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荷李活科幻大片《AVATAR》在全球熱映。讓人感受真有人想像力如此卓越,在腦海裏打造了這麼一個瑰麗神秘的世界,儘管人人知道這是虛擬的,可是它的逼真程度、精緻細節、縝密邏輯以及鮮活畫面,都讓人情不自禁代入其中。

《阿凡達》的導演 James Cameron 對科技效果的追求是眾所週知的,但大概沒什麼人知道他與美國 NASA 還有一段故事。儘管Cameron 和 NASA,聽起來好像風馬牛不相及,但他們之間的鴻溝原來也有過跨越的時候。

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James Cameron 曾在美國 NASA 任職,還是美國火星協會」(The Mars Society) 的成員,這一協會成員都具有相當的科技教育背景,並定期輪流為 NASA 高層提供諮詢服務。不過 Cameron 為 NASA 工作的時間很短暫,他強烈建議 NASA 應該儘快「飛往火星」,只是 NASA 身為一個動作遲緩的官僚機構,無法滿足 Cameron「2012 年前火星上至少要有個麥當勞」的瘋狂臆想,所以雙方最後還是各走各路:Cameron 在無所不能的電影世界裏滿足他開拓 Pandora 星球的夢想,而 NASA 繼續為重返月球做著繁瑣而龐大的風險計算工作...........不過,我們亦不難發現,在具有科技背景的 Cameron 打造下的《阿凡達》,當中描繪 22 世紀未來宇宙開拓畫面,展現的各種令人難以置信的技術,原來在我們身處的 21 世紀初已有雛形顯現。《阿凡達》不單只是一部電影,它其實是人類未來科技的一面鏡子。

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美國著名科普雜誌《大眾科學》(Popular Science) 刊登出其主要撰稿人 John Mahaney 的《阿凡達》觀後感,Mahaney 在這篇《這部未來電影說的都是真事》裏驚嘆:難道 James Cameron 也喜歡看《大眾科學》嗎?《阿凡達》中包括地球人開拓宇宙、「海軍陸戰隊」動用機械戰甲圍剿外星土著 Na'vi 人、男主角 Jake Sully 用意識控制他的「第二肉身」Avatar 等情節在Mahaney 看來都太眼熟了,完全可以在《大眾科學》報導過的國際尖端科技發展動態中找到一一對應的影子。「好的科幻故事要建立在現實世界的科技創新基礎上。」Mahaney 如是說。

無獨有偶,另一著名行內權威科學雜誌《大眾機械》(Popular Mechanics Magazine) 也指出,《阿凡達》將不少現今仍處於概念但理論上可行、或是初期產品問世階段的先鋒科技成型結果展現在了人們面前。影片中最令人驚嘆的,莫過於 Na'vi 人使用自己的「辮子」當 USB,與 Pandora 星球上其他動植物相互溝通的能力———在科學家眼裏,這簡直是一種渾然天成發展到極致的生物科技機制。

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正如電影中煙不離手的女科學家 Augustinus 教授所指,Pandora 星球就像一個巨大的網路,生物與生物之間傳送資訊的速度甚至已經超過了人類大腦的神經反應速度。被 Na'vi 人奉為聖物的『靈魂樹』(Tree of Souls) 猶如一個龐大的硬盤,一方面儲藏了千萬年來 Na'vi 人祖先留下的記憶與意識,另一方面允許現存 Na'vi 人用他們的「大辮子」『下載』(Jake 在女主角 Neytiri 的教導下第一次聽到靈魂樹裏的聲音) 和『上傳』(Jake 在決戰前夜向 Na'vi 人的『聖母』Eywa 祈求幫助) 自己的意識與想法。

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人類軍團動用鋼鐵工具摧毀 Pandora 星球的舉動與灰暗色調,與 Pandora 星球的瑰麗生態環境形成鮮明對比。《大眾科學》指出,導演 James Cameron 顯然是想傳達警示:當人類發展並過度依賴工業科技的同時,是否擯棄了自己作為大自然恩賜產物的優勢?如果科技的推進過程更多元化一些,生物科技和工業科技齊頭並進的話,Pandora 星球令人讚嘆的生物科技機制能否也成為人類未來畫卷中的一幕?值得一提的是,Pandora 星球上自然進化出的夜光植物,已在人類的實驗室裏誕生。

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還是那句老話,無論是經濟發展還是科技發展,都要以可持續發展為基調,人類的未來才有可能在地球上享受與 Pandora 星球一樣的美妙生態,而不是大老遠跑去打宇宙侵略戰,然後灰溜溜滾回資源殆盡的地球自生自滅!

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(A) 被送往太空的美國海軍陸戰隊

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影情節:2154年,美國殘疾軍人 Jake Sully 從低溫「冬眠」環境中甦醒,抵達跨星際開礦集團已經駐紮的 Pandora 星球,「美國海軍陸戰隊」(United States Marine Corps, USMC) 在此成為集團僱傭兵。其實對於 James Cameron 來說這並非什麼新概念,早在 1986 年執導的《異形續集》(ALIENS) 裡,已經有「美國海軍陸戰隊」被派往外太空執行任務的情節。

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真實科學:2006 年底至 2007 年初,包括《大眾科學》(Popular Science) 在內的許多科普科技雜誌都報道了美國軍方的最新動態:研製新一代「亞軌道飛行器」(Sub-orbital Spaceflight),目的是「跨越」他國「領空範圍」(距離地面 80 公里以內),以便避開繁瑣的跨國境申請程式,在兩小時內將全副武裝的「海軍陸戰隊」士兵從美國本土投送至全球任何地點,非常適合前往那些局勢不穩定的國家執行解救人質的任務。

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該計劃的主要提出者和推動者是「美國海軍陸戰隊」退役中校 Roosevelt La Fontaine。他目前任職於 Schafer 公司———一家專門從事軍事技術研究的企業,與「美海軍陸戰隊」保持著合作關係。

該項目名為《用於進行空間運輸和投送的小型裝置》,簡稱 Sustain。Sustain 的原理是利用衝壓噴氣發動機將飛行器提升至 30 公里以上的空域後,再使用火箭發動機將飛行器以拋物線軌跡「拋」至距離地面 1.1 萬公里的高空,然後飛行器將自行在幾乎任何平坦的地面上著陸。Sustain 的批量生產時間接近 2030 年。

 

(B) 裝甲機械步兵

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電影情節:Jake Sully 剛推著輪椅走進 Pandora 星球人類駐地 Hell Gate 的機場,就有一個「大傢夥」從他旁邊啪嗒啪嗒走過———這個大傢夥叫--AMP.....為了工作、戰鬥和穿越 Pandora 雨林地區,人類穿上了「增強機動平台」服 (Amplified Mobility Platform, AMP)。這些裝甲外骨骼戰爭機器與《The Matrix Revolutions 》中的「裝甲人員裝置」和 Cameron 執導的《異形2》(ALIENS) 中「強力裝卸器」存在很大相似之處,只不過前者的駕駛艙是密封的。

AMP 被操縱人員「穿」在身上 (具體穿著過程可見電影中的大反派--Colonel Miles Quaritch 找 Jake 談話那一幕),操作人員手臂和胳膊的活動會傳遞給 AMP 服的外部肢體,得到「增強」。操作人員擺動手臂,擺幅雖只有幾英寸,但 AMP 服相應的金屬臂卻可揮動周長 10 英尺 (約 3 米) 的圓弧。

《異形續集》及 The Matrix Revolutions 內出現的 AMP

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《阿凡達》飛行器設計師 TyRuben Ellingson 在宣傳片中說:『超級液壓裝置的力量十分強大,以致 AMP 服可以碾碎建築物,功能就像坦克一樣。』AMP 服會讓操作人員變身「大力神」,對於太空海軍陸戰隊員來說,手提龐大的 30 毫米自動大砲參加戰鬥,就如一個人扛步槍般輕鬆。「斯坦溫斯頓工作室」(Stan Winston Studio) 設計總監 John Rosengrant 對 AMP 服特點做了更為形象的描述,稱它就是『有胳膊的「阿帕奇武裝直升機」。』

真實科學:幾十年來,美國軍方一直在開發有動力裝置的外骨骼服,可以讓士兵攜帶重型裝備參加行動,幫助實施救援任務、工程作業、受傷康復。自 2000 年以來,美國「國防部高級研究計劃局」(Defense Advanced Research Projects Agency, DARPA) 根據「增強人類性能的外骨骼」項目,資助了各種各樣的研究,包括對「雷神薩柯斯」(Sarcos) 研究團隊的支持。他們開發的機器名為『XOS』,重 150 磅 (約 70 公斤),可以帶在人的手臂、胳膊和背部。

這套鋁製機器人裝置的水力學原理可以讓使用者數百次舉起 200 磅(約 90 公斤) 的重物也絲毫不覺得累,而且用起來非常便捷,使用者仍能自如爬樓梯或踢足球。不過 XOS 的一個重要缺陷是需要獨立驅動。現時 XOS 仍需要一個外部電源。「麻省理工學院」(Massachusetts Institute of Technology)、「加州大學伯克利分校」(University of California, Berkeley ) 和「本田汽車」(HONDA) 等機構和企業的研究小組正在開發適於下肢使用的類似機器。

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與此同時,日本 Cyberdyne Inc. 研究人員發明了 Iron Man 式的人體外骨骼,輔助實施物理治療,稱為『機器人服混合輔助肢』(Robot Suit HAL)。美國「納蒂克陸軍士兵系統研究中心」(Natick Army Laboratories) 與工程中心士兵機動和任務增強小組負責人 David Audit 說:『像《阿凡達》這樣的電影足以讓我們去思考各種可能性。』這個小組在 XOS 裝置的研發中起著重要作用。Audit 說,雖然 AMP 服在「電影中讓人無所不能」,但實際上此類裝置將承擔繁重的後勤工作,不過,從另一部科幻片《District 9》也拿 AMP 說故事的情況看,人們似乎已經認定這種裝置將成為未來軍事標配。是『不經太多改動就能作出大規模攻擊功能性平台的典型例證。』

 

(C) 第二地球:半人馬座阿爾法星

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電影情節:《阿凡達》開篇描述:《半人馬座阿爾法星A》(Alpha Centauri A)---一個與太陽非常相似的恒星) 發出的白黃色光芒照亮了巨大的氣態行星 Polyphemus 及其炎熱的衛星 Pandora。在這個鬱鬱蔥蔥的世界,大型猛獸在叢林中徜徉,如翼龍一般的動物在空中翱翔。名為 Na'vi 的藍皮膚類人族在那裏繁衍生息,深諳與自然和睦相處之道。

真實科學:《半人馬座阿爾法星 A》不是 James Cameron 隨便胡編亂造的,它是組成《半人馬座阿爾法星 A》的三顆恒星之一。《半人馬座阿爾法星 A》距地球 4.37 光年,是除太陽外距離我們最近的恒星。如此親近也為揭示係外行星能否是我們鄰居的大量研究工作注入了靈感。2009 年 1 月,「耶魯大學」(Yale University) 天文學家 Barbara Fischer 領導的一個研究小組利用設在智利「托洛洛山美洲天文臺」(Cerro Tololo Inter-American Observatory, CTIO) 的 1.5 米孔徑望遠鏡,展開了對《半人馬座阿爾法星 A》將長達五年的研究。Barbara 表示,此類恒星系中存在品質接近於地球的行星的「可能性非常大」。

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Barbara 的團隊正在尋找由外部世界引力拖拽對恆星光線波長產生的有節奏的變化。這種「搖擺方法」已經排除了《半人馬座阿爾法星 A》的恆星周圍存在木星或土星大小的系外行星 (如《阿凡達》中的 Polyphemus) 的可能性。Barbara 表示,『質量接近地球的行星具有此類恆星系的可能性非常大。我們對單個恆星周圍行星形成的原因知之甚少,更何況是像《半人馬座阿爾法星 A》這樣由三顆恆星構成的星了。所以,我們在這個領域的知識幾乎是一片空白。』

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半人馬座阿爾法星

位於《半人馬座阿爾法星 A》中心地帶的兩顆恆星通常被稱為『Cen A』和『Cen B』,它們的軌道力學表明有行星可能隱藏於周圍。 『Cen A』和『Cen B』彼此間的引力接近於11個天文單位(天文單位指的是地球與太陽之間的平均距離),而在搖擺之後相隔36個天文單位。第三顆恆星,即名為半人馬座比鄰星的紅矮星,以相當大的距離繞這兩顆恆星旋轉,由於過於模糊,Barbara的團隊不能對其進行研究,但它也可能具有小質量行星。據Barbara介紹,鑑於這種結構,相隔2個天文單位形成的系外行星的軌道穩定性會遭到另一顆恆星的破壞,最終脫離這個星系。

幸運的是,如果生命紮根於半人馬座阿爾法星系,遭受這種命運的可能性微乎其微。所謂的「可居住區」(即一個不冷也不熱的軌道區域,水在行星或衛星表面是液態的)距離『Cen A』和『Cen B』這兩顆恆星更近。前者質量比太陽稍大,具有大約1.2個天文單位的可居住區;後者質量約為太陽的90%,具有大約0.75個天文單位的可居住區。

這兩顆恆星的化學特徵與太陽很相像,所以,令生命在地球上形成的相同元素應該也存在於『Cen A』和『Cen B』。眼下,科學家仍然不確定半人馬座阿爾法星系是否在對生命友好的區域內存在更小、類似地球一樣的世界,Barbara認為這個答案不久便將揭開。她說:「到2012年前,我們將會揭開這個謎團。」與此同時,日內瓦大學(Université de Genève-UNIGE)著名行星科學家Michel Meyer領導的一項研究和英國坎特伯雷大學(Canterbury Christ Church University)提出的新倡議可能會更早破解這個謎團。

 

(D) 反物質太空船

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電影情節:《阿凡達》描述:為準備趕赴《半人馬座阿爾法星》(Alpha Centauri A) 的星際之旅,人類建造了長近 1 英里 (約 1.6 公里) 的太空船,太空船使用混合『反物質』(Antimatter) 聚合發動機。這些太空船的航行速度大概相當於光速的 7/10,即每小時 6.7 億英里 (約每小時 11 億公里),然而,即便是照此速度航行,趕赴距離地球最近的星球也需要大約 6 年時間。

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真實科學:作為一種用於推進的能源,你無法阻止「物質」(Matter) 和「反物質」粒子接觸,彼此產生『湮滅作用』(Annihilation)。從事先進推進系統研究的 NASA 科學家 Georges Smit 表示:『這是我們所知最強大的能量反應。』Smit 現任美國「俄亥俄州研究與技術委員會」(ORTC) 副主任。「物質」與『反物質』湮滅釋放的能量可以直接用作推進劑,從火箭後部的噴嘴中噴射出來,或者『反物質』可以在其他物質中誘發裂變 (原子分裂) 或聚變反應 (原子合併),生成數量少但卻強大的推力。

然而,地球距《半人馬座阿爾法星》有 26 萬億英哩之遙,獲取這種星際之旅所需要的足夠「反物質」以及長期保存這種揮發性燃料,一方面耗資巨大,另一方面技術難度大。首先,製造「反物質」就不是一項輕鬆的工作:瑞士日內瓦歐洲核子研究中心」(The European Organization for Nuclear Research, CERN) 和美國芝加哥「費米實驗室」(Fermi National Accelerator Laboratory, FNAL) 的粒子加速器迄今僅僅造出十幾毫微克的「反物質」,當然,這些設施不是用來大量生產「反物質」的。

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Smit 稱,按照現在的標準,每造出 1 毫微克 (一克的 10 億分之 1) 的「反物質」,投入高達 600 億美元,雖然造價數十億美元的專門設施能以每毫微克 600 萬美元的成本製造「反粒子」(Antiparticle)。Smit 說:『令我高興的是,《阿凡達》電影製作者提出以混合核進程作為能量來源。相比純粹的反物質火箭,這種概念需要的『反物質』數量更少。」不過 Smit 同時指出,混合反物質聚變發動機不可能產生所需達到光速 7/10 的推力。

「反物質」儲存是另一個嚴峻挑戰。電磁場通過令「反物質」遠離所謂「彭寧離子阱」(Penning trap) 的內壁,可以在裡面儲存反物質。據美國「賓夕法尼亞州立大學」(The Pennsylvania State University) 物理學榮譽教授 Gerald Smith 介紹,這一過程僅持續幾個月時間,隨後「反物質」會與「彭寧離子阱等候區的迷失物質粒子相接觸,無法產生完美的沒有物質的真空。Smith 教授是總部設在「聖達菲」(Santa Fe) 的「正電子研究公司」(Positronics Research) 創始人,該公司正在研究「反物質」的應用。

據 Smith 介紹,在從地球往返《半人馬座阿爾法星》的為期數年的星際旅行中,如果有效載荷數量相當大,則總共需要數千噸「反物質」,這顯然會是一個嚴重障礙。即使上述問題全都得到解決,那麼在前往《半人馬座阿爾法星》時還會面臨如何令宇宙船減速的問題。Smith 說,宇宙船在搖擺著穿越《半人馬座阿爾法星》的重力陷阱時,只能採用某種反向『彈弓效應』幫助減速,不過一切還是理論上可行,實際上仍言之尚早。

 

(E)『轉移意識』技術驅動「化身

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電影情節:在人類首次踏上 Pandora 的土地,開始大規模採礦活動以來,30 年間他們同視自然為神聖的 Na'vi 人的關係越來越緊張。由於人類不能直接呼吸 Pandora 的空氣,雙方之間的關係愈發複雜。為了同 Na'vi 人搞好關係,『地球資源開發聯盟』(Resource Development Alliance) 提出了『阿凡達計劃』,試圖培育半人類半 Na'vi 人混種充當友好大使。借助先進的界面設備,人類可以採用『轉移意識』技術驅動「化身」,令其像 Na'vi 人一樣體驗 Pandora 的環境。由 Sam Worthington 飾演的男主角 Jake Sully 在雙胞胎兄弟死後,加入了這個計劃。對於 Jake 來說,這個悲劇性事件的確給了他一絲安慰:由於在戰爭中受傷,他只能依靠輪椅行動,而現在,通過他的化身,Jake 恢復了行動能力。

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真實科學:為實現《阿凡達》中所描述的景象,科學家曾作了大量研究,試圖將生物『濕件』(Wetware),一種模仿生物系統及結構的智能程序融入機械硬件。對人機界面研究的部分目標事實上就是,賦予像 Jake 這樣的殘疾人以活動能力。美國「杜克大學」(Duke University) 神經系統學家 Miguel Nicolelis 說:『《阿凡達》影片中展現的內容與我們當前正在實施的實驗有著驚人相似之處。』

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Nicolelis 是一個多國科學家參與的研究計劃『重新行走項目』(Walk Again Project) 的首席科學家,該項目正在開發外骨骼『神經假體』(Neuroprosthetic) 設備,這套裝置可以披在癱瘓者的身體上,從大腦接收指令。去年,Nicolelis 及其同事展現了迄今此類技術中最強有力的證明。

在位於「北卡羅來納州」(North Carolina) 的實驗室,研究人員訓練一隻獼猴在跑步機上直立行走。接著,他們從插在獼猴腦部的電極獲取神經信號,通過互聯網將這些信號連同視頻一起發給日本的實驗室。在這個實驗室,一個機器人可以隨獼猴做出同樣的動作。Nicolelis 說:『我們訓練猴子利用腦波活動控制它們自己的「化身」。』

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另一項研究使得靈長類動物可以去遙控移動機械臂,而在人類身上,則是利用植入的電極幫助生成人工發音,利用大腦思維移動電腦鼠標。其他的一些研究涉及通過遭受重傷的脊髓佩戴的機器界面,改變神經細胞路線,以便讓尚有功能的人體肌肉重新與大腦建立聯繫。在《阿凡達》中,人類可以將意識或感覺準確無誤且完整地傳遞到另一具身體上,但就目前的技術水平,這一幕在現實生活中尚不能實現。

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