电影中的科与幻

今年大年初一，根据刘慈欣小说改编的同名电影《流浪地球》在全国上映。电影一经播出便以“硬科幻”的特点收获大量好评。

硬科幻作品的核心思想是对科学精神的尊重和推崇。在手法上，硬科幻以追求科学（可能）的细节或准确为特性，着眼于自然科学和技术的发展。与之对应的软科幻作品中的科学技术和定律的重要性则被降低。

在《流浪地球》这部电影中，哪些说法具有较强的科学基础？哪些说法还只是幻想？

引力弹弓效应

依照影片中描述的“流浪地球”计划，人类为地球安装了上万座巨大的重元素聚变发动机，它们被称作行星发动机，用于推动地球逃离年迈的太阳，飞往最近的恒星——比邻星。

但地球是个庞然大物，平均半径6 371千米，质量超过59万亿亿吨。要让它飞往比邻星需要脱离太阳引力，只靠人造的发动机还不够，于是电影里让它借助木星的引力弹弓效应。

木星体积大约是地球的1 300倍，当地球靠近木星时，会被其强大的引力吸引，从而加快行进速度。由于木星也是绕太阳公转，在天体的互相影响中，最后地球会被木星像抛球一般抛出去，从而达到脱离太阳系所需的速度。这就是引力弹弓效应。

引力弹弓效应不是新发现，苏联在1959年发射“月球3号”探测器时就利用了该效应。科研人员经过精确计算后利用天体的引力弹弓效应，可以在不消耗航天器自身能量的情况下改变航天器的速度和前进方向，帮助航天器抵达目标。

洛希极限

影片中，地球由于接近洛希极限，导致行星发动机发生故障，地球即将解体坠入木星，人类面临灭顶之灾。

洛希极限是天文学中一个特殊的距离，如果一个天体与另一个天体离得太近，后者的潮汐力可以将前者撕碎。这个距离的极限值是由法国天文学家洛希首先计算出的，因此被称为洛希极限。

虽然地球与木星之间的洛希极限是可计算的，但真正要让地球离木星如此近，还只能是幻想。

重元素聚变发动机

科幻小说中经常会提到解决能源问题的终极手段——聚变。在电影《流浪地球》中，为了推动地球离开太阳系，人类在地球上建造了上万座高耸入云的重元素聚变发动机，单个发动机通过重元素聚变能产生150万亿吨的推力。

目前人类已经实现的聚变是氢弹，它利用氢同位素聚变释放能量，具有巨大的威力。但氢弹的能量是爆炸式释放，人类还不能实现可控核聚变，即让聚变产生的能量平稳输出，一些相关装置还处于试验阶段。

电影中，行星发动机的燃料不是氢，而是石头。这并不是说把石头烧成石灰，而是让石头中的重元素发生聚变，从而释放巨大的能量，推动地球飞出太阳系。这当然只是电影的想象，不过，所谓重元素聚变并不是空想。在宇宙深处有不少恒星“巨无霸”，其内部就在进行重元素聚变。

在未来，人类如果能够掌握从重元素聚变中稳定获取能量的技术，或许就能彻底解决能源问题。

《疯狂的外星人》改编自刘慈欣的《乡村教师》，讲述了主角耿浩和一心想发大财的好兄弟大飞与“天外来客”外星人之间发生的让人啼笑皆非的故事。其中让人印象深刻的科幻元素主要有外星人头环和基因球。

外星人头环

电影中可以让外星人呼风唤雨的头环依赖于一种名为脑机接口的技术。这种技术的神奇之处在于可以不用动作和语言，就能实现大脑与机器之间的直接交互。现实生活中的脑机接口技术已崭露头角。

据中国科学院半导体研究所研究员王毅军介绍，脑机接口是让大脑和机器直接沟通的一种系统，简单来说，它能通过直接提取大脑神经信号来控制外部设备。

脑机接口技术可分为侵入式和非侵入式两大类。

在大脑中植入电极或芯片属于侵入式的脑机接口。人的大脑中有上千亿个神经元，通过植入电极，可以精准地监测单个神经元的放电活动。这种方式的缺点是会对大脑造成一定损伤。

头戴式的脑电帽属于非侵入式的脑机接口，它主要是利用脑电帽上的电极从头皮上采集脑电信号。这种方式可以在头皮上监测群体神经元的放电活动，缺点是不够精准。

基因球

影片中，外星人与地球人通过交换基因球的方式建立外交关系。地球人口含基因球，使其在口腔里打转，15分钟后就可以获取人类的基因。如此神奇的基因球真的存在吗？

华大智造测序仪产品经理汪婧婧表示，电影中的基因球兼具样本的采集和存储功能，虽然现实中一模一样的产品还不存在，但它作为一种虚拟的采样方式，其实与我们现在常用的“口腔拭子”有很多相似之处。

口腔拭子采集器目前在基因样本采集中已有一定规模的应用。“人的唾液中含有口腔上皮细胞和白细胞，这些细胞的细胞核内含有遗传物质（基因组DNA）。因此，通过采集唾液样本可以获取人类基因。

采集的原始样本会经过一系列人工或自动化实验操作完成核酸提取和测序文库制备，最终进入测序仪进行测序。

《阿丽塔：战斗天使》改编自日本漫画《铳梦》，故事发生在未来的26世纪，医生依德在城市的废墟中捡到一个机械少女的头颅，将她带回家，为其赋予全新的躯壳，并取名为阿丽塔。拥有善良本性和格斗精神的阿丽塔面对邪恶势力和不公正的秩序，独自踏上征途，展开了一段探寻身世之谜的史诗级冒险。

该片之所以备受瞩目，原因之一是这是詹姆斯·卡梅隆继《阿凡达》之后另一部科幻巨制，而这之间相隔了十年。

表演捕捉

阿丽塔原本由真人扮演，但为了突出她机械少女的身份，电影将动作捕捉与CG技术（Computer Graphics，利用计算机技术进行视觉设计和生产）结合并升级成了“表演捕捉”技术，将真人演员的表演无损转化为电影中的CG形象。

具体来说，就是人物不再由设计师通过大数据测算做出，而是真实地带入演员的表演、注入演员的情感。

不同于传统的“动作捕捉”，“表演捕捉”不仅要捕捉演员的肢体动作，连最细微的面部表情也不能放过。演员需要穿上特制的“表演捕捉”服装，脸上也得做好标记。现场有几十台摄像机多角度同时拍摄，然后由工作人员将这些捕捉到的数据和制作好的人物骨骼、皮肤等融合，形成角色的CG模型。

难度极高

高要求带来了难以想象的难度。比如，阿丽塔的半机械化身体是由电影视觉特效人员设计的7 000多个独立部件组成，而她的脸部的制作難度也相当大。

在打造阿丽塔这张脸的过程中，工作人员首先对真人演员罗莎·萨拉扎尔进行了一次脸部扫描，在此基础上构建一个模型，做出脸部人偶。拍摄时，为了把演员在表演过程中最细微的面部表情全部记录下来，制作团队在罗莎·萨拉扎尔的头上安装了一对摄像头，以求能捕捉她每个表情的幅度和深度。

除此之外，为了最大程度地达到真人般的脸部视觉效果，阿丽塔的每一个脸部毛孔里都被植入了绒毛，总计近50万根。

这并不是最难的，在阿丽塔脸上，眼睛和嘴是制作中最重要的两个部位。尤其是那双超大的眼睛，堪称极致还原。

片中在镜头靠近阿丽塔眼睛时，观众能清晰地看见虹膜的形状、纹路和里面的毛细血管，这是因为制作团队在类似的近景镜头中没有使用传统的动态贴图制作，而是首次完整地创建了包括虹膜等在内的整个眼球结构。

另一个重要部位——嘴部的塑造也尝试了176次之多。仅阿丽塔吃橙子的镜头就花费一年时间拍摄了2 000多个版本，通过不断的完善使得她在做这个动作时牵动的身体其他部分的反应，比如额头的皱纹、身体的收紧都显得无比自然。