揭秘科幻大片背后的科學事實

《超人：鋼鐵之軀》帶來的疑問：

一個人能有多強大？

劇情：在這部最新超人電影中，身為農夫之子的超人發現了自己的力量，并從兩個來自氪星、欲大搞破壞的瘋狂惡棍手中拯救了地球。

答案：超人或許能舉起一輛公交車或一個石油平臺，但是人類的力量相當有限。首先是肌肉的性質。人類能產生的最大力量依賴于我們的肌纖維如何工作。多年來，科學家從不同脊椎動物身上抽取肌肉并測試它們的能力。他們得到了一個經驗法則：在橫截面上，一塊肌肉每平方厘米能產生大約30牛頓的力。南方衛理公會大學應用生理學家彼得·韋安德說：“因為進化是一個保守的過程，所有這些肌肉的成分基本上都是一樣的?！?/p>

然而為什么不制造更多肌肉呢？在某種程度上，人類多年來一直在這么做：我們的體力比500年前的人更強了。但我們無法讓肌肉量超過某個限度，因為我們的骨骼不會支持其力量。肌腱盡管相當結實，也有極限——每平方厘米1 055千克拉力。人類或許正在接近運動表現的上限。

肌肉的成分也會限制人類的表現?？旒±w維相比慢肌纖維能制造更多的力。通過訓練，運動員或許能改變快慢肌纖維的比例，但是研究顯示，有關比例在很大程度上是由遺傳決定的。

提高人類力量限制的途徑之一是打造一個超越人類的運動員。不同的骨骼架構可以增加某些運動方面的優勢。男性尼安德特人（舊石器時代生活在歐洲和西亞地區的史前類人生物）屈肘的力量比今天一般男性強三分之一。因此考慮超人時，要記得他來自氪星。像尼安德特人一樣，他理論上不是人類，而是類人生物。因此他適用于不同的法則。

有益的懷疑：超人的服裝同他的鋼鐵之軀一樣不可毀滅。漫畫書作者說，它的力量來自氪星紡織品，但是這聽起來空洞無力。制造防彈外衣的唯一辦法是用石墨烯進行加固。石墨烯柔韌，極薄，比鋼鐵牢固50倍。

《環太平洋》帶來的疑問：

為什么要用意念操控機器人？

劇情：當巨型怪物在太平洋底浮現時，人類試圖用巨大的作戰機器人抵御它們。這些機器人由同神經接口相連的人類駕駛員操控。

答案：當然，你可以像無人機駕駛員那樣使用一個久經考驗的接口。但是一個腦控接口（BCI）就酷多了。而且大體上，它還在改進：大腦信號向肌肉傳播的速度存在生物化學上的限制，而在同怪物作戰時，每毫秒都非常重要。

BCI存在，科學家已經使用它們來控制機器人，但是它們非常笨拙。從一種腦波模式中很難得到一個清晰的信號，這會導致錯誤并會放慢反應速度。

更好的BCI或許有一天會讓四肢癱瘓者走路，或幫助由于重力原因而不能動的飛行員。即使BCI改進性能，它們也可能用途有限?？茖W家可以更加容易地創造對聲音指令或眼部動作反應的接口，或許根本不需要接口。對于飛機和汽車來說，自動控制可能是更好的選擇。

對那些努力制造BCI的人來說，影片《環太平洋》中的駕駛員的確提供了一個有用的點子：他們兩人一組操縱作戰機器人，而他們的大腦通過一座“神經橋”相連。塞普爾韋達的團隊剛剛就這個概念完成了一項試驗。試驗參與者被分成兩組，他們被要求操縱一個宇宙飛船模擬器。當他們這么做時，軟件將讀取這兩隊成員的腦信號。通過整合神經信號，BCI排除了一些雜音，并以更大精確度操縱飛行?？雌饋韮蓚€大腦的確優于一個。

有益的懷疑：影片的某些畫面顯示，怪獸的血液是藍色的。這雖然奇怪，但并不新鮮。馬蹄蟹就有著藍色的血液。它用于攜帶氧氣的血細胞使用由銅制造的蛋白質，而不是由鐵制造的。它的血液還能容易地凝塊，這使馬蹄蟹和影片中的怪獸能更快地從傷痛中復原。

《星際迷航：暗黑無界》帶來的疑問：

我們何時能得到“星際”中的武器？

劇情：倫敦發生的一次恐怖主義爆炸引發了對星際聯盟一名叛變人員的全球大搜捕。這名變節者的飛船同“進取號”之間展開了一場宇宙大戰。

答案：《星際迷航》中的移相器槍一直是星際迷熱捧的對象。不過現實生活中，定向能武器或許很快會投入戰場。例如波音公司正在研發安裝于卡車上的高能激光移動試驗機，以抵御成群結隊的無人機、導彈或迫擊炮襲擊。國防專家不必為每個威脅發射價值100萬美元以上的導彈。他們可以使用激光精準破壞多個目標。盡管煙霧可能影響激光的強度，但是激光不必考慮風速和風距，而且它們不會像炮彈那樣跳飛，所以不會造成許多附帶危險。

波音公司還在測試一種較小型的“戰術激光系統”。它可以裝在海軍艦船上的“密集陣”機關炮架上。其目的是保護艦船不受無人機群或較小型船隊的襲擊，方式是要么徹底摧毀它們，要么使用較低強度的激光束破壞敵方傳感器。

如何讓射線槍小型化是個難題。例如，波音公司正在研發一種便攜式的激光武器，這種武器能摧毀某些種類的目標。但是，這種武器也還沒有小到可以替代突擊步槍。它需要兩名軍人來搬動它。激光最適合從事隱蔽任務。它可以安置在偏僻的地方，并從那里進行射擊。射擊時發出的光和聲響也是各種武器中最少的。

制造手持定向能武器的最大挑戰在于能源本身。一支100千瓦的激光武器在4秒鐘的作戰中能消耗兩杯柴油。相比發射導彈，這算很便宜了。但是，一種步兵使用的多用途致命射線武器所要求的燃料必須有極大的能量密度。得到這種能量密度的燃料對今天的研究人員來說還只是一種夢想。

有益的懷疑：有個電影鏡頭是史波克試圖用一個像超大冰塊那樣的東西撲滅火山。不過丹尼森大學的火山學家埃里克·克萊梅蒂說，要熄滅一次火山噴發，需要一次性讓巖漿凝固。這需要在很大規模上實施即時冷卻。做不到這一點只會制造大量蒸汽，而這會加劇火山爆發。

《鋼鐵俠3》帶來的疑問：

外骨骼服裝會飛嗎？

劇情：時髦的億萬富翁、發明家和超級英雄托尼·斯塔克面臨一系列襲擊。這些襲擊是一個自稱曼達林的國際恐怖分子發起的。

答案：在影片中，斯塔克的戰衣強大得令人難以置信。這是一個可穿著的武器系統，它能拋擲汽車，能制服戰斗機。在現實世界里，這是將噴氣發動機組和外骨骼這兩種技術相結合的結果。在這兩種技術中，外骨骼技術是更有前途的一個。就外骨骼而言，現在已經存在大量這類系統，它們都是一些為殘疾人設計的裝置或康復醫療裝置。一些企業制造這種機動化設備來幫助殘疾人。它們能代替穿著它們的人行走。于是，它們成了輪椅的更多才多藝的替代品。外骨骼可能還會有其他應用。在美國航天局，研究人員正在努力將它們同宇航服相結合。他們已經研發了一種此類宇航服。它最終將能讓宇航員在火星上長途跋涉，但消耗的能量卻很少。

同時，火箭帶（噴氣發動機組的專業術語）的研發卻處于相對停滯的狀態。過去十年已經出現了少數模型，但都只是些公關噱頭。這些系統在空中停留時間很短，因為它的燃料箱不到1分鐘就空了。如果再加上外骨骼的重量，只會讓問題更嚴重。

至于外骨骼的未來，美國航天局工程師克里斯·貝克說：“今天的外骨骼系統將幫助在未來制造超人系統。我們研發的外骨骼系統可以用來增加力量?！蓖夤趋阑蛟S也可以飛行，而且不使用噴氣動力機組。

有益的懷疑：鋼鐵俠的噴氣靴子可以在水下工作。這忽視了一個事實，即依靠燃燒的噴氣系統被水淹后會熄火。國防部高級研究項目局2008年試圖收集建議以制造潛水飛機，但是現在，這個項目似乎也被淹死了。

《極樂世界》帶來的疑問：

人類可以長期在太空生活嗎？

劇情：2154年，最富有的人都生活在一個名叫“極樂世界”的豪華太空站中。一名男子則試圖利用上流社會的救生技術來拯救依然生活在地球上飽受貧困和疾病折磨的普羅大眾。

答案：盡管這個想法引人入勝，但生活在太空卻是非常困難的。失重會讓人類的肌肉和骨量流失。輻射通常會縮短壽命。而生活在地球上時，地球的磁氣圈會為我們阻隔這些輻射。因此《極樂世界》存在一個令人費解的問題：既然住在太空站會讓地球最富有的人變得脆弱和更易患癌癥，為什么他們要住在那里呢？

在影片里，答案是，金錢萬能。該太空站的保健系統超越了地球上的任何東西。那里有設備可以消除包括癌癥在內的幾乎所有疾病。至于失重問題，“極樂世界”是一個“斯坦福環”。居民生活在一個巨大的旋轉輪子的內部，其離心力提供了類似地球重力那樣的引力。

理論上，“斯坦福環”是可行的，但是建造它實際上是不可能的。這需要將千百萬噸材料投入軌道。美國航天局的約翰·查爾斯說：“殖民月球也比建造這個‘斯坦福環容易?！毕钤诘厍虼艢馊Φ闹苓吽a生的健康威脅也很難。今天國際空間站的宇航員在站內逗留十幾天就可能吸收相當于在地球上時兩到三年的輻射量。查爾斯說，一個較長久的居住地最有可能利用廢水等現成材料來使輻射轉向。最后，還要做很多工作來避免人體的衰弱。

有益的懷疑：馬特·達蒙手槍大小的軌道槍應該會讓人產生懷疑。這種軌道槍的彈丸由電磁推動，發射需要大約10萬安培的電流，以使槍達到較遠的射程。這種設計實際上對于安裝在戰艦上的武器來說更合理，就像美國海軍正在設計的武器那樣。對于影響范圍不會超過數公里的槍戰來說，使用火藥更實際。