大众科学：科幻大片背后的科学

王兴

大众科学：科幻大片背后的科学

2013-07-16 10:54

核心提示： 文章剖析了《超人》、《星际迷航》、《钢铁侠3》等热映科幻大片背后的科学。

参考消息网13-7月16日报道 美国《大众科学》月刊网站7月12日发表了题为《今夏大片背后的科学》的署名文章，作者丹尼尔·恩贝和埃里克·索夫戈在文章中剖析了《超人：钢铁之躯》、《星际迷航：暗黑无界》、《钢铁侠3》等热映科幻大片背后的科学。



《超人：钢铁之躯》带来的疑问：
一个人能有多强大？
剧情：在这部最新超人电影中，身为农夫之子的超人发现了自己的力量，并从两个来自氪星、欲大搞破坏的疯狂恶棍手中拯救了地球。
答案：超人或许能举起一辆公交车或一个石油平台，但是人类的力量相当有限。首先是肌肉的性质。人类能产生的最大力量依赖于我们的肌纤维如何工作。多年来，科学家从不同脊椎动物身上抽取肌肉并测试它们的能力。他们得到了一个经验法则：在横截面上，一块肌肉每平方厘米能产生大约30牛顿的力。南方卫理公会大学应用生理学家彼得·韦安德说：“因为进化是一个保守的过程，所有这些肌肉的成分基本上都是一样的。”
然而为什么不制造更多肌肉呢？在某种程度上，人类多年来一直在这么做：我们的体力比500年前的人更强了。但是运动分析学家若弗鲁瓦·贝特洛说：“我们无法让肌肉量超过某个限度，因为我们的骨骼不会支持其力量。”肌腱尽管相当结实，也有极限——每平方英寸15000磅拉力。贝特洛说，人类或许正在接近运动表现的上限。
肌肉的成分也会限制人类的表现。快肌纤维相比慢肌纤维能制造更多的力。通过训练，运动员或许能改变快慢肌纤维的比例，但是研究显示，有关比例在很大程度上是遗传决定的。
提高人类力量限制的途径之一是打造一个超越人类的运动员。不同的骨骼架构可以增加某些运动方面的优势。例如杜克大学进化人类学家史蒂文·丘吉尔说，男性尼安德特人（旧石器时代生活在欧洲和西亚地区的史前人类）屈肘的力量比今天一般男性强三分之一。因此考虑超人时，要记得他来自氪星。像尼安德特人一样，他理论上不是人类，而是类人生物。因此他适用于不同的法则。
有益的怀疑：超人的服装同他的钢铁之躯一样不可毁灭。漫画书作者说，它的力量来自氪星纺织品，但是这听起来空洞无力。制造防弹外衣的唯一办法是用石墨烯进行加固。石墨烯柔韧，极薄，比钢铁牢固50倍。

王兴

大众科学：科幻大片背后的科学（2）



《环太平洋》带来的疑问：
为什么要用意念操控机器人？
剧情：当巨型怪物从太平洋底出现时，人类试图用巨大的作战机器人抵御它们。这些机器人由同神经接口相连的人类驾驶员操控。
答案：当然，你可以像无人机驾驶员那样使用一个久经考验的接口。但是一个脑控接口（BCI）就酷多了。而且大体上，它还在改进：大脑信号向肌肉传播的速度存在生物化学上的限制，而在同怪物作战时，每毫秒都非常重要。
BCI存在，科学家已经使用它们来控制机器人，但是它们非常笨拙。从一种脑波模式中很难得到一个清晰的信号，这会导致错误并会放慢反应速度。英国埃塞克斯大学生物工程学家弗朗西斯科·塞普尔韦达已经研制神经接口20年。他说：“我们谈论BCI的时候非常谨慎。除了一些特殊情况，它不能独立运作。”
更好的BCI或许有一天会让四肢瘫痪者走路，或帮助由于重力原因而不能动的飞行员。即使BCI改进性能，它们也可能用途有限。科学家可以更加容易地创造对声音指令或眼部动作反应的接口。或许根本不需要接口。对于飞机和汽车来说，自动控制可能是更好的选择。
对那些努力制造BCI的人来说，影片《环太平洋》中的驾驶员的确提供了一个有用的点子：他们两人一组操纵作战机器人，而他们的大脑通过一座“神经桥”相连。塞普尔韦达的团队刚刚就这个概念完成了一项试验。试验参与者被分成两组。他们被要求操纵一个宇宙飞船模拟器。当他们这么做时，软件将读取这两队成员的脑信号。通过整合神经信号，BCI排除了一些杂音，并以更大精确度操纵飞行。看起来两个大脑的确优于一个。
有益的怀疑：影片的某些画面显示，怪兽的血液是蓝色的。这虽然奇怪，但并不新鲜。马蹄蟹就有着蓝色的血液。它用于携带氧气的血细胞使用由铜制造的蛋白质，而不是由铁制造的。它的血液还能容易地凝块，这使马蹄蟹和影片中的怪兽能更快地从伤痛中复原。

王兴

大众科学：科幻大片背后的科学（3-5）：

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