科幻电影中的物理知识

科幻电影中的物理知识

科幻电影是好莱坞类型电影里的一个分支。它的情节往往包含了各种各样的科学奇想，有依附于现有已知科学定理的，也有关于未来图景的超前假想。和其它类型电影一样，科幻电影是电影工业化的产物，其人物、叙事和主题都有一定的模式，就像批量生产的圣诞节商品，主要目的是满足人的娱乐需求。作为类型电影的缺陷也很明显，大部分科幻电影往往注重视觉奇观而缺少深刻的内涵。当然，其中也不乏一些在美学、思想和历史上有价值的经典作品。

以下，我将例举最近看了一些科幻电影其中有一些新颖的现象，最为科幻影视作品所钟情的物理元素，从中探寻科幻电影和科学尤其是物理学之间的联系。可以用物理学知识在这里分析一下。

科幻影片《橡胶飞车》中，化学家罗宾·威廉姆斯是一位连自己的结婚日都忘了，一味埋头于自己研究的天才科学家。世上自然没有这样的科学家，但是他发明的橡胶球也许是现实中不可能存在的物质。他发明的橡胶弹性非常好，能自己产生能量自动来回弹跳。所以取了个意为"飞来飞去的橡胶"的名字"飞行橡胶(Flying Rubber)" 。科学家们的研究内容常常被用做科幻电影的主要素材。

但是飞行橡胶违反了组成宇宙的最基本的法则"能量守恒定律"。所谓能量守恒定律是指不管什么物质都不能自己生成能量或消灭能量。而是只是转变成了另一种形态。所以拿着橡胶球轻轻地抛出时我们最期望看到的就是橡胶球重新回到原位。这种情况称为"完全弹性冲突"，不转化和摩擦能一样不能重新恢复的能量，下落时从势能转化成动能，上升时再转化成势能。如果橡胶球的势能在空气或地面转化成摩擦能或热能，橡胶球就很难再回到原位。即只能回到比原来较低的高度。所以橡胶球上升到比下落高度更高的地方或随意运动的情况是不可能出现的。实际上如果物质具有这种性质的话就不用担心能量的枯竭了，遗憾的是这种事是绝对不存在的。

然而和影片《橡胶飞车》不同，类似的科学理论或科学技术有时也出现在电影中。基努·李维斯主演的影片《连锁反应(Chain Reaction)》就是如此。这部电影虽然没有引起人们的关注但是对主攻物理学的人提供了相当有意思的看点。

如影片所述，现实中存在释放声波后发光的现象。这种把声波能转化成光能的现象叫做"声致发光(Sonoluminescence)"。翻译成我们的话就是"声音发光"。气缸型液体管内发出声音的话，声波能将会形成出非常小的气团。声波使小气团剧烈地震动，气团就会反复忽小忽大，约有50微米大小。这时液体内几乎没有空气分子，所以气团几乎处于真空状态。相反，液体相对就像具有了很高的压力。这样的压力不均衡再次把气团粉碎成1微米大小的气珠。在粉碎的瞬间气团中瞬间就发出光来。

影片中出现了主人公艾迪做着摩托车挡住冲击波的场面。依靠如此弱的反应就能获得影片中所描述得那么强的能量是不可能的。如果利用氢的同位素重氢也许可能，但结果仍是个未知数。

十分科学式的这部电影中也隐藏着科学上的错误。研究生艾迪结束研究后休息时，敲打电子键盘偶然发现了声波发光现象。通入特定频率时突然发生了声波发光的连锁反应。但是实际上即使电子键盘发出声波也看不到声波发光现象。为了产生声波发光现象必须准确地向液体管内的气团发送声波。所以不可能通过电子键盘从最底部发送声波。更有意思的是诱发声波发光的声波在我们人耳听不到的频率范围内。所以利用电子键盘发送声波的影片设定虽然很浪漫，但是不符

合科学。

即使这样这部影片也没有失去价值。虽然设定中多少有了一些飞跃，完成度也很不够，但是从把科学理论作为影片主要动机这一点上看，作为一个科学家我想给它打高分。如果要把影片拍摄成一部内容是争夺科学家研究出能释放出惊人能量的装置的动作片，那就没必要引入这样的科学设定了。也许是剧本编写者为了使影片更具事实性和感动成份而故意令很多物理学家厌烦。而且导演为了制作符合事实的场面，麻烦了很多研究所和实验室。这种努力比影片更能令人感动。

另一部大家喜爱的电影——《哈利.波特》（Harry Potter），魔幻主题系列电影的主人公也拥有一件神奇的隐形道具——隐形衣。虽然这件隐形衣已经不属于科学范畴了，不过，J.K.罗琳的这种独特的想象在现实生活中却完全有可能实现。

人能看到物体，是因为光照到物体后被反射到人的视网膜上。因此物体的隐身应该属于一个光学问题。实现隐形一般有两条路可走。一种是寻找能够吸收可见光的特殊材料。另一种就是改变物体对光线的折射率，让电磁波“拐弯”，绕过物体。由于天然隐形物质至今未被发现，更多的科学家把目光集中在了后一种方法上。

在2006年6月的《Science》上，苏格兰圣安德鲁大学理论物理学家Leonhardt和伦敦大学帝国学院的Pendry教授分别提出采用超颖材料（Mentamaterial）——一种电磁性质由材料的形状而非化学性质决定的粒子复合材料——来实现隐身。电磁波遇到材料，既无反射，也不成影，而是绕过继续正常向前运动。超颖材料可以使光线改变方向的特质源与其“负折射特性”，由俄国科学家Veselago于1968 年提出：当光波从具有正折射率的材料入射到具有负折射率材料的界面时，光波的折射与常规折射相反，入射波和折射波处在于界面法线方向同一侧。

科幻作品与物理学科的发展也有着明显的相互促进作用。科幻作品提供物理学家无尽的设想，物理学给予科幻实现梦想的可能。科幻作品让物理从一门晦涩的学科变得平易近人，物理学原理把科幻作品点缀得妙趣横生。

《简爱》是一本具有多年历史的文学着作。至今已152年的历史了。它的成功在于它详细的内容，精彩的片段。在译序中，它还详细地介绍了《简爱》的作者一些背景故事。

从中我了解到了作者夏洛蒂．勃郎特的许多事。她出生在一个年经济困顿、多灾多难的家庭；居住在一个远离尘器的穷乡僻壤；生活在革命势头正健，国家由农民向工业国过渡，新兴资产阶级日益壮大的时代，这些都给她的小说创作上打上了可见的烙印。

可惜，上帝似乎毫不吝啬的塑造了这个天才们。有似乎急不可耐伸出了毁灭之手。这些才华横溢的儿女，都无一例外的先于父亲再人生的黄金时间离开了人间。惜乎，勃郎特姐妹！

《简爱》这本小说，主要通过简。爱与罗切斯特之间一波三折的爱情故事，塑造了一个出生低微、生活道路曲折，却始终坚持维护独立人格、追求个性自由、主张人生平等、不向人生低头的坚强女性。

简。爱生存在一个父母双亡，寄人篱下的环境。从小就承受着与同龄人不一样的待遇：姨妈的嫌弃，表姐的蔑视，表哥的侮辱和毒打。。。。。。然而，她并没有绝望，她并没有自我摧毁，并没有在侮辱中沉沦。所带来的种种不幸的一切，相反，换回的却是简。爱的无限信心，却是简。爱的坚强不屈的精神，一种可战胜的内在人格力量。

不幸，在学习生活中，简。爱仍然是承受着肉体上的受罚和心灵上的催残。学校的施主罗可赫斯特不但当着全校师生的面诋毁她，而且把她置于耻辱台上示众。使她在全校师生面前丢尽了脸。但简。爱仍坚强不屈，化悲愤为力量，不但在学习