星际穿越、虫洞、隐身衣……这些电影、小说里的科幻元素有没有科学依据?

薛宇:《三体》中的生命科学 查看详细>>

    今儿专门侃侃《三体》中的生命科学。话说搞科研的一般不怎么看科幻,小说里博士、教授们风度翩翩,上班就是去酒吧泡妞,下班就是跟总统们打高尔夫球,冷不丁的像机器猫一样变个很忽悠的武器玩奥特曼打小怪兽的游戏,喝高了还能跑异次元去醒醒酒,这都哪跟哪儿?之所以看《三体》,其实是为了防止像勇哥这样的来忽悠我。拿起书一看,乐了:李淼教授,哦不,汪淼教授,不是搞理论物理研究的吗?咋改成纳米材料了?得,以后拍电影,这汪淼教授的扮演者都已经选好了。淼教授还整出个超级武器“飞刃”,赶紧打电话问搞纳米的朋友,说这玩意儿真的假的。答:运河150米,纳米线要做到170米,现在已经能做到50米了,再长那也就是技术上的改进,不是问题。继续问,说有没有这么锋利?回,这个吧,材料嘛,都有缺陷,要是能解决缺陷问题,是可以有很高的强度。所以飞刃从理论上是可行的,技术上前瞻的话,也说得过去。当然这里面还有个问题是:摩擦生热,所以飞刃切割“审判号”时产生的热量很高,如何有效的散热是个问题。所以现实中飞刃可能是切进去几十公分,就biaji热断了。

    《三体》主要讲物理,其他学科涉及的不多。一个是被智子满世界追杀,还能从容不迫到处泡妞的罗辑教授,心理素质过硬啊,所以后来被选为面壁人。在冬眠之前,罗辑感染了流感,后来被诊断是被“基因导弹”攻击了。小说里面解释的是,这是一种改造过的病毒,对一般人没有太大影响,但能识别特定目标,并且在感染之后制造毒素干掉目标。昨天和勇哥又聊了一次,这个说法在理论上是可能的。病毒改造不是问题,常规的分子生物学操作;识别特定目标也不难,开篇提到的人与人之间基因组差异0.1%,所以每个人有特定的SNP信息,根据这个很容易可以锁定目标。

    病毒传播不是问题,网络科学的结果表明这个世界是六度的,人和人之间联系紧密,所以病毒很容易传播。制造毒素也不是问题,接个编码芋螺毒素的基因上去,好,一件完美的定向攻击武器搞定。问题是,上面讲的都是理论上可能可行,现实有可操作性吗?首先,对个人基因隐私的监管会越来越严格,无论国外还是国内。个人的SNP数据不是你想拿就能拿到的,得登记,手续很繁琐,而且还不一定能拿得到。这方面的立法也是早晚的事情。一旦出了问题,追查下来想跑是没门儿的。其次,病毒改造虽然技术上没问题,但要求的条件比较苛刻,要P3或者P4的实验室。这个门槛就高了,要钱、要场地、要非常专业的技术人员,恐怖分子们就洗洗睡吧,这么高逼格的东西不是恐怖分子玩得起的,你要开建,总有动静吧?马上地球人都知道了。要是建地上,直接一个导弹过去给你轰了,你要建地下,就算美军陆战队不去给你干掉,人民解放军也得抗95式过去给你扫了。

    当然上述这俩都不算问题,最大的问题有俩。第一,有种理论叫做“中性进化”,这是1968年木村资生提的。意思就是改造过的病毒会发生突变,并且究竟怎么变不能预测。理论上来说,功能重要的区域变异少,功能不重要变异的多。因此你接个毒素基因上去,这玩意儿对病毒来说没什么功能,所以变异很快,还没等传播到正主儿呢,已经变到人畜无害了。所以除非有新的理论,能够很精确的预测变异的模式,不然这一步的瓶颈是不可能迈过去的。第二,就算这个问题被解决了,还有个更严重的问题:免疫。人体有免疫系统,病毒不是想攻击就能攻击得了的,没准儿罗辑身体里产生个抗体,得,病毒没戏了……【全文点击】

陈学雷:星际穿越之科学幻想 查看详细>>

    星际旅行、黑洞等是科幻小说和电影中常见的元素,何以《星际穿越》独受如此热捧呢?这要从这部电影的精心创作说起。拍摄这部电影的创意来自琳达·奥布斯特(Lynda Obst)。她曾参与创作了《霹雳舞》、《西雅图不眠夜》、《超时空接触》等许多好莱坞经典大片。80年代初期,她曾一度和一位研究引力理论与黑洞的天体物理学家基普·索恩(kip Thorne)约会,后来二人各自婚嫁,并都成为各自领域的大腕,而当年的爱情也转为友谊。2005年的一次晚餐上,琳达提议共同创作一部根据真实科学的科幻大片,让观众领略一下物理学定律所可能产生的种种奇妙事物。于是,二人合作,2006年春写出了一个剧本纲要,交给了著名导演斯皮尔伯格,斯皮尔伯格很感兴趣,安排了一位名叫乔纳森·诺兰(JonathanNolan)的剧本作家负责撰写剧本。乔纳森非常认真,为了写好剧本,还专门去基普·索恩担任教授的加州理工学院听相对论课程,并与索恩反复交流,索恩也绞尽脑汁,提供了大量科学创意,为匪夷所思的情节提供有科学依据的实现机制。不过,好事多磨,后来由于种种原因,斯皮尔伯格不能拍摄本片,乔纳森·诺兰也由于好莱坞剧本作家工会罢工和参与其它电影等原因几度离开,而这样一部耗资巨大的电影,没有一个著名的大导演,制片商是不会投资的。幸运地是,最终乔纳森的哥哥,著名导演克里斯托弗·诺兰同意担任本片导演。诺兰兄弟二人带来了很多自己的创作想法融入剧中,最终的剧情与奥布斯特和索恩最早的剧本纲要已没有多少相似之处了。

基普·索恩为了保证电影的科学性,关于科学问题提出了两个电影应该遵循的基本原则:

(1) 电影不能违背已经确立的物理定律和已知的科学事实。

(2) 电影中关于那些人们尚不太清楚的物理规律允许有猜想和幻想,但这些应该来自真正的科学,要让科学家们觉得至少是可能的。

    诺兰基本同意,但他对索恩表示,如果他拍的电影有一些科学上不准确之处,索恩不必负责,这种态度让索恩有点担心。不过,最终索恩对影片的科学性还算满意。基普·索恩教授也专门写了一本科普书,名为《星际穿越之科学》(The Science of Interstellar),介绍影片背后的科学原理。索恩教授这本书非常精彩,是看懂此电影的必备宝典,而且也能从中学到许多物理知识——甚至对专业的天文学家、物理学家们,读此书也会有不少受益,书的文笔也很好。目前,我的一些同事们,国家天文台苟利军研究员等人正在翻译该书,中文版预计将于2015年春出版……【全文点击】

李程远:Interstellar观影后感 查看详细>>

    有索恩大神保驾护航,电影虽是一部科幻片,但里头的物理学基本是正确的(跳进黑洞里头之后的部分就纯属脑补了),加之电影中几个宇航员兼物理学家时不时的讨论讲解,整部电影通俗易懂,绝对没有择众显优越,所以哪怕你已经和数理分手多年,只要你还对星空这个话题感兴趣,这部电影都是绝对值得一看的。

    出于专业兴趣,这里仅对电影中几个点讨论一下,也避免剧透的嫌疑。

    一、关于虫洞

    虫洞是个球这一点是正确的,在电影中演员已经完美的用一张纸作出了解释,理论上来说虫洞不稳定,一旦出现会立刻坍塌,更勿谈有人类能驾驶飞行器穿越进去了。虫洞是否存在现在还没有定论,更不用谈怎样让虫洞持久存在了,不过可以肯定的是,纯粹靠自然保持一个能过人的虫洞是不可能的,它一定是某个未知意志(后来发现是未来人,也就是男主女儿作出卓越贡献拯救全人类之后)维持着它开启的。

    二、关于第一个星球

这里有一处值得质疑,首先第一个星球的科学家到达后十几分钟就被海浪拍死了,但由于这个星球刚好处在一个黑洞周边,被黑洞的引力影响,其所在轨道处时间一小时等于地球上七年,所以地球上的人类还至少收到了好几年的信息,这也就误导了我们的男主一行人跑过去送死。然而,NASA的科学家大神云集,且不说被黑洞引力拉长的信号已经到了其它频段(假设我们的科学家是用几乎全波段的信号接收的),那么多人却没有注意到一条十几分钟的信息被拉长到了好几年(就好比周杰伦的《双节棍》被一路拖愣是拖成了京剧腔),实在让人费解。只要有一个科学家分析过这一信号的异常,就会阻止我们的男主一行人登陆一号行星。

    三、关于黑洞潮汐力

    由于月球引力影响,地球上有潮涨潮落,而黑洞的质量至少是太阳的好几倍,其潮汐力可想而知,这点从一号星球上的巨浪就能看出来(全星球表面的海水都被拉成了一堵巨浪,以至于其它地方都成了几尺深的浅摊,所以我们的男主一行人可以登陆),这么高的潮汐力,任何实体还没达到黑洞视界,就会被立刻撕碎,而我们男主和它的飞船竟然安全地通过了黑洞,这一点算是一点硬伤。当然,如果男主挂了,也就没有后来地科幻情节,想必在电影中构造出黑洞内部的奇妙景象,哪怕只是猜想,也是不少物理学家的梦想吧。

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吕品:另一种星际穿越 查看详细>>

    法贝尔刚刚出版的新作是《新鲜奇事之书》(The Book of Strange New Things),其主题可以说是另一种的星际穿越,但是和《皮囊之下》一样,作者并不关心其中的科幻“技术”问题。小说开始时,一名英国牧师彼得(Peter)正准备踏上星际旅行的征途。故事发生的时间不详,但似乎是在不远的未来,彼得离开的地球感觉和今天的没有什么两样。但是书中此时人类已经在另一个星系建立了基地,彼得是被管理这个外星基地的公司选中送到外星基地担任传教士。他的传教对象不是外星基地上的人类,而是外星上的“土著”——生活在那里、具有智慧的生物。

    彼得是一个极度虔诚而又充满使命感的牧师,把这个传教任务看作是上帝的安排,为此他不得不与爱妻比阿特丽斯(Beatrice)暂别,来到这个名为“绿洲”的外星,基地上的工作人员似乎人人忙于自己的事情,对“外星人”并不关心。让彼得惊喜的是,第一次与“外星人”见面,他们就能用简单的英语询问他是否带着那本“新鲜奇事之书”——《圣经》,急切地想让彼得给他们讲解圣经上的故事。他这时才发现,在他之前已经有一名传教士被派到这里,但是却失踪了……【全文点击】

科技导报:《星际穿越》背后的科学与思索 查看详细>>

    好莱坞科幻大片《星际穿越》(Inter? stellar)近期上映后迅速引发观影热潮。影片叫好又叫座不仅说明导演Christo? pher Nolan的号召力依旧强大,而且还罕见地在大众中间刮起一阵科学旋风。大家走出电影院后,依然在热烈地讨论着虫洞、黑洞、引力弹射、五维空间、时间旅行等等这些曾经看起来距离我们生活非常遥远的物理概念。宇航员通过虫洞前往另一个星系寻找宜居星球这样一条故事的主线也再次引发我们对地外生命的关注:宇宙中的其他角落是否存在生命?如果存在,究竟在何方?

    两位天体物理学家最近的研究在大的方向上为我们解答上述疑问提供了参考。来自以色列耶路撒冷希伯来大学的Tsvi Piran和西班牙巴塞罗那大学的Raul Jimenez在预印本网站 arXiv.org上发表论文指出,在宇宙中仅有 10%左右的星系中可能存在类似人类的复杂生命;同时在宇宙大爆炸发生后的 50亿年内,宇宙中的任何角落都不会有生命……【全文点击】

王皓:虫洞,黑洞和脑洞? 查看详细>>

    近有关宇宙的话题比较热门,原因有两个:首先,电影《Interstellar》口碑和票房都大获成功。其次,欧洲航天局的探测船“罗塞塔”号(Rosetta)携带的“菲莱”号(Philae)探测器在2014年11月12日成功登陆一颗彗星,这是历史上人类探测器首次登陆彗星(图一)。前者的成功让三个名词瞬间火爆:虫洞、黑洞和脑洞。而后者则是一个真实的科技突破。不仅仅是着陆本身,更重要的是人类期望通过对彗星磁场及其表面有机物质同位素的分析,探求太阳系甚至地球生命的起源。遗憾的是由于着陆地点角度不佳,探测器太阳能板无法全面工作。在发回一些照片和磁场数据后,探测器进入休眠状态,下次唤醒可能要等到明年八月了。

    本着凑热闹不起哄的原则,笔者今天跟大家聊聊天文望远镜。呵呵,为啥?因为无论是虫洞、黑洞还是其它宇宙探索,都要依靠“天眼”——天文望远镜。说到天文望远镜的类型,NASA(美国国家航空航天局)做了一张很简明的图(图二),举例说明了针对不同电磁波段的天文望远镜。

    哈勃会在2020年前退休,它的继任者-詹姆斯韦伯太空望远(JamesWebb Space Telescope,JWST,图五)计划于2018年发射,替代哈勃和另一个红外太空望远镜-SpitzerSpace Telescope(这也是个倒霉蛋儿,发射六年后,大部分设备因为没有液氦冷却而停用)。与哈勃不同,JWST是红外望远镜,它也不围绕地球旋转,而是远离地球150万公里背向太阳(这要坏了可咋修啊?)。

    另一大类天文望远镜是射电望远镜(radio telescope)。从图二可以看出这类望远镜收集的是大波长的无线电,分辨率逊于前面介绍的可见光和红外望远镜,所以要靠大口径来弥补。比较著名的是位于波多黎各的阿雷西博(Arecibo)望远镜。由于它是目前最大的单面口径射电望远镜(直径350米)所以深受影视作品喜爱。最著名的包括007系列《黄金眼》和电影《Contact》(图六)。其中《Contact》这部1997改编自同名科幻小说的电影第一次细致表现了虫洞这一概念。目前在中国贵州省平塘县克度镇大窝凼洼地正在建造FAST-Five hundred meter Aperture SphericalTelescope-500米口径球面射电望远镜,预计2016年完工后成为世界之最(图七)……【全文点击】

李泳:星际穿越的背后——黑洞虫洞与时间流 查看详细>>

    听说正上演一部电影《星际穿越》,又听说是根据Kip Thorne的虫洞理论编的,还听说书店请出版社重印老K的那本《黑洞与时间弯曲》,那么我也借这个机会说说老K在那本书里编的故事。老K在书中专门写了一章《虫洞与时间机器》(wormholes and time mechines),并特别注明那是他个人的观点(personal viewpoint)。我没有译文的电子版,不能偷懒,只好边看边写了。 

    30年前,老K刚上完1984-85学年的最后一堂课,接到卡尔萨根(他的名气在科幻界很大)的电话,向他请教引力问题——他那会儿正写《接触》,人类与外星人的接触。卡尔在书中说,主人公被扔进地球旁的一个黑洞,通过超空间用1个小时就到了26光年外的织女星。这当然是不可能的——It is impossible to travel through hyperspace from a black hole's core to another part of our Universe.因为洞里的一切东西都会被真空涨落的能量毁灭(这是可以计算的)。不过,这令老K想到,也许能用虫洞来实现卡尔的幻想——老K也就成为第一个认真研究虫洞和时间机器的物理学家。

    所谓虫洞,是超空间里的一个捷径;当然,也可以说它是时空错乱的一个时空区域……【全文点击】

武夷山:科幻作家与大学校长的有益交互 查看详细>>

    Neal Stephenson(尼尔. 斯蒂芬森,1959年生)是美国著名科幻作家,其作品不少成为畅销书。2014年9月11日出版的《自然》杂志发表了记者对他的采访,他谈到这么一件事。

    有一回,他对亚利桑那州立大学校长Michael Crow抱怨说:材料技术领域的进步在逐渐减弱。过去,火箭设计和信息技术方面体现了人的创造性,现在,很多聪明人却将时间与生命投在无足轻重的事情上,例如没完没了地撰写项目申请书。缺乏的是大气。克罗校长说:“那是你们的错啊。你们科幻作家要拿出一些值得让科学家去做的题目。”于是,在斯蒂芬森想法的推动和帮助下,亚利桑那州立大学成立了“科学与想象力中心”,开通了线上论坛Hieroglyph(博主:该词本义是“象形文字”),科幻作家可在此论坛上痛痛快快地发表乐观的看法,大胆提出年轻工程师可以去尝试实现什么样的技术。2014年9月,该论坛的交流成果编成一个集子出版了,书名叫Hieroglyph: Stories and Visions for a Better Future(Hieroglyph:面向更美好未来的故事与愿景),该书收录了20部科幻作品,作者包括:著名天体物理学家暨科幻作家Gregory Benford(1941年生),科幻作家Cory Doctorow(1971年生)、女科幻作家Elizabeth Bear(1971年生)、科幻作家Bruce Sterling(1954年生,两次获得雨果奖,他与威廉•吉布森合著的《差分机》中文版2013年由新星出版社出版)。斯蒂芬森本人为此书贡献的作品叫Atmosphaera Incognita(未知的大气压),描述了建造20公里高的钢塔的过程和其他历险故事。

    中国会有一个大学校长如此重视科幻作家的想法吗?对想象力的重视程度不够,应是回答“钱学森之问”的一个维度……【全文点击】

黄吉平:送你一件隐身衣 查看详细>>

爱因斯坦(1921年诺贝尔物理学奖获得者):“好奇心是每个健康孩子天生就有的,然而它常常过早地消失。”

丁肇中(1976年诺贝尔物理学奖获得者):“科学很大一个作用是满足人的好奇心,这是人和动物的最大区别。”

 

    曾有人问我:“今天的科学为什么能够达到这么高的层次?”

    我立即回答:“那是因为人类拥有一颗无与伦比的好奇心。”

    试想,如果法拉第(1791-1867)对电与磁之间的转变并不好奇,那么他也就不可能揭示电磁感应定律(这是一个描述磁如何产生电的物理定律)。我这里为什么说法拉第是源于“好奇”的呢?一个很重要的原因就是,他发现了这个定律后,他并不知道这个定律有什么用——这个事实,历史有记载。由此可见,他当初的实验探索完全出于个人的好奇,并非出于功利之心。但是,就是这么一个“好奇”的副产品,其后导致了我们人类生活发生了翻天覆地的变化:我们今天的生活已经离不开电了,我们日常生活中用到的电几乎全部来自发电机,而发电机的关键工作原理就是——法拉第揭示的电磁感应定律。所以,可以这么说,科学发展是由好奇心驱动的——也应该由好奇心驱动,而非功利心。

    既然好奇心这么重要,那接下来我就问一个古今中外、人皆“好奇”的问题:如何实现隐身?【全文点击】

 

 

黄吉平:从光学隐身衣到热学隐身衣 查看详细>>

    超构材料(metamaterial)是一类结构材料,它的新奇物理性质由材料的几何性质决定,这种材料在自然界或化合物中比较少见,它通常是由人工设计出来的。这类材料在电磁学和光学领域已有大量的研究(例如入射光线与折射光线在法线同侧的负折射),相关的早期文献一般可以追溯到1968年Veselago的工作[1]。自上世纪90年代起,电磁学和光学领域关于超构材料的研究蓬勃发展、直到今天,仅在《Nature》、《Science》、《Physical Review Letters》这三个学术期刊上就已经发表大量学术论文。在此期间,Pendry及其合作者起到了引领作用,例如他们在2006年发表的一篇论文[2]引用次数已经达到2878次(2015年2月25日“web of science”检索结果);在此领域,近期也有数篇具有高影响力的论文,例如[3-6]。

    当超构材料在电磁学和光学领域蓬勃发展之时,有学者把超构材料拓展到其它领域,例如声学[7]。至今,声学超构材料方面的研究也已达到白热化,具体进展可以参阅文献。

    但是,无论是光学、电磁学、还是声学,这些领域都与“波”密切有关,或者说,在这些领域中,超构材料的新奇物理性质都是由波动方程确定的。这个事实致使很多科学家发展了大量的实验工具和理论方法,用于研究和操控波动方程。其中卓有成效的一个操控波动方程的理论方法就是基于坐标变换的方法,这个方法运用到电磁学或光学领域已取得极大成功,它给出了一个比较直观的便利途径,用于获得具有各种新奇性质的光学或电磁超构材料,例如光学隐身衣[2]——穿上这种隐身衣的人不能被外人看到……【全文点击】

科学出版社:从《荒岛余生》看虚拟人物的现实影响 查看详细>>

    《黑客帝国》、《阿凡达》和《Tron》在展示真正的未来吗?我们的大脑可以分辨哪里是“真实”的终结,哪里是“虚拟”的开端吗?在数字化世界中,永生意味着什么?技术会在五年、五十年和五百年后引领我们去向何方?

    查克·诺兰德(Chuck Noland)是2000年南太平洋上一次飞机失事的唯一幸存者。他被困在一个热带小岛上多年,也为人类与世隔绝的现象提供了一个研究案例。在这种困境一开始的时候,查克·诺兰德非常需要与他人交流,这种需求强烈到让他创造了一个虚拟的朋友——用虚拟现实的术语描述,一个“代理”——是用排球做的,这个排球在飞机失事后和他一起冲到了岸上。查克·诺兰德用自己的血在排球上画了一张简单的人脸,给他起名叫“威尔逊”(Wilson),对待他如同密友一般,甚至在一次用自制木筏绝望地尝试重返文明社会时,也带着威尔逊一起。不幸的是,这趟旅程遇上了一次海上风暴,威尔逊掉了队,查克·诺兰德也因此深受打击。

    吉卜林·威廉姆斯的结论是,为了避免遭受排斥的痛苦,人们会做所有可以重新与其他人联系的事情,甚至像是诺兰在孤岛上那样——运用他们的想象力。可悲的是,有些人用病态的方式来发泄自己的痛苦和愤怒,如那些社会弃儿。正是他们制造了科伦拜恩高中屠杀,或者用邮件炸弹来影响其他人的生活……【全文点击】

方唯硕:假如时光倒流 查看详细>>

    初看电影《黑衣人》(Men in black)有兴趣,是Will Smith和Tommy Lee Jones的搞笑风格,和怪异的故事背景(21世纪的纽约变成了诸多相貌怪异、功能奇特的外星人的聚集地,但他们又都伪装成人类,大概可算美版《聊斋》)。最近看《黑衣人3》,发现它也开始玩穿越的把戏,让Will Smith乘坐时间机器回到上世纪60年代,试图拯救Tommy Lee Jones扮演的特工K;然后发现他的父亲不幸被企图刺杀K的外星坏人枪杀,当时仅有几岁的他,被K用可以消除记忆的魔棒,抹去了他脑中这段不幸的记忆。

    穿越是个新词,以前这类活动被称为时间旅行。我记忆中最早的关于时间旅行的科幻小说是H. G. Wells的The time machine。时间旅行也是电影作品的好题材,虽然有诸多电影涉及,但在我记忆中能够留存下来的是斯皮尔伯格的电影《回到未来》(Back to the future)三部曲(他不愧是会讲故事、会“忽悠”人的大导演),以及电影《时光倒流七十年》的主题曲Somewhere in time。

    既然是时间机器,可以向后(过去)也可以向前(未来),符合人类既有怀旧,又有对未知世界好奇的心态。不过回到过去,就出现了一个导致逻辑矛盾的问题:如果时间旅行者去过去杀死一个人,改变了历史,那么会发生什么?特别是如果导致父亲或母亲的死亡,那么这个回到过去的自己,还能否回到现在生存?

    在电影Back to the future里,可以通过改变历史影响未来的多种可能性(平行历史),但并没有能真正解决这个逻辑困境。最近看到一部香港电影(也可能是合拍片),虽然影片整体很烂,不过在处理主角魔术师回到过去改变历史(拯救因火灾而丧生的父母时)时,让主角失败并提出一个有趣的观点:“回到过去只能看到过去的影像,而不能改变历史”——也许这是一个可行的解决方案:历史仅限阅读,严禁篡改!在这个意义上,也许世界真的需要一个类似上帝的角色,才能解释为何历史仅限阅读。不过话说回来,这个逻辑困境本来就是人自找的,是不是可以被认为是“吃饱了撑的”……【全文点击】

赵斌:人类走向合作,原来是生物学意义上进化的结果 查看详细>>

    上个周末,我与家人到电影院观看了10月24日才在上海各大影院上映的《超体》:话说侨居在台北的年轻女子露西(Lucy)被迫成为“人体快递”,并一次性吸收了大量的CPH4(电影中说,孕妇在第6周时会分泌微量CPH4,使婴儿能产生巨大的能量,促使生成所有的骨骼),从而意外拥有了超能力,故事就是在这样的背景下展开的。这部电影据说在北美上映后,票房突破4.15亿美金,口碑良好。评价说《超体》突破了以往千篇一律只以冲击视觉为主的科幻片套路,更以故事情节取胜,探索人类自身潜能,成为北美暑期档的票房黑马。

    这部电影英文名是Lucy,这也是影片中女主角的名字。汉语名意译为“超体”,而没有直译为“露西”,这是很有讲究的。也许大多数人还是很奇怪,为什么取这样一个名字,其实从人类进化学上来讲是意味深长的。露西是1974年在埃塞俄比亚发现的一具南方古猿阿法种(Australopithecus afarensis)的古人类化石的代称。露西生活的年代是320万年之前,因此被认为是第一个直立行走的人类,是目前所知人类的最早祖先,也美誉为“人类祖母”。露西生前是一个20多岁的女性,脑容量只有400毫升,根据骨盆情况推算生过孩子。 当时庆祝找到这具化石所播放歌曲为《Lucy in the Sky with Diamonds》,遂将她命名为Lucy。现在我们理解了这部片子的片名,但我还是很奇怪,老外看到这个名字就知道这些背景吗?难道他们的科普水平比我们高这么多……【全文点击】

赵斌:人类将往何处去,盖娅假说告诉你 查看详细>>

    我一直觉得,不同文明在冥冥之中似乎会酝酿出许多类似的传说。东方中国的传说中,女娲创造了人类,而在西方的希腊神话中,大地女神盖娅创造了众神,也在天神消灭了堕落的第一代人类后,创造了第二代人类。神话记载中盖娅拥有许多宝物,其中生命之瓶中装的是万物之种和生命泉水,她终日在天上向凡间灌注生命泉水,以确保万物能够交替繁衍、生生不息。至今,西方人仍常以“盖娅”代称地球。因此,一个描述地球生命的假说以盖娅来命名,不足为奇。

    1961年,英国大气学家James Lovelock受NASA邀请,帮助寻找火星上的生命痕迹,他随后提出了优雅的盖娅假说,认为生物圈就像一个活的有机体,它会自我调节以提供适合生命存在的环境条件。后来,在美国生物学家Lynn Margulis的共同推进下,这个理论逐渐受到西方科学界的重视,并对当时人们的地球观产生着极大的影响。到如今,这个假说也一直受到环保主义者和气象学家的拥护,也是西方环境保护运动和绿党行动的一个重要理论基础。1989年,AGU(美国地球物理联合会)选择盖娅作为会议主题,几百名科学家参加了讨论,并于1993年出版了《科学家论盖娅》(Scientistson Gaia)大型文集。Lovelock认为“地球是活着的!”,而且地球本身就是一个具有自我调节能力的巨大有机体,为了维持有机体的健康,盖娅本身发展出了一种负反馈机制,假如她的内部出现了一些对她有害的因素,她能够将那些有害的因素除掉。对于这个负反馈机制,用地球形成以来的46亿年间温度变化情况来说明是最好不过了。理论上说,太阳辐射强度增减10%就足以引起全球海洋蒸发干涸或全部冻结成冰,但地球历史上太阳辐射强度曾增加过约30%(其中5%增加于显生宙期间),也发生过3次大冰期和大冰期内的暖热期交替变化,然而地表的平均温度变化仅在10℃上下,这就说明地球的确存在某种内部的自我调节机制。有关盖娅假说,Lovelock先后出版了多部书籍。例如,1979年出版《盖娅:地球生命的新观》(GAIA: A New Look at Life on Earth),引发众多的讨论和争议;1988年改写成《盖娅时代:我们生命地球的传记》(The Ages of Gaia: a biography of our living earth),1991年出版《为盖娅疗伤:行星地球的实用医学》(Healing Gaia: Practical Medicine for the Planet)……【全文点击】

陈学雷:宇宙概念的嬗变 查看详细>>

    我曾听一位老先生说,上世纪80年代编天文学词典时,有三个词因实在太难定义而最后只好不定义,这三个词是“时间”、“空间”和“宇宙”。我当时想,前二者确实很难定义,但“宇宙”一词我们过去不是常常听到古人“上下四方曰宇,往古来今曰宙”的说法吗,定义有何困难?又一想,确实,对于“宇宙”人们实际上有很多不同的理解和观念。

    记得当年我刚入大学时曾读到过一本火药味十足的论文集,收录了70年代末到80年代初我国关于宇宙学的一些哲学争论文章,争论的焦点是宇宙有限无限问题。当时哲学教科书上的标准说法是“宇宙在空间和时间上都是无限的”,而宇宙大爆炸理论认为宇宙的年龄是有限的,宇宙空间既可能无限也可能是有限。该集的多数论文批判大爆炸宇宙学理论是“唯心主义”,“反动的西方资产阶级理论”,只有少数论文为之辩护,但在当时高度意识形态化的话语体系里这并不容易,我记得其主要论点是,大爆炸理论上所说的“宇宙”概念不同于哲学上所说的宇宙概念,它指的是“可观测宇宙”,因此与哲学上“宇宙无限”的命题并不矛盾……【全文点击】

王春艳:仰望星空的学生 查看详细>>

    这学期开了公选课《优秀科普科幻影视作品赏析》,开这个课的原因呢,是我们院长说我们物电学院人开设的公选课太少,希望我能开个《物理学史》之类的公选课,我于是就报上了,结果选课的学生太少,开不起课来,其实我一点都不想多上课,毕竟上课分神啊,尤其要想上好的话,若要是上新课(我认为一门课前三年都可以称为新课)的话,这一学期基本就不用想干别的了,光备课就忙得不亦乐乎。

    但我们院长让我想想办法还是要开课,我说不就是想提高学生的科学素养吗?那就放电影呗,这个学生肯定喜欢,于是就编了个《优秀科普科幻电影赏析》的课,别的不敢说能起多大的作用,至少可以宣传一下我的科学和环保理念。

    于是选课的学生还真不少,由于大家是想来看电影,我也不好意思讲得太多,一般就是前面即兴说几句,扯扯物理学的八卦和我对科学社会之类的基本认识啥滴,然后放些《食破天惊Cloudywith a Chance of Meatballs》、《辛普森一家TheSimpsons Movie (2007)》《优雅的宇宙ElegantUniverse》……之类的片子,回忆这些经典,还可以学英语,我也不想难为学生,只希望他们能在我的课里有所收获……【全文点击】

科学报官微:邂逅“火星公主” 查看详细>>

    19世纪末20世纪初,有关“火星人”的话题急剧升温,在欧美国家变得越来越热,就像近些年来一些人所执迷的“飞碟”一样。1900年2月7日,巴黎曾发布公告设立古兹曼奖,奖励与地外生命取得联系的第一个人,其奖金数额惊人:高达10万法郎。但是,该奖项有关条款却特意将寻找火星人排除在外——就当时情况而言,人们认定火星上有生灵毋庸置疑,找到火星人似乎太容易了,那是迟早的事儿。

    在这一时期里,火星及火星人也成了科幻小说的热门题材,作家笔下的火星人多姿多彩、千奇百怪。在诸多有关火星人的科幻作品中,以美国作家埃德加·赖斯·伯勒斯(1875~1950)塑造的火星人给人印象尤深:他们头颅巨大,颈部硕长,躯干瘦小,有着四臂两肢,而且竟然是卵生。

    就我们所知,参与设计和建造第一个行星际探测器的科学家们,大多都读过伯勒斯撰写的《火星公主》和其他作家创作的有关火星与火星人的科幻作品,非常熟悉作家们想象出来的那个奇异的世界……【全文点击】

科学报官微:液态金属——在科幻与现实之间 查看详细>>

    还记得电影《终结者》中那个可任意变形伪装的液态金属机器人吗?近日,我国科学家的一项有关液态金属新物性的发现将有望打破科幻与现实之间的藩篱,让液态金属机器人走入现实生活。

    这项出自清华大学、中科院理化技术研究所联合小组的研究首次发现,电场控制下的液态金属与水的复合体,可在各种形态及运动模式之间发生奇特的转换行为。成果在《先进材料》在线发表后,国内外掀起了热议,业界普遍认为,液态金属的这一特性是构筑可变形智能机器的基本要素,预示着柔性机器人新时代的到来……【全文点击】

王皓:猿猴星球崛起~计划失败 查看详细>>

    最近,Dawn of Planet of the Apes 上映,票房口碑皆佳。此部乃猿猴星球电影系列的第八部。情节衔接2011年的猿猴星球崛起。笔者虽是科幻电影爱好者,但今天要说的却是在2011年发布的一部有关黑猩猩的记录片Project Nim。

    1973年,哥伦比亚大学心理学教授Herbert Terrace主持开始了一个叫Project Nim 的计划。一只刚刚在Oklahoma灵长类研究所出生两个星期的黑猩猩Nim Chimpsky被人从母亲身边带走,加入到 Stephanie LaFarge (Herbert的学生兼前女友,呵呵)的富裕而嬉皮的大家庭。Stephanie就像抚养她其他子女一样从母乳喂养开始(是的,就是你所想的),先包尿布再训练上厕所。Nim 被宠坏了,欢乐的童年,大家庭的小太阳。调皮捣蛋随意,没事儿喝口小酒,抽口小烟,时不时地把“爸爸“的书房捣个底儿朝天,挑战一下族群里唯一的成年雄性(黑猩猩是母系社会)……【全文点击】

杨先碧:人类和机器将逐渐融为一体 查看详细>>

    自古以来,已经成为地球“主宰”的人类对自己已有的能力并不满足,还在不断幻想自己具有超常的能力。不少神话传说中就有这样的场景,神话小说《西游记》就是个典型的代表,小说中的千里眼视力超常,顺风耳听力超常,哪吒的风火轮令其行动灵活自如,巨灵神的臂力超常,孙悟空具有一个筋斗就十万八千里的超常飞行能力。现代科学技术令人们的这些幻想逐步变成现实,电话成为了人们的顺风耳,望远镜成为了人们的千里眼,汽车成为了人们的风火轮,而火箭具有孙悟空的飞行能力。不过,这些现代化机器都是需要的时候才取来用,不少人尤其是残疾患者希望一些机器能和自己的身体融为一体,弥补自己的身体缺陷,或是提高自己的行动能力。现在,这样的机器越来越多,与人体的融合能力也在逐渐增强……【全文点击】

武夷山:科幻与未来学 查看详细>>

    科幻的预见力会超出作者的预料。医生、科幻作家Brad Aiken写了一本小说,题为“向树提问”,它描写的未来景象是:医生不允许接触病人身体;医生唯一可用的仪器有两种,一是扫描仪,二是计算机,计算机在得出最终诊断之前,要先提一些问题。Brad Aiken的一位朋友最近去看医生,医生只管把他的病情自述录入笔记本电脑,与他没有任何言语沟通,没有触诊过程。后来,这位朋友对Brad Aiken说:你小说里写的不是未来景象啊,我已经碰到了!

    具体推荐的内容包括:刚入门的科幻读者可以读雨果奖、星云奖和Lotus奖的获奖作品;科幻杂志嘛,可以读Analog, Asimov’和Lightspeed(光速);值得阅读的最新小说有David Brin的Existence(存在),Daryl Gregory的Afterparty,Ann Leckie的Ancillary Justice(博主注:获2014年雨果奖),Ramez Naam的Nexus……【全文点击】

沈海军:《起风了》影片中出现了哪些飞机? 查看详细>>

    《起风了》(风立ちぬ)是日本导演兼脚本的宫崎骏以同名漫画所改编的动画电影。讲述的是日本零式战斗机的设计者堀越二郎年轻时的故事。堀越二郎是第二次世界大战中设计零战的实际存在的人物,享有“日本飞机之父”的美誉。

      影片中,宫崎骏在表现对飞机的热爱之余,还打造了二郎和卡普罗尼相会时的动荡年代,展现了日本大正、昭和时代的田园风光、市井乡情、噩梦般关东大地震等。片中,大量的飞机令读者目不暇接。这里就让我们一起去领略这些飞机吧!

1) 3式舰战

2) 92式舰攻

3) 日本陆军参考G38做的92式轰炸机

4)片中及现实中的G38客机

 
沈涵:《起风了》中的航空知识 查看详细>>

 《起风了》技术细节探讨

1 Tricyclevs Tailgear

    影片的一开始,掘越二郎在梦中和意大利著名飞机设计师卡普罗尼相会所见到的飞机——CaproniCa.3——是一战时期意大利陆军使用的重型轰炸机。
    暂且不提意大利军队在一战二战中的卖萌表现,意大利的飞机工业的确在当时走在了世界的前列,时至今日意大利出产的PiaggioP180 Avanti还是我最最喜欢的一个飞机设计,被称为飞机中的法拉利。Ca.3轰炸机有个和许多同时代飞机不同的特点就是它采用了tricycle的起落架设计,也就是我们常说的前三点式起落架。在同时代甚至是CaproniCa系列的初期,设计师们都不约而同的使用了Tailgear也就是后三点式的设计,这类设计的好处就是在于其能够在恶劣的场地条件下起飞,比如草地和泥土地,同时tailgear的设计也比其他各类起落架设计有着重量轻的优点。在当时场地条件和发动机功率的限制下,绝大多数飞机都采用了这种设计。同时可以注意到,在飞机滑跑的时候,tailgear的飞机就已经有了一定的迎角,这对于起飞时候获得更大的CL具有很好的优势。但是tailgear也有三大缺点使得其慢慢在航空发展史中淡出舞台,特别是在人类迎来喷气式时代之后,tailgear也就基本不再被使用了。第一大缺点就是极其容易groundloop。Groundloop通常是指地转,就是飞机在地面失去控制而产生的旋转,后三点在这方面就有很大的优势(见下图来自Roskam的《AIRPLANEDESIGN》)。

    第二大缺点就是tailgear在taxi的过程中下视视野非常差,这个基本是打娘胎里就有的毛病,基本无法克服。第三大缺点就是taxiing过程中的转向显得动力不足。

    当然也不是说tricycle就一定比tailgear在各方面都有优势。Tricycle起落架的重量一般都比较大,同时因为单独的前轮相比较tailgear的两个前轮来说需要吸收更多的着陆能量和机身重量,前轮的结构设计和材料要求就更高,成本也就增加。当然,tricycle的优点也是很明显的,下视视野好,不容易groundloop,同时起飞的难度也小。

2 Fixedvs Retractable Gear

    在影片中的七试舰战为了达到海军要求的速度在起落架前安装了很笨重的导流板

    众所周知,固定的起落架在飞机平飞过程中会产生极大的阻力,在如今飞机的设计中,如果设计cruisespeed超过150Knots(277km/h),那么就会极力推荐使用可回收的起落架也就是retractablelanding gear。飞机的阻力和速度的平方成正比,也就是说在阻力系数一定的情况下,阻力的大小将随着速度的增加而成几何次方增加。这个时候就要减小任何可能产生阻力的部件,当然起落架首当其冲。不妨来看一下一组数据,是一架经典飞机DC9的dragpolar

    Take-off,gear up: CD=0.0387+0.0398CL2

    Take-off,gear down: CD=0.0557+0.0398CL2

    很明显起落架的放下导致了0.017的阻力系数增加。考虑到飞机的起飞速度(约200km/h)和wetarea(97.5平方米),单单起落架在起飞过程中就产生了3300N的阻力,可想而知在速度更大的时候阻力将会有多大。

    考虑到机械的复杂性和retractablegear所带来的额外重量,掘越二郎在七式舰战上采用了type4的前三点式起落架分布配合全挡板的设计,这个导流板的优点在于极大的减小了阻力,根据Roskam提供的数据显示,无导流板的情况下type4的阻力系数是0.52(这里的数据根据的是起落架的wetarea 而不是飞机的wetarea),而安装了全挡板的情况下,阻力系数下降到了0.34,将近35%的阻力减小。但是这样的导流板也增加了整个飞机的重量,设计师需要在其中平衡决定。

    影片中有一段掘越二郎和工友们开研讨会的情节,其中讲到了将在新的飞机中使用retractablegear……【全文点击】