漫威世界的科學幻想

曹玲

《復仇者聯盟2 ：奧創紀元》中美國隊長概念圖

漫威世界里人類出生的超級英雄有兩類，一類英雄一般具有人所不具備的特殊能力，比如擁有一身發達肌肉和魁梧身材的綠巨人，各種體能參數達到人類極限的美國隊長，攀巖走壁的蜘蛛俠，或者具有近乎不死生命力的金剛狼;還有一類英雄肉體仍是一般人，他們通過裝備來強化自己，典型的角色是擁有堅硬鎧甲的鋼鐵俠。

這兩類英雄中，前者一般通過基因改造而來，后者一般通過制造超級武器而成名。他們獲得超能力的方式通常是天馬行空、異想天開，似乎和科學沒有關系，但事實上漫威世界里那些令人眼花繚亂的高科技并非全都憑空杜撰，很多都能在現實世界里找到相對應的技術。

電影《美國隊長》劇照（2011）。參加制造超級士兵實驗之前的史蒂夫·羅杰斯矮小、瘦弱，有著一長串健康問題

《超級英雄物理學》一書的作者、物理學家詹姆斯·卡卡里奧斯（James Kakalios）寫道：“如今，我憑借物理學博士的知識優勢閱讀那些經典和當代的超級英雄漫畫時，在其中發現了許多正確的描述和應用物理概念的例子。當然，運用超級力量本身就直接違背了已知的物理學定律，必須有意識地暫時忘記那些物理定律才說得通，這一點幾乎是沒有例外的。”

事實上，好萊塢大部分帶有科學色彩的電影都得不到科學家的認可。科學家眼中口碑較好的電影有根據美國天文學家卡爾·薩根小說改編的《接觸》、物理學家基普·索恩擔任科學顧問的《星際穿越》以及生物學家亞當·薩默斯指導的《海底總動員》，而這幾部電影的科學家陣容令普通電影望塵莫及。

科學界更多的例子是對電影大加指責，批評它們不科學，有的科學家專門寫書指出科幻電影中的各種科學錯誤。對此，《鋼鐵俠》的科學顧問、加州理工大學的理論物理學家馬克·懷斯（Mark Wise）表示了寬容：“最好的電影傳達的是思想，形式并不是那么重要。”

“科學家在選擇研究方向的時候通常不會咨詢漫畫書，但是‘如果或者‘如果那樣的話將發生的精神理念影響著最好的科學研究者和漫畫冒險主義者。毫無疑問的是，漫畫書和科幻小說參與了一些科學發現，因為一些尖端的科學研究就是以超級英雄們的冒險活動為踏板的。”卡卡里奧斯寫道。

中國科幻作家劉慈欣在接受采訪時曾稱，他最驚喜的讀者反饋是：《三體》吸引了很多在航空航天部門工作的讀者，他們在《三體》的評論中交流中國航天事業未來的走向，討論怎樣提高航天的公共關注度，他們是劉慈欣最想要的一群讀者。“當年美國航空航天局的航天工程師就受到過亞瑟·克拉克小說的影響，假使我的小說能夠對中國航天事業有一丁點影響，那我會覺得特別欣慰。”有了這樣的理解，我們就不必對電影里的科學吹毛求疵。與其挑刺，不如寬容地來看看里面有哪些“靠譜”的高科技。

改造基因

斯坦福生物學家塞巴斯蒂安·艾爾瓦拉多（Sebastian Alvarado）研究了超級英雄的起源，發現這些人物角色轉換的關鍵之處可能會涉及一些前沿的基因編輯技術。

左：電影《蜘蛛俠2》劇照（2004）右：愛德華·諾頓出演綠巨人的電影《無敵浩克》劇照（2008）

他首先研究了“美國隊長”，發現特定的基因能夠增強肌肉，改善身體循環系統。“我們現在能夠控制某些基因的開關，制造諸如美國隊長這樣的超級英雄聽起來不那么牽強附會。”艾爾瓦拉多說。

美國隊長的故事發生在太平洋戰爭爆發前的1941年。美國總統羅斯福批準了代號為“重生”的超級士兵改造計劃，由從納粹德國逃至美國的萊茵斯坦博士（Josef Reinstein）組織實施（上世紀40年代《美國隊長》第一期漫畫中，博士的名字叫作萊茵斯坦，后來改名叫亞拉伯罕·艾斯金（Abraham Erskine））。

“重生”原本是納粹秘密進行了三年之久的人體改造計劃，憑借超級士兵血清，任何具有生理缺陷的人都能成為英雄。“重生”計劃的目的，是打造一支超人軍隊，從而減少美國軍人犧牲的情況，原本并非是一次“造神運動”。

矮小、瘦弱，有著一長串健康問題的史蒂夫·羅杰斯拼命爭取入伍抗擊納粹，但是屢次被拒，最后遇到艾斯金博士邀請他參加這個制造超級士兵的實驗。報國無門的羅杰斯在得到這一機會之后，毫不猶豫地加入了這一實驗。他被注射了超級血清以及大量的維生素到肌肉里，然后在一個指定的裝置中接受Vita射線的照射。

實驗結果是完美的，他的身體潛能被全面激發，孱弱的羅杰斯變成了體格健壯、意志堅強的超級戰士。他的肌肉力量達到了人類潛能的最高峰，上肢力量可以臥推544公斤、推舉363公斤，下肢力量在沒有助跑的情況下，瞬間可跳躍高度超過3米、長度超過6米的距離。他可以輕易打開手銬、掙脫鐵鏈，一腳踹開鐵門和墻壁，甚至可以舉起綠巨人。他跑起來的平均速度是48公里/小時，當面對威脅和緊急狀況時，速度可以提升至78公里/小時。由于超級血清的作用，美國隊長的身體不會產生造成肌肉疲勞的乳酸等化學物質，但由于肌糖原分解等原因，他最終還是會疲勞，但耐力和肺活量要遠遠高于一般人。他可以在達到身體極限的水平下維持一個小時的運動，而不會產生疲勞感。艾斯金將其形容為：人類進化的下一步。

電影《美國隊長》中，改造士兵的第一次實驗剛剛成功時，艾斯金博士被潛伏的特務殺害，制造超級血清的技術就此失傳，羅杰斯成為同盟國陣營中唯一的超級士兵。

70多年過去了，科學家依然沒有研究出一個真正的超級士兵血清配方。事實上，真正的血清指的是含有多種蛋白質、激素和生長因子等物質的混合物，最常見的如培養腫瘤細胞時使用的胎牛血清，它可以促進細胞分裂、生長，保持細胞的活力，但并不能顯著改變細胞的形態與功能。

而美國隊長注射的超級士兵血清顯然并不屬于此列，它與Vita射線共同改造了羅杰斯的身體，使之發生了永久性的基因突變。原版漫畫中曾說明：美國隊長的肉體會自動分泌超人士兵血清。這意味著超級血清給美國隊長帶來的并不僅僅是瞬時的蛋白表達變化，而是基因層面的永久性改變，他的基因已經被改變了。

目前，科學家已經確定能夠增強肌肉質量、改善血液攜帶氧氣量的特定基因。他們也已經開發出工具選擇性地激活和抑制單個基因，就像打開或者關上開關。“我們有很多基因編輯的工具比如鋅指核酶，或者CRISPR/Cas9系統。理論上可以讓你找出并打開基因，讓你的肌肉強健，頭腦敏捷，速度難以置信，耐力無敵。”艾爾瓦拉多說。

制藥公司可以把這些工具和特定指令裝進膠囊，注射入人體。當特定波長的光或者Vita射線照射目標部位，就會觸發DNA指令完成它們的任務。這些藥物傳輸膠囊只在遭受特定波長的光照射時，才會釋放內容物。幾個現有的系統包括紫外線，只需向膠囊注入諸如肌肉生長指令，然后到羅杰斯主要的肌肉群，并給它紫外線照射就可能獲得超級肌肉。

雖然目前的技術還不能造就美國隊長，現實中科學家已經掌握一些影響肌肉生長的辦法。比如肌肉抑制素（Myostatin）是一種減緩肌肉生長的蛋白質，如果將其阻斷就可以長出更多的肌肉，沒有肌肉抑制素基因的小鼠能生長出額外50%的肌肉。2004年，科學家發現一個攜帶有突變型肌肉抑制素基因的德國家族，很多成員均具有強大的肌肉能力，其中一位5歲男孩兩條2號染色體上的肌肉抑制素基因全部缺失，他的肌肉組織是正常孩子的兩倍，而且非常強壯，這樣的現象在蹣跚學步時就已顯現。他的母親曾是一名短跑運動員，她的一條染色體上存在肌肉抑制素缺失。目前有多家研究機構正在研究這種基因，試圖將其應用于肌肉萎縮等疾病的治療及職業運動領域。

除了美國隊長，蜘蛛俠也存在基因突變。主人公彼得·帕克在現實生活中非常不起眼，是個沒自信的弱者。他被一只變異蜘蛛蟄咬后昏迷，發了一夜高燒，之后獲得了蜘蛛般感知危險來臨的第六感，并且變得敏銳、迅捷，身體里透出無窮的力量。他的視力奇跡般地恢復到了最佳狀態，再也不需要戴眼鏡了。漫畫的解釋說，一段進入彼得身體的蜘蛛的DNA片段替換了他自己的DNA片段，并導致整個基因組發生改變，獲得了蜘蛛的超能力。

反派蜥蜴教授也是這樣獲得非凡能力的。蜘蛛俠的父親曾在奧斯本公司的基因實驗室里工作，在那里科學家進行尖端研究，試著將人類DNA與其他動物結合在一起，以改良培育出超級雜交生物。科特·康納斯（Curt Connors）教授在越南戰爭中被炸掉一只胳膊，為了使自己斷臂再生，他致力于研究如何將蜥蜴再生尾巴的基因特性轉移在人類身上。他追求完美基因，不滿意于“干細胞移植”的答案，而對男主角給出的“跨物種基因移植”情有獨鐘。

終于有一天，康納斯成功地開發出了一種由爬蟲類DNA萃取出的血漿，迫不及待地用一只斷腳的兔子當實驗動物，結果非常成功，兔子迅速長出了一只腳。康納斯頓時失去身為科學家的冷靜和理性，毫不猶豫地把一管血漿打入自己的體內。結果，他的右手的確長回來了，但是他變成了一個有著爬行類外表的人，而且思維也越來越像爬行類。

回到斯坦利撰寫這個故事的1962年，那時人們認為蜘蛛俠被咬后，他的DNA，也就是脫氧核糖核酸被改變。這真的會發生嗎？美國俄克拉何馬醫學研究基金會的科特尼·格里芬（Courtney Griffin）說：“簡單地回答這是不可能的。不過長篇大論起來，這也是可能的，需要很多的運氣，被咬很多次。”

格里芬研究遺傳學，以及對血管生成的影響。她還研究打開或者關閉一些基因功能的酶和這些開關行為可能會導致哪些疾病。輻射可以改變DNA，但它能否讓任何人都爬上墻壁，感知危險？答案是否定的。一方面，一個細胞內的DNA突變，并不意味著在其他細胞DNA的相同位點發生突變。“輻射變異是隨機的，可能會影響2萬個基因中的任何一個，所以你可能不會獲得超級能量而會得癌癥。突變是不可預測的，改變DNA可能會打開或者關閉某個對你身體功能非常重要的基因，這一切取決于何時何地發生突變。在這種情況下，需要被蜘蛛咬很多次，使得每個細胞都以完全相同的方式變異。”

爬墻只是蜘蛛俠超能力的一種。格里芬認為，想要獲得超級力量也需要每一塊肌肉都被咬很多次;而獲得蜘蛛的感覺，則需要蜘蛛從內部咬你的腦袋。

這一切聽起來太不可能實現了，但這并不意味著DNA不能被改變。研究人員正在尋找治療遺傳性疾病的方案，包括被稱為基因療法的過程。基因療法只應該用于DNA需要修改的身體部位，比如帕金森病等疾病的問題起源于大腦，科學家希望有朝一日能夠瞄準特定區域改變DNA，治療帕金森病。

更遠一點來看，蜥蜴教授希望實現的跨物種基因移植實際上就是轉基因。目前，與人類相關的基因改造基本在各國都是明令禁止的。

艾爾瓦拉多提到的CRISPR/Cas9就是一種強大基因編輯技術，可以對生物的DNA序列進行修剪、切斷、替換或添加。今年4月22日，英國“自然”網站報道了中山大學基因功能研究人員黃軍就利用無法存活的胚胎，通過CRISPR/Cas9技術改造了β-地中海貧血基因，這種基因會導致一種潛在致命血液疾病。這樣的研究讓人不禁質疑科學狂人會否用此技術對生殖細胞的基因進行改造，以生出更漂亮、更聰明、更健壯的寶寶，并由此掀起了廣泛的討論。

蜘蛛俠的故事里也進行了類似的討論，在電影《超凡蜘蛛俠2》一開始，彼得·帕克問康納斯：“外來基因會占人體多少百分比，會有什么副作用？”當時尚未變異的教授表示“不知道”。確實，基因改造的結果不得而知。沒有一個基因是只具有單一功能的，一旦移植入人體，有可能造成災難性后果，這也是格里芬所擔心的。

除此之外，漫威世界中的綠巨人浩克也是基因變異的產物。醫生布魯斯·班納在一場實驗事故中受到大量高強度的伽馬射線的照射，但意外的是他非但沒有死亡或者受傷，反而具備了超能力。在他情緒激動的時候，就會變成一個綠色的大塊頭，具有鋼鐵一般堅韌的皮膚和猶如天神下凡一般的力量，他被稱為綠巨人。

射線能讓一個人一生氣就變成綠巨人嗎？艾爾瓦拉多考慮了伽馬射線對DNA的影響，雖然身體可以在接受少量的輻射后自我修復，但大量的輻射會破壞DNA的雙螺旋結構，允許新的指令寫進DNA，充當激活或抑制DNA的開關，這些開關可能成為布魯斯·班納生氣時變成綠巨人的開關。艾爾瓦拉多還認為，綠巨人是綠色的原因在于淤青。當布魯斯·班納變成綠巨人時，將會產生難以想象的創傷，他綠色的皮膚就是因為整個身體的瘀傷所致。當你擦傷時，受傷處的紅血球死去，表面攜帶氧氣的血紅蛋白破裂。血紅蛋白的代謝產物中有一種被稱為膽綠素，使血液呈現綠色，所以創傷的邊緣會變得青綠。艾爾瓦拉多推測，或許綠巨人的血液充滿了綠色的浩克球蛋白，比血紅蛋白能攜帶更多的氧氣輸送到肌肉，賦予他力量和耐力。

至于《神奇四俠》中的四位主角也是一樣，被爆發的宇宙射線輻射而獲得各種不同的超能力。從科學角度看，這幾種情況都是非自然條件下誘發的基因突變，一些物理、化學和生物因素都可以誘發基因突變，并且提高突變頻率。

在基因改造的研究上，美國人從來就不缺想法。曾有消息說，美國國防部高級研究計劃署似乎想把“美國隊長”這種看似天方夜譚的電影情節搬到現實中來，軍方科學家試圖對士兵的能量代謝、負重、睡眠相關基因進行改造。改造后，士兵體內的脂肪將有可能更高效地轉化為能量，對食物的需求更少;負重能力得到增強，有利于攜帶更多的作戰裝備;生物鐘得到調節，睡眠時間減少，清醒時間更長。也就是說，通過基因改造，打造出“不吃、不累、不睡”的超級士兵。或許，等到基因技術發展到一定程度，這樣的超級士兵真的會出現。

裝備助力

《鋼鐵俠》系列電影一直以小羅伯特·唐尼扮演的托尼·史塔克為主要看點，這位集富二代、軍火商、花花公子、天才科學家、超級英雄為一身的神奇人物獲得了諸多人的喜愛，而電影的另一大賣點則是史塔克一身高科技裝甲和各種讓人驚嘆的高科技裝備。

鋼鐵俠戰衣最大的難點之一就是能源問題，在電影中史塔克研發出了超小型“方舟反應堆”為戰衣提供能源支持。從漫威的官網來看，方舟反應堆的技術根源可能是托卡馬克（Tokmak），即“全超導托卡馬克核聚變實驗裝置”，又稱環磁機。這是“冷戰”時代中由蘇聯率先開發的實驗性聚變反應堆，和“方舟反應堆”一樣，托卡馬克也能提供非常強大的電能。這兩個反應堆外觀很像，都是圓環形狀的真空室，外面纏繞著線圈。在通電的時候托卡馬克的內部會產生巨大的螺旋形磁場，將其中的等離子體加熱到很高的溫度，以達到核聚變的目的。

電影《鋼鐵俠3》工作照（2013）

不過，托卡馬克要比電影中的反應堆大很多，依然處在試驗階段。目前，世界上的核電廠使用的都是核裂變技術，核聚變比核裂變更為強大。如今人們雖有能力控制核聚變，但其環境要求極其苛刻，至今還沒有辦法更好地利用起來。

在《鋼鐵俠2》中，鋼鐵俠體內的小型反應堆中的放射性原料鈀引起了大麻煩，讓史塔克這一血肉之身深受重金屬中毒之苦。鈀的確有一些毒性，不過沒有電影中那樣夸張。為了解決問題，需要找到能替代鈀的新元素。影片中，史塔克和他的機器人在工作室中搭建起了一個類似大型強子對撞機（LHC）的小型加速器。啟動開關后，兩道光束撞擊產生高速運動的粒子，史塔克將其變成一個穩定的三角狀樣本元素。

在現實中，坐落于瑞士和法國交界處的LHC已經產生了很多成果。元素周期表也不是固定不變的，1994年元素周期表中只有106個成員，科學家認為還有很多元素尚未發現或制造出來，有可能會以穩定的形式存在。如今新的元素不斷出現，目前已經有119種。

想在自家后院造一臺大型加速器基本不可能，它有30個足球場大，還需要足夠大的磁場，否則不可能造出像LHC或影片中那樣發光的粒子束。同樣，加速器的用電也是一個大問題，一個3000公里長的加速器需要大約1萬到1.5萬戶家庭的用電量，即使塔史克在影片中能造出加速器來，他也必須和電力公司達成協議。

有了能源，鋼鐵戰衣才能發揮作用。鋼鐵戰衣一應俱全，能發射各種武器，還能飛行。鋼鐵戰甲真正令人驚嘆的部分或許該是整體結構，可以保證在任何條件下都能即刻將史塔克嚴密裝備起來，同時輔助他完成各種超越人類極限的動作，最后還要能承受各種苛刻條件，比如高溫、嚴寒、沖擊、輻射下的外部考驗。

在人體科學和物理工程學上，這類裝備一般被稱為外骨骼系統，國外軍用和民用兩方面都一直在對其進行研究。美國國防部高級研究計劃署從2000年起就投資5000萬美元為地面部隊開發外骨骼套裝，為了讓士兵獲得更多的輔助，幫助他們輕松越野、舉起重物成為超級士兵。在民用方面，目前主要是用來考慮將其應用到傷殘人士的恢復行走上。

《復仇者聯盟2 ：奧創紀元》劇照

2012年底美國海豹六隊在阿富汗東部解救一名美國醫生人質時，一名特種兵遭槍殺。此事件直接導致了美軍特種作戰司令部于2013年啟動新的外骨骼研究計劃——戰術突擊輕型操作服（Tactical Assault Light Operator Suit，簡稱TALOS）。TALOS項目由56家公司、18家政府機構、13所大學和10個國家實驗室共同參與，其中包括給《鋼鐵俠》設計戰甲的特效模型生產商Legacy Effects、小型科技公司以及雷神（Sarcos / Raytheon）、洛克希德·馬丁（Ekso/Lockheed Martin）和通用動力（General Dynamics）等國防軍工企業。TALOS計劃于2018年產品上市，目前累計耗資已經超過1000萬美元。TALOS項目的研究目標已經接近電影《鋼鐵俠》中的設定場景：不僅具備防彈、助力、夜視、增強現實的能力，還能監測生命體征、自動噴藥等。

與電影里史塔克在山洞里用廢舊導彈外殼打造出鋼鐵戰甲不同，外骨骼系統的研究牽扯到諸多科學領域，材料力學、仿生學、人體工學等諸多環節都影響它本身的進展。部分科學家認為，在現有的計算機系統取得新一輪革命前不可能對其進行突破。

《鋼鐵俠》中還有很多新式武器，反方大BOSS使用一種武器差點殺死史塔克。據《鋼鐵俠》的科學顧問馬克·維斯介紹，從影片描述中來看這是一種基于等離子體“鞭”的兵器。通過充電，它可以呈現出閃電般的戰斗效果，會將哪怕賽車這樣的堅固物品一分為二。

所謂“等離子體”，是物質的一種存在形態，是由部分電子被剝奪后的原子及原子被電離后產生的正負電子組成的離子化氣體狀物質。高溫等離子體只有在溫度足夠高時才會出現。等離子體武器，就是超高頻電磁能束或激光束在大氣中聚焦，形成高電離化空氣云——等離子團。飛行物如飛機、導彈或流星等，一進入這種等離子體，導彈的彈頭、飛機以及衛星等等，產生旋轉力矩，都會偏離飛行軌道，在巨大的超重影響下銷毀。這種超重現象是由飛行物表面巨大的壓差和飛行物的慣性造成的。整個攔截過程僅需0.1秒時間。這種武器經常出現在科幻電影、小說、游戲或動畫中。

現實中，確實有很多科學家正在研究等離子體武器，這種武器是可能出現在未來的。比如美國軍方就在開發一種名叫StunStrike的武器，就會像閃電一樣燃起火球，通過一束等離子體制8造電荷。這些武器被稱為“定向能武器”，即沿著一定方向發射與傳播高能射束攻擊目標。因為這些武器完全是由光電或微波制成，沒有任何化學物質或推進器，因此射擊精度會大大提高。目前，這類武器中研究得比較透徹的是激光束和高功率微波武器。有些國家已經有激光致盲武器投入使用，它們利用能量較低的激光束致使人眼暫時或永久失明，或破壞敵人武器中的光電傳感器。美軍在海灣戰爭中還首次使用了實驗性的高功率微波彈頭。

目前，這一新型武器的問題還很嚴重。當激光束達到每立方厘米1焦耳的能量密度時，等離子體就會瓦解。此外，雨雪、沙塵、煙霧等環境因素的影響也很大，會將等離子體吸收或驅散。高能消耗也是一大難題，如果鋼鐵俠要想從手掌中擊出“沖擊射線”，他必須得有個非常強大的發電機才行。假如我們已經有了一個常溫核聚變的小型方舟反應堆，那么解決這些問題就不在話下。

漫威世界里的高科技實在是太多了。《鋼鐵俠》里還有3D信息交互技術、3D打印技術、虛擬現實技術、腦機接口技術、人工智能技術等等;《美國隊長》里有堅不可摧的盾牌，反派紅骷髏駕駛的轟炸機;《復仇者聯盟》里有霸氣無比的空天航母……這些高科技有很多種都可以在現實中找到原型，雖然這些原型看起來比較低端，遠遠談不上酷炫。