正在全力以赴爭取早日破解這個謎團。
反物質聚合動力飛船
星際旅行（照片由20世紀福克斯公司提供）
電影中：為了踏上通往半人馬座阿爾法星的星際之旅，人類打造了近1英裡長的太空飛船，此飛船使用了混合反物質聚合發動機。這種飛船的航行速度可達到7/10光速，即每小時6.7億英裡，然而，即便是以如此高的速度飛行，到達離地球最近的星球也要花費大約六年的時間。
現實中：作為推進器使用的一種能源，正常物質必然會與反物質粒子接觸，並且被前者消滅，轉變成一種純能量。「這是人類所知道的最強大能量反應。」 美國宇航局科學家喬治·施密特介紹說。他一直從事先進推進系統的研究，現任俄亥俄州研究與技術理事會副主任。通過物質與反物質的湮滅而釋放出的能量可以直接當作火箭尾部的推進劑，反物質可以誘導其他物質裂變(原子分裂)或者發生聚變反應(原子合併)，生成的燃料數量少卻推力強大。然而，要到達26萬億英裡之外的半人馬座阿爾法星，攜帶和儲存足夠量的反物質難度極大，這種燃料不僅狀態不穩定，而且耗資不菲。
首先，反物質材料的生成就不是一件輕而易舉的事。瑞士日內瓦歐洲核子研究中心和美國芝加哥費米實驗室的粒子加速器到目前為止生產出的反物質僅十幾毫微克，不過應當承認，這些設施不是用來大量生成反物質的。施密特承認，按照目前的比例，每生產1毫微克的反物質代價為600億美元，不過專業生產反物質材料的設施投資數十億美元，每毫微克反粒子成本可以降低到600萬美元。施密特評價說：「《阿凡達》的製作者能想到把混合核核動力作為燃料，我感到非常欣喜，因為與純粹的反物質燃料火箭相比，這種設備需要的反物質數量更少。」不過施密特也指出，混合反物質聚變發動機產生的推力很可能達不到所需的7/10光速。
另一個技術障礙是反物質的儲存問題。電磁場通過讓反物質遠離所謂的「彭寧離子阱」(Penning trap)的內壁來達到儲存反物質的目的。但這一過程只能持續幾個月，然後反物質會與容器持有區內的迷失物質粒子碰撞，而容器（到目前）還無法做成完全沒有物質的真空。美國賓夕法尼亞州州立大學物理學榮譽教授傑拉爾德·史密斯如是說。他是總部設在聖達菲的正電子研究公司創始人，該公司目前正在研究反物質的應用。
總而言之，從地球前往半人馬座阿爾法星球然後再返回地球，這樣一趟星際旅行需耗時數年，燃料箱需要儲存數千噸反物質，施密特認為這將成為一個大問題。另外，即使這些難題全解決了，飛船還會面臨到達目的地之後如何減速的問題。「你可以來個漂亮的轉身，」施密特說，讓飛船以搖擺的姿勢穿過星際重力區，然後利用反向的「彈弓效應」幫助減速。
一場靈魂出竅的經歷
一場靈魂出竅的經歷（照片由20世紀福克斯公司提供）
電影中：自從人類首次踏上潘多拉的土地，一晃三十年多年過去了，這期間人類開展了大規模的採礦活動，同時與視自然為神聖的納美人關係越來越緊張。由於人類不能呼吸潘多拉的空氣，兩個種族之間的關係也愈加複雜。為了同納美人搞好關係，「地球人資源開發管理局」推出了「阿凡達計劃」，目的是想創造出半人類半納美人的混血兒充當友好大使。在先進設備的幫助下，人類利用心靈感應「激活」了這個化身，讓他像納美人一樣能適應潘多拉的環境。男主角傑克·薩利（由薩姆·沃辛頓飾）在雙胞胎兄弟死後也加入了這個計劃。在傑克看來，這場悲劇確實給他帶來了些許安慰：在戰場上身負重傷的他只能依靠輪椅代步，而此刻，傑克通過自己的化身重新恢復了行動能力。
現實中：在創造化身的最初階段，進行了大量的研究，這項工作是將生物「溼件」(計算機專用朮語﹐指軟體﹑硬體以外的其它「件」﹐即人腦﹐也通常指人腦和機器連接起來的設備)與機械硬體融合。這項研究的主要目標是創建人機界面，讓像傑克這樣的殘疾人恢復活動能力。「影片《阿凡達》中展現的情景與我們目前正在從事的實驗極其相似，」 美國杜克大學神經系統學家米格爾·尼古萊利斯說。他現在是總部設在巴西的「重新行走計劃」的首席科學家，參與該計劃的科學家來自多個國家。他們正在開發一種「神經假肢」，這套裝在癱瘓者的身上的系統，可以接收大腦發出的指令。
去年，尼古萊利斯及其同事展示了這套迄今為止技術最先進的裝置。在北卡羅來納州的實驗室，研究人員先在跑步機上訓練一隻獼猴直立行走。接著，他們通過安裝在獼猴腦部的電極拾取神經信號，再通過網際網路將這些信號連同視頻一起傳送到日本的實驗室，那裡的一個機器人做出了與獼猴一樣的動作。尼古萊利斯說：「我們是在訓練猴子利用腦電波控制它們自己的『化身』。」
還有一些研究成果已經可以讓靈長類動物去遙控機器人手臂，而植入人體的電極不僅可以發出合成語音，還能利用意念移動電腦滑鼠。還有一些研究試圖藉助佩戴式界面繞過遭嚴重損毀的脊髓重新建立神經細胞線路，讓身體肌肉功能重新與大腦建立聯繫。在影片《阿凡達》中，意念可以完整且準確無誤地傳遞到另一具生物活體身上，這種理想目前尚無法實現。尼古萊利斯表示：「這確實有些不可思議。」
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本文來源：網易探索 責任編輯： 王曉易_NE0011