电影《阿凡达》背后的科学.doc

电影阿凡达背后的科学星际航行在著名导演詹姆斯卡梅隆（James Cameron）执导的最新科幻史诗巨作阿凡达中，描绘了2154年人类抵达太阳系外的重大发现，在一个叫做“潘多拉”的丛林卫星上，拥有先进现代科技的地球人类与潘多拉上的智慧生命“纳美人”进行了场面壮观的战斗。片中呈现给观众一个全新的外星球世界，漂浮在半空中的山脉、可以意识感应的巨型灵魂树，以及惟妙惟肖的纳美人和各种奇特的潘多拉生物。 以下是片中所体现的科学技术在现实与虚幻之间的完美艺术结合：1、重金属外骨骼战争机器“移动扩增平台装甲（AMP）”阿凡达剧情：在这部科幻电影中，地球人类操纵着一种“移动扩增平台装甲（AMP）”在潘多拉的雨林地区行进，这种重金属外骨骼战争机器不仅可以实现战斗，还可搬运重型货物，是人类在潘多拉上主要的工具之一。片中的AMP装甲看上去十分眼熟，这与之前的科幻电影骇客帝国中的重型机械装甲有相似之处，但电影阿凡达中的机械装甲装备着封闭式战斗舱，操控者只需轻微地移动手臂和大腿，AMP装甲便相应地做出机械动作，操控者的手臂和大腿移动几英寸，AMP装甲的机械手臂便会做出相应的动作，机械腿会迈出10英尺的步伐。阿凡达工具设计师鲁本埃林森（Ruben Ellingson）说：“AMP装甲非常结实有力，它能够摧毁建筑物，以及具备坦克的所有功能。”AMP装甲可装载30毫米口径的火炮和机关枪，斯坦温斯顿工作室的设计主管约翰罗森格兰特（John Rosengrant）说：“AMP装甲就是一个长着腿的阿帕奇直升机！”美国马萨诸塞州工程中心负责研发XOS机械装甲的大卫奥德特（David Audet）说：“像阿凡达电影中的机械装甲给予我们很好的思考未来机械装甲的可行性以及发展方向！近年来，许多美国好莱坞科幻电影描绘出未来机械装甲，这些科幻电影往往具有预见性，并暗示着未来机械装甲存在的重要性。它除了给人类带来生活工作中的便利，它们还将成为战争中攻击力大大提升的基础性平台。”2、阿尔法半人马恒星阿凡达剧情：在该片中阿尔法半人马A恒星是一颗非常类似太阳的恒星，在该恒星系统中有巨大的气态行星“波吕斐摩斯”，以及环绕波吕斐摩斯行星的热带雨林气候卫星“潘多拉”。潘多拉卫星是一个植物茂盛的星球，大型动物漫步在丛林中，像翼龙一样的鸟类飞翔在空中。具有感知能力的蓝皮肤纳美人在潘多拉上进化发展，他们懂得如何与自然保持和谐共处。科学事实：阿尔法半人马A恒星是构成阿尔法半人马恒星系的三颗恒星之一，它距离地球4.37光年之遥，是距离我们太阳系最近的恒星系统。阿尔法半人马A恒星的存在暗示着很可能在地球的邻近区域内存在着可孕育生命的太阳系外行星。2008年1月份，由美国耶鲁大学天文学家黛布拉费希尔（Debra Fischer）带领的一支研究小组使用智利CTIO天文台1.5米直径的望远镜对阿尔法半人马恒星系展开为期5年的勘测活动。该研究小组通过观测外星体产生的重力牵引，进一步分析恒星光线波长的变化状况，目前这种“晃动技术”已排除了木星至土星大小的系外行星（类似阿凡达剧中波吕斐摩斯行星）存在于阿尔法半人马星系的可能性，但黛布拉指出，很可能在阿尔法半人马星系中存在着接近地球大小的行星，在这个恒星系统中仍存在着许多我们无法理解的行星形成过程。像阿尔法半人马恒星系中的三颗恒星将是未来寻找孕育生命星球的候选区域。3、星际航行阿凡达剧情：在前往阿尔法半人马恒星系的星际旅程中，地球人类建造了半英里长的太空飞船，该太空飞船装备了混合型反物质核聚变引擎，它们的行驶速度可达到每小时6.7亿英里，相当于光速的70倍。科学事实：反物质粒子和正物质如果结合在一起，就会彼此歼灭。美国宇航局的乔治施米特（George Schmidt）从事航天高级推进系统项目，目前是俄亥俄州研究科技副主管，他说：“反物质粒子与正物质相结合，歼灭时将释放出最强烈的能量。通过反物质与正物质结合歼灭释放的能量，可直接用于航天火箭尾部的推进燃料，或者反物质可以在其他材料中诱导裂变（原子分裂）或聚变（原子结合），产生出少量、更强的推进能量。然而，如果单程抵达距离地球26万亿英里的半人马恒星，长时间存储这种易挥发性燃料是非常昂贵和困难的。首先，制造反物质并不容易，欧洲粒子物理研究所的粒子碰撞实验中仅能产生数十毫微克反物质，施米特称，生产1微克反物质需要花费600亿美元。在电影阿凡达描述人们采用混合型核燃料作为推进能量，这只需更少量的反物质，而不必采用纯反物质火箭。但实际上，这种混合型燃料作为推进能量，速度并不能达到光速的70倍。其次，反物质存储是另一种技术障碍，在电磁场中可以将反物质存储在一个叫做“彭宁管（Penning traps）”的容器中，保持反物质远离容器壁。但这种状态仅能维持几个月时间，之后反物质就会与容器内的迷离正物质粒子发生碰撞。施米特称，总而言之，人类往返阿尔法半人马恒星需要在燃料箱内存储数千吨反物质长达数年之久。这对目前的技术仍有很大的差距。4、“灵魂出窍”实验阿凡达剧情：片中描述了人类30多年前就发现了潘多拉卫星适宜生命存在，并开始了宇宙殖民发展计划，但是地球人类与潘多拉的“土著居民”纳美人一直处于紧张的关系。对于潘多拉这个全新的生存环境，地球人类除了与纳美人关系恶化，人类还无法呼吸这颗星球上的空气。地球研发机构采用一种“灵魂感应”实验，创造出一种半人类、半纳美人的混合体，并计划派遣他们作为“间谍”混入纳美人部落中。剧中男主人公杰克萨利（Jake Sully）就是该项意识控制实验的志愿者，在此之前他的孪生哥哥意外死亡，他便代替哥哥来到潘多拉卫星从事这项实验。对于杰克来说，曾在服役中受伤失去了双腿，坐轮椅的生活十分不便，通过“灵魂出窍”实验，他有意外的收获拥有着纳美人的身体，并且可以在潘多拉的雨林中奔跑。科学事实：近年来，许多研究人员都致力于大脑机械交互界面（BMIs）实验，从而帮助像阿凡达中“杰克”这样的残疾人士。美国杜克大学跨国再次行走项目研究主管神经科学家米古尔尼科勒利斯（Miguel Nicolelis）说：“电影阿凡达中的灵魂出窍意识控制实验与我们正在进行的实验非常相似。”尼科勒利斯进行的再次行走项目正在研制一种外骨骼、“神经控制”装置，可装配在瘫痪患者身体上，通过意识作出相应的意识控制。2008年，尼科勒利斯和同事提出迄今最有效的实验证据，他们在北卡罗莱纳州的实验中，训练一只猕猴在跑步机上直立行走，他们通过安装在猕猴头部