電影《阿凡達(dá)》背后的科學(xué).doc

電影阿凡達(dá)背后的科學(xué)星際航行在著名導(dǎo)演詹姆斯卡梅?。↗ames Cameron）執(zhí)導(dǎo)的最新科幻史詩巨作阿凡達(dá)中，描繪了2154年人類抵達(dá)太陽系外的重大發(fā)現(xiàn)，在一個(gè)叫做“潘多拉”的叢林衛(wèi)星上，擁有先進(jìn)現(xiàn)代科技的地球人類與潘多拉上的智慧生命“納美人”進(jìn)行了場面壯觀的戰(zhàn)斗。片中呈現(xiàn)給觀眾一個(gè)全新的外星球世界，漂浮在半空中的山脈、可以意識感應(yīng)的巨型靈魂樹，以及惟妙惟肖的納美人和各種奇特的潘多拉生物。 以下是片中所體現(xiàn)的科學(xué)技術(shù)在現(xiàn)實(shí)與虛幻之間的完美藝術(shù)結(jié)合：1、重金屬外骨骼戰(zhàn)爭機(jī)器“移動擴(kuò)增平臺裝甲（AMP）”阿凡達(dá)劇情：在這部科幻電影中，地球人類操縱著一種“移動擴(kuò)增平臺裝甲（AMP）”在潘多拉的雨林地區(qū)行進(jìn)，這種重金屬外骨骼戰(zhàn)爭機(jī)器不僅可以實(shí)現(xiàn)戰(zhàn)斗，還可搬運(yùn)重型貨物，是人類在潘多拉上主要的工具之一。片中的AMP裝甲看上去十分眼熟，這與之前的科幻電影駭客帝國中的重型機(jī)械裝甲有相似之處，但電影阿凡達(dá)中的機(jī)械裝甲裝備著封閉式戰(zhàn)斗艙，操控者只需輕微地移動手臂和大腿，AMP裝甲便相應(yīng)地做出機(jī)械動作，操控者的手臂和大腿移動幾英寸，AMP裝甲的機(jī)械手臂便會做出相應(yīng)的動作，機(jī)械腿會邁出10英尺的步伐。阿凡達(dá)工具設(shè)計(jì)師魯本埃林森（Ruben Ellingson）說：“AMP裝甲非常結(jié)實(shí)有力，它能夠摧毀建筑物，以及具備坦克的所有功能?！盇MP裝甲可裝載30毫米口徑的火炮和機(jī)關(guān)槍，斯坦溫斯頓工作室的設(shè)計(jì)主管約翰羅森格蘭特（John Rosengrant）說：“AMP裝甲就是一個(gè)長著腿的阿帕奇直升機(jī)！”美國馬薩諸塞州工程中心負(fù)責(zé)研發(fā)XOS機(jī)械裝甲的大衛(wèi)奧德特（David Audet）說：“像阿凡達(dá)電影中的機(jī)械裝甲給予我們很好的思考未來機(jī)械裝甲的可行性以及發(fā)展方向！近年來，許多美國好萊塢科幻電影描繪出未來機(jī)械裝甲，這些科幻電影往往具有預(yù)見性，并暗示著未來機(jī)械裝甲存在的重要性。它除了給人類帶來生活工作中的便利，它們還將成為戰(zhàn)爭中攻擊力大大提升的基礎(chǔ)性平臺?！?、阿爾法半人馬恒星阿凡達(dá)劇情：在該片中阿爾法半人馬A恒星是一顆非常類似太陽的恒星，在該恒星系統(tǒng)中有巨大的氣態(tài)行星“波呂斐摩斯”，以及環(huán)繞波呂斐摩斯行星的熱帶雨林氣候衛(wèi)星“潘多拉”。潘多拉衛(wèi)星是一個(gè)植物茂盛的星球，大型動物漫步在叢林中，像翼龍一樣的鳥類飛翔在空中。具有感知能力的藍(lán)皮膚納美人在潘多拉上進(jìn)化發(fā)展，他們懂得如何與自然保持和諧共處?？茖W(xué)事實(shí)：阿爾法半人馬A恒星是構(gòu)成阿爾法半人馬恒星系的三顆恒星之一，它距離地球4.37光年之遙，是距離我們太陽系最近的恒星系統(tǒng)。阿爾法半人馬A恒星的存在暗示著很可能在地球的鄰近區(qū)域內(nèi)存在著可孕育生命的太陽系外行星。2008年1月份，由美國耶魯大學(xué)天文學(xué)家黛布拉費(fèi)希爾（Debra Fischer）帶領(lǐng)的一支研究小組使用智利CTIO天文臺1.5米直徑的望遠(yuǎn)鏡對阿爾法半人馬恒星系展開為期5年的勘測活動。該研究小組通過觀測外星體產(chǎn)生的重力牽引，進(jìn)一步分析恒星光線波長的變化狀況，目前這種“晃動技術(shù)”已排除了木星至土星大小的系外行星（類似阿凡達(dá)劇中波呂斐摩斯行星）存在于阿爾法半人馬星系的可能性，但黛布拉指出，很可能在阿爾法半人馬星系中存在著接近地球大小的行星，在這個(gè)恒星系統(tǒng)中仍存在著許多我們無法理解的行星形成過程。像阿爾法半人馬恒星系中的三顆恒星將是未來尋找孕育生命星球的候選區(qū)域。3、星際航行阿凡達(dá)劇情：在前往阿爾法半人馬恒星系的星際旅程中，地球人類建造了半英里長的太空飛船，該太空飛船裝備了混合型反物質(zhì)核聚變引擎，它們的行駛速度可達(dá)到每小時(shí)6.7億英里，相當(dāng)于光速的70倍。科學(xué)事實(shí)：反物質(zhì)粒子和正物質(zhì)如果結(jié)合在一起，就會彼此殲滅。美國宇航局的喬治施米特（George Schmidt）從事航天高級推進(jìn)系統(tǒng)項(xiàng)目，目前是俄亥俄州研究科技副主管，他說：“反物質(zhì)粒子與正物質(zhì)相結(jié)合，殲滅時(shí)將釋放出最強(qiáng)烈的能量。通過反物質(zhì)與正物質(zhì)結(jié)合殲滅釋放的能量，可直接用于航天火箭尾部的推進(jìn)燃料，或者反物質(zhì)可以在其他材料中誘導(dǎo)裂變（原子分裂）或聚變（原子結(jié)合），產(chǎn)生出少量、更強(qiáng)的推進(jìn)能量。然而，如果單程抵達(dá)距離地球26萬億英里的半人馬恒星，長時(shí)間存儲這種易揮發(fā)性燃料是非常昂貴和困難的。首先，制造反物質(zhì)并不容易，歐洲粒子物理研究所的粒子碰撞實(shí)驗(yàn)中僅能產(chǎn)生數(shù)十毫微克反物質(zhì)，施米特稱，生產(chǎn)1微克反物質(zhì)需要花費(fèi)600億美元。在電影阿凡達(dá)描述人們采用混合型核燃料作為推進(jìn)能量，這只需更少量的反物質(zhì)，而不必采用純反物質(zhì)火箭。但實(shí)際上，這種混合型燃料作為推進(jìn)能量，速度并不能達(dá)到光速的70倍。其次，反物質(zhì)存儲是另一種技術(shù)障礙，在電磁場中可以將反物質(zhì)存儲在一個(gè)叫做“彭寧管（Penning traps）”的容器中，保持反物質(zhì)遠(yuǎn)離容器壁。但這種狀態(tài)僅能維持幾個(gè)月時(shí)間，之后反物質(zhì)就會與容器內(nèi)的迷離正物質(zhì)粒子發(fā)生碰撞。施米特稱，總而言之，人類往返阿爾法半人馬恒星需要在燃料箱內(nèi)存儲數(shù)千噸反物質(zhì)長達(dá)數(shù)年之久。這對目前的技術(shù)仍有很大的差距。4、“靈魂出竅”實(shí)驗(yàn)阿凡達(dá)劇情：片中描述了人類30多年前就發(fā)現(xiàn)了潘多拉衛(wèi)星適宜生命存在，并開始了宇宙殖民發(fā)展計(jì)劃，但是地球人類與潘多拉的“土著居民”納美人一直處于緊張的關(guān)系。對于潘多拉這個(gè)全新的生存環(huán)境，地球人類除了與納美人關(guān)系惡化，人類還無法呼吸這顆星球上的空氣。地球研發(fā)機(jī)構(gòu)采用一種“靈魂感應(yīng)”實(shí)驗(yàn)，創(chuàng)造出一種半人類、半納美人的混合體，并計(jì)劃派遣他們作為“間諜”混入納美人部落中。劇中男主人公杰克薩利（Jake Sully）就是該項(xiàng)意識控制實(shí)驗(yàn)的志愿者，在此之前他的孿生哥哥意外死亡，他便代替哥哥來到潘多拉衛(wèi)星從事這項(xiàng)實(shí)驗(yàn)。對于杰克來說，曾在服役中受傷失去了雙腿，坐輪椅的生活十分不便，通過“靈魂出竅”實(shí)驗(yàn)，他有意外的收獲擁有著納美人的身體，并且可以在潘多拉的雨林中奔跑?？茖W(xué)事實(shí)：近年來，許多研究人員都致力于大腦機(jī)械交互界面（BMIs）實(shí)驗(yàn)，從而幫助像阿凡達(dá)中“杰克”這樣的殘疾人士。美國杜克大學(xué)跨國再次行走項(xiàng)目研究主管神經(jīng)科學(xué)家米古爾尼科勒利斯（Miguel Nicolelis）說：“電影阿凡達(dá)中的靈魂出竅意識控制實(shí)驗(yàn)與我們正在進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)非常相似?！蹦峥评绽惯M(jìn)行的再次行走項(xiàng)目正在研制一種外骨骼、“神經(jīng)控制”裝置，可裝配在癱瘓患者身體上，通過意識作出相應(yīng)的意識控制。2008年，尼科勒利斯和同事提出迄今最有效的實(shí)驗(yàn)證據(jù)，他們在北卡羅萊納州的實(shí)驗(yàn)中，訓(xùn)練一只獼猴在跑步機(jī)上直立行走，他們通過安裝在獼猴頭部