電影中的科與幻

文本刊綜合

有人說，一部好的科幻電影必須要有想象力、科技感、未來感。科幻電影往往立足于科技前沿選題，所以它們在科學傳播中發揮著重要作用。近幾年，科幻電影越來越受歡迎，《流浪星球》《阿麗塔：戰斗天使》等都是口碑、票房雙收的作品。趕緊去看看這些電影都告訴了我們哪些科學知識與未來趨勢吧！

流浪地球

今年大年初一，根據劉慈欣小說改編的同名電影《流浪地球》在全國上映。電影一經播出便以“硬科幻”的特點收獲大量好評。

硬科幻作品的核心思想是對科學精神的尊重和推崇。在手法上，硬科幻以追求科學（可能）的細節或準確為特性，著眼于自然科學和技術的發展。與之對應的軟科幻作品中的科學技術和定律的重要性則被降低。

在《流浪地球》這部電影中，哪些說法具有較強的科學基礎？哪些說法還只是幻想？

引力彈弓效應

依照影片中描述的“流浪地球”計劃，人類為地球安裝了上萬座巨大的重元素聚變發動機，它們被稱作行星發動機，用于推動地球逃離年邁的太陽，飛往最近的恒星——比鄰星。

但地球是個龐然大物，平均半徑6 371千米，質量超過59萬億億噸。要讓它飛往比鄰星需要脫離太陽引力，只靠人造的發動機還不夠，于是電影里讓它借助木星的引力彈弓效應。

木星體積大約是地球的1 300倍，當地球靠近木星時，會被其強大的引力吸引，從而加快行進速度。由于木星也是繞太陽公轉，在天體的互相影響中，最后地球會被木星像拋球一般拋出去，從而達到脫離太陽系所需的速度。這就是引力彈弓效應。

引力彈弓效應不是新發現，蘇聯在1959年發射“月球3號”探測器時就利用了該效應。科研人員經過精確計算后利用天體的引力彈弓效應，可以在不消耗航天器自身能量的情況下改變航天器的速度和前進方向，幫助航天器抵達目標。

洛希極限

影片中，地球由于接近洛希極限，導致行星發動機發生故障，地球即將解體墜入木星，人類面臨滅頂之災。

洛希極限是天文學中一個特殊的距離，如果一個天體與另一個天體離得太近，后者的潮汐力可以將前者撕碎。這個距離的極限值是由法國天文學家洛希首先計算出的，因此被稱為洛希極限。

雖然地球與木星之間的洛希極限是可計算的，但真正要讓地球離木星如此近，還只能是幻想。

重元素聚變發動機

科幻小說中經常會提到解決能源問題的終極手段——聚變。在電影《流浪地球》中，為了推動地球離開太陽系，人類在地球上建造了上萬座高聳入云的重元素聚變發動機，單個發動機通過重元素聚變能產生150萬億噸的推力。

目前人類已經實現的聚變是氫彈，它利用氫同位素聚變釋放能量，具有巨大的威力。但氫彈的能量是爆炸式釋放，人類還不能實現可控核聚變，即讓聚變產生的能量平穩輸出，一些相關裝置還處于試驗階段。

電影中，行星發動機的燃料不是氫，而是石頭。這并不是說把石頭燒成石灰，而是讓石頭中的重元素發生聚變，從而釋放巨大的能量，推動地球飛出太陽系。這當然只是電影的想象，不過，所謂重元素聚變并不是空想。在宇宙深處有不少恒星“巨無霸”，其內部就在進行重元素聚變。

在未來，人類如果能夠掌握從重元素聚變中穩定獲取能量的技術，或許就能徹底解決能源問題。

瘋狂的外星人

《瘋狂的外星人》改編自劉慈欣的《鄉村教師》，講述了主角耿浩和一心想發大財的好兄弟大飛與“天外來客”外星人之間發生的讓人啼笑皆非的故事。其中讓人印象深刻的科幻元素主要有外星人頭環和基因球。

外星人頭環

電影中可以讓外星人呼風喚雨的頭環依賴于一種名為腦機接口的技術。這種技術的神奇之處在于可以不用動作和語言，就能實現大腦與機器之間的直接交互。現實生活中的腦機接口技術已嶄露頭角。

據中國科學院半導體研究所研究員王毅軍介紹，腦機接口是讓大腦和機器直接溝通的一種系統，簡單來說，它能通過直接提取大腦神經信號來控制外部設備。

腦機接口技術可分為侵入式和非侵入式兩大類。

在大腦中植入電極或芯片屬于侵入式的腦機接口。人的大腦中有上千億個神經元，通過植入電極，可以精準地監測單個神經元的放電活動。這種方式的缺點是會對大腦造成一定損傷。

電影中的外星人表情由演員徐崢進行面部捕捉

頭戴式的腦電帽屬于非侵入式的腦機接口，它主要是利用腦電帽上的電極從頭皮上采集腦電信號。這種方式可以在頭皮上監測群體神經元的放電活動，缺點是不夠精準。

基因球

影片中，外星人與地球人通過交換基因球的方式建立外交關系。地球人口含基因球，使其在口腔里打轉，15分鐘后就可以獲取人類的基因。如此神奇的基因球真的存在嗎？

華大智造測序儀產品經理汪婧婧表示，電影中的基因球兼具樣本的采集和存儲功能，雖然現實中一模一樣的產品還不存在，但它作為一種虛擬的采樣方式，其實與我們現在常用的“口腔拭子”有很多相似之處。

口腔拭子采集器目前在基因樣本采集中已有一定規模的應用。“人的唾液中含有口腔上皮細胞和白細胞，這些細胞的細胞核內含有遺傳物質（基因組DNA）。因此，通過采集唾液樣本可以獲取人類基因。

采集的原始樣本會經過一系列人工或自動化實驗操作完成核酸提取和測序文庫制備，最終進入測序儀進行測序。

《阿麗塔：戰斗天使》電影海報

阿麗塔：戰斗天使

《阿麗塔：戰斗天使》改編自日本漫畫《銃夢》，故事發生在未來的26世紀，醫生依德在城市的廢墟中撿到一個機械少女的頭顱，將她帶回家，為其賦予全新的軀殼，并取名為阿麗 塔。擁有善良本性和格斗精神的阿麗塔面對邪惡勢力和不公正的秩序，獨自踏上征途，展開了一段探尋身世之謎的史詩級冒險。

該片之所以備受矚目，原因之一是這是詹姆斯·卡梅隆繼《阿凡達》之后另一部科幻巨制，而這之間相隔了十年。

表演捕捉

阿麗塔原本由真人扮演，但為了突出她機械少女的身份，電影將動作捕捉與CG技術（Computer Graphics，利用計算機技術進行視覺設計和生產）結合并升級成了“表演捕捉”技術，將真人演員的表演無損轉化為電影中的CG形象。

具體來說，就是人物不再由設計師通過大數據測算做出，而是真實地帶入演員的表演、注入演員的情感。

表演捕捉

不同于傳統的“動作捕捉”，“表演捕捉”不僅要捕捉演員的肢體動作，連最細微的面部表情也不能放過。演員需要穿上特制的“表演捕捉”服裝，臉上也得做好標記。現場有幾十臺攝像機多角度同時拍攝，然后由工作人員將這些捕捉到的數據和制作好的人物骨骼、皮膚等融合，形成角色的CG模型。

難度極高

高要求帶來了難以想象的難度。比如，阿麗塔的半機械化身體是由電影視覺特效人員設計的7 000多個獨立部件組成，而她的臉部的制作難度也相當大。

在打造阿麗塔這張臉的過程中，工作人員首先對真人演員羅莎·薩拉扎爾進行了一次臉部掃描，在此基礎上構建一個模型，做出臉部人偶。拍攝時，為了把演員在表演過程中最細微的面部表情全部記錄下來，制作團隊在羅莎·薩拉扎爾的頭上安裝了一對攝像頭，以求能捕捉她每個表情的幅度和深度。

除此之外，為了最大程度地達到真人般的臉部視覺效果，阿麗塔的每一個臉部毛孔里都被植入了絨毛，總計近50萬根。

這并不是最難的，在阿麗塔臉上，眼睛和嘴是制作中最重要的兩個部位。尤其是那雙超大的眼睛，堪稱極致還原。

片中在鏡頭靠近阿麗塔眼睛時，觀眾能清晰地看見虹膜的形狀、紋路和里面的毛細血管，這是因為制作團隊在類似的近景鏡頭中沒有使用傳統的動態貼圖制作，而是首次完整地創建了包括虹膜等在內的整個眼球結構。

另一個重要部位——嘴部的塑造也嘗試了176次之多。僅阿麗塔吃橙子的鏡頭就花費一年時間拍攝了2 000多個版本，通過不斷的完善使得她在做這個動作時牽動的身體其他部分的反應，比如額頭的皺紋、身體的收緊都顯得無比自然。