漫威世界的科学幻想

曹玲

《复仇者联盟2 ：奥创纪元》中美国队长概念图

漫威世界里人类出生的超级英雄有两类，一类英雄一般具有人所不具备的特殊能力，比如拥有一身发达肌肉和魁梧身材的绿巨人，各种体能参数达到人类极限的美国队长，攀岩走壁的蜘蛛侠，或者具有近乎不死生命力的金刚狼;还有一类英雄肉体仍是一般人，他们通过装备来强化自己，典型的角色是拥有坚硬铠甲的钢铁侠。

这两类英雄中，前者一般通过基因改造而来，后者一般通过制造超级武器而成名。他们获得超能力的方式通常是天马行空、异想天开，似乎和科学没有关系，但事实上漫威世界里那些令人眼花缭乱的高科技并非全都凭空杜撰，很多都能在现实世界里找到相对应的技术。

电影《美国队长》剧照（2011）。参加制造超级士兵实验之前的史蒂夫·罗杰斯矮小、瘦弱，有着一长串健康问题

《超级英雄物理学》一书的作者、物理学家詹姆斯·卡卡里奥斯（James Kakalios）写道：“如今，我凭借物理学博士的知识优势阅读那些经典和当代的超级英雄漫画时，在其中发现了许多正确的描述和应用物理概念的例子。当然，运用超级力量本身就直接违背了已知的物理学定律，必须有意识地暂时忘记那些物理定律才说得通，这一点几乎是没有例外的。”

事实上，好莱坞大部分带有科学色彩的电影都得不到科学家的认可。科学家眼中口碑较好的电影有根据美国天文学家卡尔·萨根小说改编的《接触》、物理学家基普·索恩担任科学顾问的《星际穿越》以及生物学家亚当·萨默斯指导的《海底总动员》，而这几部电影的科学家阵容令普通电影望尘莫及。

科学界更多的例子是对电影大加指责，批评它们不科学，有的科学家专门写书指出科幻电影中的各种科学错误。对此，《钢铁侠》的科学顾问、加州理工大学的理论物理学家马克·怀斯（Mark Wise）表示了宽容：“最好的电影传达的是思想，形式并不是那么重要。”

“科学家在选择研究方向的时候通常不会咨询漫画书，但是‘如果或者‘如果那样的话将发生的精神理念影响着最好的科学研究者和漫画冒险主义者。毫无疑问的是，漫画书和科幻小说参与了一些科学发现，因为一些尖端的科学研究就是以超级英雄们的冒险活动为踏板的。”卡卡里奥斯写道。

中国科幻作家刘慈欣在接受采访时曾称，他最惊喜的读者反馈是：《三体》吸引了很多在航空航天部门工作的读者，他们在《三体》的评论中交流中国航天事业未来的走向，讨论怎样提高航天的公共关注度，他们是刘慈欣最想要的一群读者。“当年美国航空航天局的航天工程师就受到过亚瑟·克拉克小说的影响，假使我的小说能够对中国航天事业有一丁点影响，那我会觉得特别欣慰。”有了这样的理解，我们就不必对电影里的科学吹毛求疵。与其挑刺，不如宽容地来看看里面有哪些“靠谱”的高科技。

改造基因

斯坦福生物学家塞巴斯蒂安·艾尔瓦拉多（Sebastian Alvarado）研究了超级英雄的起源，发现这些人物角色转换的关键之处可能会涉及一些前沿的基因编辑技术。

左：电影《蜘蛛侠2》剧照（2004）右：爱德华·诺顿出演绿巨人的电影《无敌浩克》剧照（2008）

他首先研究了“美国队长”，发现特定的基因能够增强肌肉，改善身体循环系统。“我们现在能够控制某些基因的开关，制造诸如美国队长这样的超级英雄听起来不那么牵强附会。”艾尔瓦拉多说。

美国队长的故事发生在太平洋战争爆发前的1941年。美国总统罗斯福批准了代号为“重生”的超级士兵改造计划，由从纳粹德国逃至美国的莱茵斯坦博士（Josef Reinstein）组织实施（上世纪40年代《美国队长》第一期漫画中，博士的名字叫作莱茵斯坦，后来改名叫亚拉伯罕·艾斯金（Abraham Erskine））。

“重生”原本是纳粹秘密进行了三年之久的人体改造计划，凭借超级士兵血清，任何具有生理缺陷的人都能成为英雄。“重生”计划的目的，是打造一支超人军队，从而减少美国军人牺牲的情况，原本并非是一次“造神运动”。

矮小、瘦弱，有着一长串健康问题的史蒂夫·罗杰斯拼命争取入伍抗击纳粹，但是屡次被拒，最后遇到艾斯金博士邀请他参加这个制造超级士兵的实验。报国无门的罗杰斯在得到这一机会之后，毫不犹豫地加入了这一实验。他被注射了超级血清以及大量的维生素到肌肉里，然后在一个指定的装置中接受Vita射线的照射。

实验结果是完美的，他的身体潜能被全面激发，孱弱的罗杰斯变成了体格健壮、意志坚强的超级战士。他的肌肉力量达到了人类潜能的最高峰，上肢力量可以卧推544公斤、推举363公斤，下肢力量在没有助跑的情况下，瞬间可跳跃高度超过3米、长度超过6米的距离。他可以轻易打开手铐、挣脱铁链，一脚踹开铁门和墙壁，甚至可以举起绿巨人。他跑起来的平均速度是48公里/小时，当面对威胁和紧急状况时，速度可以提升至78公里/小时。由于超级血清的作用，美国队长的身体不会产生造成肌肉疲劳的乳酸等化学物质，但由于肌糖原分解等原因，他最终还是会疲劳，但耐力和肺活量要远远高于一般人。他可以在达到身体极限的水平下维持一个小时的运动，而不会产生疲劳感。艾斯金将其形容为：人类进化的下一步。

电影《美国队长》中，改造士兵的第一次实验刚刚成功时，艾斯金博士被潜伏的特务杀害，制造超级血清的技术就此失传，罗杰斯成为同盟国阵营中唯一的超级士兵。

70多年过去了，科学家依然没有研究出一个真正的超级士兵血清配方。事实上，真正的血清指的是含有多种蛋白质、激素和生长因子等物质的混合物，最常见的如培养肿瘤细胞时使用的胎牛血清，它可以促进细胞分裂、生长，保持细胞的活力，但并不能显著改变细胞的形态与功能。

而美国队长注射的超级士兵血清显然并不属于此列，它与Vita射线共同改造了罗杰斯的身体，使之发生了永久性的基因突变。原版漫画中曾说明：美国队长的肉体会自动分泌超人士兵血清。这意味着超级血清给美国队长带来的并不仅仅是瞬时的蛋白表达变化，而是基因层面的永久性改变，他的基因已经被改变了。

目前，科学家已经确定能够增强肌肉质量、改善血液携带氧气量的特定基因。他们也已经开发出工具选择性地激活和抑制单个基因，就像打开或者关上开关。“我们有很多基因编辑的工具比如锌指核酶，或者CRISPR/Cas9系统。理论上可以让你找出并打开基因，让你的肌肉强健，头脑敏捷，速度难以置信，耐力无敌。”艾尔瓦拉多说。

制药公司可以把这些工具和特定指令装进胶囊，注射入人体。当特定波长的光或者Vita射线照射目标部位，就会触发DNA指令完成它们的任务。这些药物传输胶囊只在遭受特定波长的光照射时，才会释放内容物。几个现有的系统包括紫外线，只需向胶囊注入诸如肌肉生长指令，然后到罗杰斯主要的肌肉群，并给它紫外线照射就可能获得超级肌肉。

虽然目前的技术还不能造就美国队长，现实中科学家已经掌握一些影响肌肉生长的办法。比如肌肉抑制素（Myostatin）是一种减缓肌肉生长的蛋白质，如果将其阻断就可以长出更多的肌肉，没有肌肉抑制素基因的小鼠能生长出额外50%的肌肉。2004年，科学家发现一个携带有突变型肌肉抑制素基因的德国家族，很多成员均具有强大的肌肉能力，其中一位5岁男孩两条2号染色体上的肌肉抑制素基因全部缺失，他的肌肉组织是正常孩子的两倍，而且非常强壮，这样的现象在蹒跚学步时就已显现。他的母亲曾是一名短跑运动员，她的一条染色体上存在肌肉抑制素缺失。目前有多家研究机构正在研究这种基因，试图将其应用于肌肉萎缩等疾病的治疗及职业运动领域。

除了美国队长，蜘蛛侠也存在基因突变。主人公彼得·帕克在现实生活中非常不起眼，是个没自信的弱者。他被一只变异蜘蛛蛰咬后昏迷，发了一夜高烧，之后获得了蜘蛛般感知危险来临的第六感，并且变得敏锐、迅捷，身体里透出无穷的力量。他的视力奇迹般地恢复到了最佳状态，再也不需要戴眼镜了。漫画的解释说，一段进入彼得身体的蜘蛛的DNA片段替换了他自己的DNA片段，并导致整个基因组发生改变，获得了蜘蛛的超能力。

反派蜥蜴教授也是这样获得非凡能力的。蜘蛛侠的父亲曾在奥斯本公司的基因实验室里工作，在那里科学家进行尖端研究，试着将人类DNA与其他动物结合在一起，以改良培育出超级杂交生物。科特·康纳斯（Curt Connors）教授在越南战争中被炸掉一只胳膊，为了使自己断臂再生，他致力于研究如何将蜥蜴再生尾巴的基因特性转移在人类身上。他追求完美基因，不满意于“干细胞移植”的答案，而对男主角给出的“跨物种基因移植”情有独钟。

终于有一天，康纳斯成功地开发出了一种由爬虫类DNA萃取出的血浆，迫不及待地用一只断脚的兔子当实验动物，结果非常成功，兔子迅速长出了一只脚。康纳斯顿时失去身为科学家的冷静和理性，毫不犹豫地把一管血浆打入自己的体内。结果，他的右手的确长回来了，但是他变成了一个有着爬行类外表的人，而且思维也越来越像爬行类。

回到斯坦利撰写这个故事的1962年，那时人们认为蜘蛛侠被咬后，他的DNA，也就是脱氧核糖核酸被改变。这真的会发生吗？美国俄克拉何马医学研究基金会的科特尼·格里芬（Courtney Griffin）说：“简单地回答这是不可能的。不过长篇大论起来，这也是可能的，需要很多的运气，被咬很多次。”

格里芬研究遗传学，以及对血管生成的影响。她还研究打开或者关闭一些基因功能的酶和这些开关行为可能会导致哪些疾病。辐射可以改变DNA，但它能否让任何人都爬上墙壁，感知危险？答案是否定的。一方面，一个细胞内的DNA突变，并不意味着在其他细胞DNA的相同位点发生突变。“辐射变异是随机的，可能会影响2万个基因中的任何一个，所以你可能不会获得超级能量而会得癌症。突变是不可预测的，改变DNA可能会打开或者关闭某个对你身体功能非常重要的基因，这一切取决于何时何地发生突变。在这种情况下，需要被蜘蛛咬很多次，使得每个细胞都以完全相同的方式变异。”

爬墙只是蜘蛛侠超能力的一种。格里芬认为，想要获得超级力量也需要每一块肌肉都被咬很多次;而获得蜘蛛的感觉，则需要蜘蛛从内部咬你的脑袋。

这一切听起来太不可能实现了，但这并不意味着DNA不能被改变。研究人员正在寻找治疗遗传性疾病的方案，包括被称为基因疗法的过程。基因疗法只应该用于DNA需要修改的身体部位，比如帕金森病等疾病的问题起源于大脑，科学家希望有朝一日能够瞄准特定区域改变DNA，治疗帕金森病。

更远一点来看，蜥蜴教授希望实现的跨物种基因移植实际上就是转基因。目前，与人类相关的基因改造基本在各国都是明令禁止的。

艾尔瓦拉多提到的CRISPR/Cas9就是一种强大基因编辑技术，可以对生物的DNA序列进行修剪、切断、替换或添加。今年4月22日，英国“自然”网站报道了中山大学基因功能研究人员黄军就利用无法存活的胚胎，通过CRISPR/Cas9技术改造了β-地中海贫血基因，这种基因会导致一种潜在致命血液疾病。这样的研究让人不禁质疑科学狂人会否用此技术对生殖细胞的基因进行改造，以生出更漂亮、更聪明、更健壮的宝宝，并由此掀起了广泛的讨论。

蜘蛛侠的故事里也进行了类似的讨论，在电影《超凡蜘蛛侠2》一开始，彼得·帕克问康纳斯：“外来基因会占人体多少百分比，会有什么副作用？”当时尚未变异的教授表示“不知道”。确实，基因改造的结果不得而知。没有一个基因是只具有单一功能的，一旦移植入人体，有可能造成灾难性后果，这也是格里芬所担心的。

除此之外，漫威世界中的绿巨人浩克也是基因变异的产物。医生布鲁斯·班纳在一场实验事故中受到大量高强度的伽马射线的照射，但意外的是他非但没有死亡或者受伤，反而具备了超能力。在他情绪激动的时候，就会变成一个绿色的大块头，具有钢铁一般坚韧的皮肤和犹如天神下凡一般的力量，他被称为绿巨人。

射线能让一个人一生气就变成绿巨人吗？艾尔瓦拉多考虑了伽马射线对DNA的影响，虽然身体可以在接受少量的辐射后自我修复，但大量的辐射会破坏DNA的双螺旋结构，允许新的指令写进DNA，充当激活或抑制DNA的开关，这些开关可能成为布鲁斯·班纳生气时变成绿巨人的开关。艾尔瓦拉多还认为，绿巨人是绿色的原因在于淤青。当布鲁斯·班纳变成绿巨人时，将会产生难以想象的创伤，他绿色的皮肤就是因为整个身体的瘀伤所致。当你擦伤时，受伤处的红血球死去，表面携带氧气的血红蛋白破裂。血红蛋白的代谢产物中有一种被称为胆绿素，使血液呈现绿色，所以创伤的边缘会变得青绿。艾尔瓦拉多推测，或许绿巨人的血液充满了绿色的浩克球蛋白，比血红蛋白能携带更多的氧气输送到肌肉，赋予他力量和耐力。

至于《神奇四侠》中的四位主角也是一样，被爆发的宇宙射线辐射而获得各种不同的超能力。从科学角度看，这几种情况都是非自然条件下诱发的基因突变，一些物理、化学和生物因素都可以诱发基因突变，并且提高突变频率。

在基因改造的研究上，美国人从来就不缺想法。曾有消息说，美国国防部高级研究计划署似乎想把“美国队长”这种看似天方夜谭的电影情节搬到现实中来，军方科学家试图对士兵的能量代谢、负重、睡眠相关基因进行改造。改造后，士兵体内的脂肪将有可能更高效地转化为能量，对食物的需求更少;负重能力得到增强，有利于携带更多的作战装备;生物钟得到调节，睡眠时间减少，清醒时间更长。也就是说，通过基因改造，打造出“不吃、不累、不睡”的超级士兵。或许，等到基因技术发展到一定程度，这样的超级士兵真的会出现。

装备助力

《钢铁侠》系列电影一直以小罗伯特·唐尼扮演的托尼·史塔克为主要看点，这位集富二代、军火商、花花公子、天才科学家、超级英雄为一身的神奇人物获得了诸多人的喜爱，而电影的另一大卖点则是史塔克一身高科技装甲和各种让人惊叹的高科技装备。

钢铁侠战衣最大的难点之一就是能源问题，在电影中史塔克研发出了超小型“方舟反应堆”为战衣提供能源支持。从漫威的官网来看，方舟反应堆的技术根源可能是托卡马克（Tokmak），即“全超导托卡马克核聚变实验装置”，又称环磁机。这是“冷战”时代中由苏联率先开发的实验性聚变反应堆，和“方舟反应堆”一样，托卡马克也能提供非常强大的电能。这两个反应堆外观很像，都是圆环形状的真空室，外面缠绕着线圈。在通电的时候托卡马克的内部会产生巨大的螺旋形磁场，将其中的等离子体加热到很高的温度，以达到核聚变的目的。

电影《钢铁侠3》工作照（2013）

不过，托卡马克要比电影中的反应堆大很多，依然处在试验阶段。目前，世界上的核电厂使用的都是核裂变技术，核聚变比核裂变更为强大。如今人们虽有能力控制核聚变，但其环境要求极其苛刻，至今还没有办法更好地利用起来。

在《钢铁侠2》中，钢铁侠体内的小型反应堆中的放射性原料钯引起了大麻烦，让史塔克这一血肉之身深受重金属中毒之苦。钯的确有一些毒性，不过没有电影中那样夸张。为了解决问题，需要找到能替代钯的新元素。影片中，史塔克和他的机器人在工作室中搭建起了一个类似大型强子对撞机（LHC）的小型加速器。启动开关后，两道光束撞击产生高速运动的粒子，史塔克将其变成一个稳定的三角状样本元素。

在现实中，坐落于瑞士和法国交界处的LHC已经产生了很多成果。元素周期表也不是固定不变的，1994年元素周期表中只有106个成员，科学家认为还有很多元素尚未发现或制造出来，有可能会以稳定的形式存在。如今新的元素不断出现，目前已经有119种。

想在自家后院造一台大型加速器基本不可能，它有30个足球场大，还需要足够大的磁场，否则不可能造出像LHC或影片中那样发光的粒子束。同样，加速器的用电也是一个大问题，一个3000公里长的加速器需要大约1万到1.5万户家庭的用电量，即使塔史克在影片中能造出加速器来，他也必须和电力公司达成协议。

有了能源，钢铁战衣才能发挥作用。钢铁战衣一应俱全，能发射各种武器，还能飞行。钢铁战甲真正令人惊叹的部分或许该是整体结构，可以保证在任何条件下都能即刻将史塔克严密装备起来，同时辅助他完成各种超越人类极限的动作，最后还要能承受各种苛刻条件，比如高温、严寒、冲击、辐射下的外部考验。

在人体科学和物理工程学上，这类装备一般被称为外骨骼系统，国外军用和民用两方面都一直在对其进行研究。美国国防部高级研究计划署从2000年起就投资5000万美元为地面部队开发外骨骼套装，为了让士兵获得更多的辅助，帮助他们轻松越野、举起重物成为超级士兵。在民用方面，目前主要是用来考虑将其应用到伤残人士的恢复行走上。

《复仇者联盟2 ：奥创纪元》剧照

2012年底美国海豹六队在阿富汗东部解救一名美国医生人质时，一名特种兵遭枪杀。此事件直接导致了美军特种作战司令部于2013年启动新的外骨骼研究计划——战术突击轻型操作服（Tactical Assault Light Operator Suit，简称TALOS）。TALOS项目由56家公司、18家政府机构、13所大学和10个国家实验室共同参与，其中包括给《钢铁侠》设计战甲的特效模型生产商Legacy Effects、小型科技公司以及雷神（Sarcos / Raytheon）、洛克希德·马丁（Ekso/Lockheed Martin）和通用动力（General Dynamics）等国防军工企业。TALOS计划于2018年产品上市，目前累计耗资已经超过1000万美元。TALOS项目的研究目标已经接近电影《钢铁侠》中的设定场景：不仅具备防弹、助力、夜视、增强现实的能力，还能监测生命体征、自动喷药等。

与电影里史塔克在山洞里用废旧导弹外壳打造出钢铁战甲不同，外骨骼系统的研究牵扯到诸多科学领域，材料力学、仿生学、人体工学等诸多环节都影响它本身的进展。部分科学家认为，在现有的计算机系统取得新一轮革命前不可能对其进行突破。

《钢铁侠》中还有很多新式武器，反方大BOSS使用一种武器差点杀死史塔克。据《钢铁侠》的科学顾问马克·维斯介绍，从影片描述中来看这是一种基于等离子体“鞭”的兵器。通过充电，它可以呈现出闪电般的战斗效果，会将哪怕赛车这样的坚固物品一分为二。

所谓“等离子体”，是物质的一种存在形态，是由部分电子被剥夺后的原子及原子被电离后产生的正负电子组成的离子化气体状物质。高温等离子体只有在温度足够高时才会出现。等离子体武器，就是超高频电磁能束或激光束在大气中聚焦，形成高电离化空气云——等离子团。飞行物如飞机、导弹或流星等，一进入这种等离子体，导弹的弹头、飞机以及卫星等等，产生旋转力矩，都会偏离飞行轨道，在巨大的超重影响下销毁。这种超重现象是由飞行物表面巨大的压差和飞行物的惯性造成的。整个拦截过程仅需0.1秒时间。这种武器经常出现在科幻电影、小说、游戏或动画中。

现实中，确实有很多科学家正在研究等离子体武器，这种武器是可能出现在未来的。比如美国军方就在开发一种名叫StunStrike的武器，就会像闪电一样燃起火球，通过一束等离子体制8造电荷。这些武器被称为“定向能武器”，即沿着一定方向发射与传播高能射束攻击目标。因为这些武器完全是由光电或微波制成，没有任何化学物质或推进器，因此射击精度会大大提高。目前，这类武器中研究得比较透彻的是激光束和高功率微波武器。有些国家已经有激光致盲武器投入使用，它们利用能量较低的激光束致使人眼暂时或永久失明，或破坏敌人武器中的光电传感器。美军在海湾战争中还首次使用了实验性的高功率微波弹头。

目前，这一新型武器的问题还很严重。当激光束达到每立方厘米1焦耳的能量密度时，等离子体就会瓦解。此外，雨雪、沙尘、烟雾等环境因素的影响也很大，会将等离子体吸收或驱散。高能消耗也是一大难题，如果钢铁侠要想从手掌中击出“冲击射线”，他必须得有个非常强大的发电机才行。假如我们已经有了一个常温核聚变的小型方舟反应堆，那么解决这些问题就不在话下。

漫威世界里的高科技实在是太多了。《钢铁侠》里还有3D信息交互技术、3D打印技术、虚拟现实技术、脑机接口技术、人工智能技术等等;《美国队长》里有坚不可摧的盾牌，反派红骷髅驾驶的轰炸机;《复仇者联盟》里有霸气无比的空天航母……这些高科技有很多种都可以在现实中找到原型，虽然这些原型看起来比较低端，远远谈不上酷炫。