无与伦比的科技

编者按：

目前，刚刚荣获两项金球大奖的科幻

大片《

阿凡达》

席卷了整个电影市场，其 3

D版

电

影更是受到观众的热捧，出现“

一票难求”

的罕见

景象。到

1 月

24 日为止，据不完全统计全球总票

房累计十八亿四千万美元，与史上最卖座影片

《铁

达尼号》

几乎并驾齐驱，而海外总票房更是超

越“大船

”，

《阿凡达

》即将成为世界电影票房之

王。

导演詹姆斯·

卡梅隆天马行空的想象成就了

《阿

凡达》

，它的逼真程度、

精致细节、

缜密逻辑以

及鲜活画面，都让人情不自禁陷入其中。

事实上，

《

阿凡达

》

的导演詹姆斯

·

卡梅隆还是一名为美国

宇航局（N

ASA）

工作过的科学狂人，我们亦不难发

现，《

阿凡达》

中描绘的 2

2 世

纪未来宇宙开拓画

面，展现的各种令人难以置信的技术，其实在我

们身处的 2

1 世

纪初已有雏形显现。

今日科技50

2010.01

科普·时尚

Popular science & Fashion

日前，美国著名科普杂志《大

众科学

》

刊登出其主要撰稿人约

翰

·

马哈尼的

《

阿凡达

》

观后感，马

哈尼在这篇

《

这部未来电影说的

都是真事

》

里惊叹：难道詹姆斯

·

卡梅隆也喜欢看

《

大众科学

》

吗？

《阿凡达

》中包括地球人开拓宇

宙、海军陆战队动用机械战甲围

剿外星土著纳威人、男主角杰克

·

萨利用意识控制他的第二肉身

“阿凡达

”等情节在马哈尼看来都

太眼熟了，完全可以在《大众科

学》报道过的国际尖端科技发展

动态中找到一一对应的影子。

“好

的科幻故事要建立在现实世界的

科技创新基础上。

”马哈尼如是

说。

>>

科幻世界与现实的科技

1. 被送往太空的美国海军陆

战队

电影情节：2154 年，美国残

疾军人杰克·萨利从低温

“冬眠

”

环境中苏醒，抵达跨星际开矿集

团已经驻扎的潘多拉星球，美国

海军陆战队在此成为集团雇佣

军

。

真实科学：2006 年底至 2007

年初，包括《大众科学

》在内的许

多科普科技杂志都报道了美国军

方的最新动态：研制新一代亚轨

道飞行器，目的是“跨越

”他国领

空范围（距离地面 80 公里以内），

以便避开繁琐的跨国境申请程

序，在两小时内将全副武装的海

军陆战队士兵从美国本土投送至

全球任何地点，非常适合前往那

些局势不稳定的国家执行解救人

质的任务。

该项目名为“用于进行空间

运输和投送的小型装置”，简称

Sustain。Sustain 的原理是利用

冲 压 喷 气 发

动 机 将 飞 行

器提升至 30

公 里 以 上 的

空域后，再使

用 火 箭 发 动

机 将 飞 行 器

以 抛 物 线 轨

迹

“

抛

”

至距

离 地 面 1.1

万 公 里 的 高

空，然后飞行

器 将 自 行 在

几 乎 任 何 平

坦 的 地 面 上

着 陆 。

Sus-

tain 的 批 量

生 产 时 间 接

近 2030 年

。

2. 寻找

“第二地球

”

电影情节：《阿凡达

》开篇描

述，“半人马座阿尔法星 A

”(与太

阳非常相似的恒星) 发出的白黄

色光芒照亮了巨大的气态行星

“波吕斐摩斯

”及其炎热的卫星

“潘多拉

”。在这个郁郁葱葱的世

界，大型猛兽在丛林中徜徉，如翼

龙一般的动物在空中翱翔，名为

“

纳威人

”

的蓝皮肤类人族在那里

繁衍生息，深谙与自然和睦相处

之道

。

真实科学：“半人马座阿尔法

星 A

”

不是卡梅隆随手拈来胡编

乱造的，它是组成半人马座阿尔

法星的三颗恒星之一

。

半人马座

阿尔法星距地球 4.37 光年，是除

太阳外距离我们最近的恒星，如

此亲近也为揭示系外行星能否是

我们邻居的大量研究工作注入了

灵感。今年 1 月，耶鲁大学天文学

家芭芭拉

·

费舍尔领导的一个研

究小组利用设在智利托洛洛山美

洲天文台的 1.5 米孔径望远镜，

展开了对半人马座阿尔法星将长

达 5 年的研究

。

芭芭拉表示，此类

恒星系中存在质量接近于地球的

行星的

“

可能性非常大

”。

眼下，科学家仍然不确定半

人马座阿尔法星系是否存在适宜

生命萌发的类地世界，芭芭拉认

为这个答案不久便将揭开。

3. 反物质飞船

电影情节：《阿凡达

》中为准

备赶赴半人马座阿尔法星的星际

之旅，人类建造了长近 1 英里（约

合 1.6 公里）的太空飞船

。

这些太

空飞船使用混合反物质聚合发动

机，航行速度大概相当于光速的

十分之七，即每小时 6.7 亿英里

（约合每小时 11 亿公里），然而，

即便是照此速度航行，赶赴潘多

拉星球也需要大约 6 年时间。

真实科学：作为一种用于推

今日科技2010.01

51

进的能源，物质和反物质粒子接

触并彼此湮灭的进程无法阻止

。

物质与反物质湮灭释放的能量可

以直接用作推进剂，或者反物质

可以在其他物质中诱发裂变（原

子分裂）或聚变反应(原子合并)，

生成数量少但却强大的推力。从

事先进推进系统研究的美宇航局

科学家乔治

·

施密特表示：

“

这是

我们所知最强大的能量反应。

”

然而，地球距半人马座阿尔

法星有 26 万亿英里（约合 42 万

亿公里）之遥，要完成距离如此遥

远的星际之旅需要足够的反物

质。但生成反物质不是一项轻松

的工作，施密特称，造价数十亿美

元的专门设施能以每毫微克 600

万美元的成本制造反粒子

。

施密

特说：

“

令我高兴的是，

《

阿凡达

》

电影制作者提出以混合核进程作

为能量来源，相比纯粹的反物质

火箭，这种概念需要的反物质数

量更少。

”不过施密特同时指出，

混合反物质聚变发动机不可能产

生所需达到光速十分之七的推

力。

4. 机械战甲

电影情节：杰克

·

萨利刚推着

轮椅走进潘多拉星球人类驻地的

机场，就有一个

“

大家伙

”

从他旁

边啪嗒啪嗒走过

———

这个大家伙

叫

“

增强机动平台

”

（简称 AMP），

它被操纵人员“穿

”在身上，操纵

人员的手臂和胳膊活动会传达给

AMP 的外部肢体，得到

“

增强

”

，操

纵人员摆动手臂，摆幅只有几英

寸，AMP 相应的金属臂却可挥动

周长超过 3 米的圆弧，手提庞大

的 30 毫米自动大炮参加战斗，就

如一个人扛步枪般轻松

。

真实科学：几十年来，美国军

方一直在开发有动力装置的外骨

骼服，可以让士兵携带重型装备

参加行动，帮助实施救援任务

、

工

程作业以及伤员康复训练

。

他们

开发的机器名为

“

XOS

”

，重 150 磅

（约合 70 公斤），可以戴在人的手

臂

、

胳膊和背部

。

铝制 XOS 的水力学原理可以

让使用者数百次举起 200 磅 (约

合 90 公斤)的重物也丝毫不觉得

累，而且用起来非常便捷，使用者

仍能自如爬楼梯或踢足球。XOS

研发小组成员戴维·奥迪特说，虽

然 AMP 在电影中让人无所不能，

但实际上此类装置将承担繁重的

后勤工作

。

不过，从另一部科幻大

片《第九区

》也拿机械战甲说事的

情况看，人们似乎已经认定这种

装置将成为未来军事标配。

5.

转移意识至

“

第二肉身

”

上

电影情节：“阿凡达

”是人类

科学家利用人类 DNA 与潘多拉星

球土著纳威人 DNA 合成后人工培

育而成的“空壳肉体

”，但这一

“空

壳肉体”并非任何人的

“灵魂

”都

可进驻，阿凡达只能接受它含有

的人类 DNA 的提取者意识进入。

这就是为什么残疾的杰克

·

萨利

会被选中成为阿凡达之一的

“

驾

驶者

”

，因为其中一个阿凡达是用

他的双胞胎兄弟汤米的 DNA 制成

的，但汤米意外去世，而同卵双胞

胎的 DNA 是完全一样的，所以杰

克才会被选中。

真实科学：这一神奇的过程

看起来像“灵魂转移

”，其实同样

具有坚实的科学基础。为实现

《阿

凡达》中所描述的景象，科学家曾

实施了大量研究，试图将生物“湿

件”，一种模仿生物系统及结构的

智能程序融入机械硬件，对人机

界面研究的部分目标事实上就

是，赋予像杰克这样的残疾人以

活动能力

。

美国杜克大学神经系统学家

米格尔·尼古莱利斯说：

“《阿凡

达》中展现的内容与我们当前正

在实施的实验有着惊人相似之

处

。”

尼古莱利斯是一个多国科学

家参与的研究计划

“

重新行走项

目

”

的首席科学家，该项目正在开

詹姆斯

·

卡梅隆在片中的地球军

AMP Sui t

（单兵作战机甲）

1

：

1

模型里

科普热点

今日科技52

2010.01

科普·时尚

Popular science & Fashion

发外骨骼“神经假体

”设备，这套

装置可以披在瘫痪者的身体上，

从大脑接收指令

。

早前，在位于北

卡罗来纳州的实验室，研究人员

训练一只猕猴在跑步机上直立行

走

。

接着，他们从植入猕猴脑部的

电极获取神经信号，通过互联网

将这些信号连同视频一起发给日

本的实验室

。

在这个实验室，一个

机器人可以随猕猴做出同样的动

作。尼古莱利斯说：

“我们训练猴

子利用脑波活动控制它们自己的

‘阿凡达

’。”

>>《阿凡达

》的幕后功臣

令人震撼的不只是电影本

身，凭借《阿凡达

》站在镁光灯下

的也远不止卡梅隆

。

几乎一夜之

间，原本只是电影视觉特效爱好

者心头好的维塔数码、工业光魔

都成了热门名词，尽管大多数观

众说不清它们的技术到底是怎么

一回事，但这并不妨碍他们赞叹

那些梦幻画面的制作者

。

在影片

结束时缓缓升起的巨型演职员表

里，一共有 48 家公司，1858 位工

作人员，如此庞大的幕后团队造

就了银幕上的技术传奇

。

事实上，时长 160 分钟的

《

阿

凡达

》

每帧画面平均耗费 4 万个

人工小时，60%内容靠 CG 合成，

40%靠演员演绎，要做到两者浑然

天成，光靠维塔和工业光魔无法

办到。

执着的卡梅隆曾飞到日本东

京，与索尼高清晰相机部的工程

师面对面交流。最后索尼同意将

专业级高清摄像机上的镜头和笨

重的中央处理器分离，用电缆线

连接。3D 摄像机由此从传统的

204 公斤变成 23 公斤，且是双镜

头成像。摄影师轻松多了，而且索

尼同意为新机器建一条新生产

线，此外 3D 摄影机的开发同样得

到了松下

、

IMAX 等公司的配合

。

卡梅隆的团队研发出一种新

型摄影机 Virtual Camera。经

过计算机后台处理，从这种摄影

机的镜头看出去，卡梅隆看到的

不是男主角，而是他 3 米高的蓝

皮肤化身；不是灰色的树模型，而

是繁茂的潘多拉雨林。经过反复

测试，他的团队研发了“脸部图像

捕捉技术

”

，该技术能让导演捕捉

到演员脸上最微小的表情，并对

应

“

移植

”

到计算机里的 CG 人物

中去，很快这种技术随之应用到

人物全身和周遭环境的拍摄中

去。美国特效公司

“巨人工作室

”

承担了《阿凡达

》中人物动作与表

情捕捉的任务


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