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揭秘钢铁侠中的科学细节:从加速器到等离子武器

www.sinoca.com 2010-05-17 新京报

《钢铁侠2》中的自动机器人，让人联想到航空航天领域的自动化与人工操作之争
　　

《钢铁侠2》中的等离子鞭。
　　

美军正在研制的等离子武器StunStrike设想图

　　某日，加州理工大学的理论物理学家马克・维斯(Mark Wise)受邀来到了Marvel漫画公司的工作室，与《钢铁侠2》的制片人见面。作为该片的科学顾问，他需要为影片的一些场景提供建议。

　　“我不觉得《钢铁侠》电影中的是真实的科学。电影场景必须要拍得好看。但是即使有这些娱乐的限制，里面的科学因素并没有完全违背自然法则。”维斯在接受本报记者邮件采访时说，“我觉得这种态度是很合理的。”《钢铁侠》电影中的不少科技对故事情节的驱动产生至关重要的作用，它们完全可以指向到当今社会中的最热门科学话题，令钢铁侠起死回生的“新元素”来自“后院LHC”；等离子体武器或许会成为主要武器；自动机器人又让人联想到航天领域人工驾驶与自动驾驶的长期议题。

　　1 新元素借加速器之力

　　在《钢铁侠2》中，钢铁侠体内的“小型核电工厂”中的放射性的原料元素“钯”引起了大麻烦，让托尼这一血肉之身深受重金属中毒之苦。“钯”的确有一些毒性，只不过不会出现影片中那样的夸张症状，现实中的钯主要用于牙科用合金以及珠宝生产中。

　　要当超级英雄，又不要继续中毒，唯一的解决方法就是找到能替代钯的新元素。影片中，托尼和他的机器人们，在自家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，托尼将其变成一个稳定的三角状样本元素。

　　在现实中，坐落于瑞士的大名鼎鼎的LHC的确启发了很多成果。“科学家们一直在制造新元素。”马克表示。我们知道，元素周期表并不是固定不变的。1994年时，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，果真不断有新的元素出现。去年，原子数为112的新元素被正式批准入住元素周期表。

　　说起来，制造新元素的方法很简单，你先得精心选择两种元素，其原子数总和要和新元素的原子数相当。然后把它们放进加速器，令电子、质子和其他亚原子粒子以一个非常高的速度加速撞击。其中有些粒子会黏在一起，产生出一个具有新的原子数的新元素。这个过程在影片中只耗时几分钟，但在现实世界里却需要五到十年时间。即使出现了新元素，大部分都非常不稳定，可能只存在几十亿分之一秒的时间便衰变掉了。要做出影片中那样稳定的元素几乎非常之难。

　　想在自家后院造一台大型加速器也是不可能的。“你没法在家中造出LHC。”马克说。此前有新闻说一名少年在家中造出了小型粒子加速器，但马克强调，没有足够的磁场，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3000千米长的加速器需要大约1万到1.5 万户家庭的用电量，即使托尼在影片中能在家中造出加速器来，他也必须和电力公司达成协议。或者干脆自己造个大型发电厂―――按照影片中托尼的财力，这并非不可能。

　　2 自动化人与机器的博弈

　　《钢铁侠2》中的大BOSS拥有无人驾驶的“人性战斗机器人”。而主人公托尼的钢铁侠，则是一个由他自己控制的人性战斗机器人。真人操控对无人驾驶，这样的竞争不仅仅出现在电影中，也出现在现实，特别是航天航空领域中。

　　这在当前航天业中是一大议题，一方面，放弃载人飞机就意味着放弃已经发展了40多年的技术；另一方面，尽管几率相当小，但宇航员安全问题仍然存在很多争议，载人航天意味着更高的安全风险。

　　在民用飞机领域，我们今天的飞机已经发展出了非常先进、可靠的自动飞行控制系统，避免了许多可控撞地事故和空中相撞事故。但是，一些典型的飞行事故也使得针对飞行控制自动化的争议一直存在。比如，过于复杂的设备是否会影响驾驶员的理解和接受能力而影响安全性？另一方面，过度依赖高度自动化的驾驶员是否会产生盲目的安全感或惰性而丧失警觉性？大量案例证明，当遇到特殊的环境变化或不确定因素时，以经验和技术为本的人为作用对于取代失控的电脑是至关重要的。

　　在军用飞机的设计上，到底多少程度的自动化，怎样的自动化，这个问题就更突出了。无人飞机是很多国家最感兴趣的发展方向之一。无人飞机避免了人员伤亡，最大限度地提高了飞机的战斗力，但目前无人飞机的发展，依靠的还是以“自动化”为核心的控制科学，而非人工智能。人工智能还远没跟上驱动无人驾驶飞机发展的步伐。

　　在科幻作品中，无人飞机、无人驾驶机器人、航天自动系统已经成为了不少主角，机器与人的关系也成为大量科幻作品中讨论的科学伦理之一，而在《钢铁侠2》中，反方BOSS制造出来的无人驾驶飞机尽管很强大，但却遭到了致命的一击―――被黑客侵入了，这恐怕是无人飞机所面临的最惨的命运了，而这已经在现实中发生了，此前《华尔街日报》就曾经报道过，在伊拉克战争中，伊军黑客截获了一架“捕食者”号无人飞机的信号，获取了上面的两段视频内容，而伊军黑客所使用的软件普通到可以从互联网上花25美元下载到。

　　3 武器等离子兵器真够酷

　　《钢铁侠2》中的反方大BOSS使用了一种新型武器，差点杀死了英雄托尼。从影片的描述中来看，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切为二。

　　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。在科幻作品中的基本设定中，这样的“等离子鞭”是由钨碳化物与铜线结合制造而成的。这种武器的理论假设是，钨碳化物即使在超高温条件下，也有着很强的磁性，因此当其被加热到约2700℃时，已经变成了超高温等离子体，还能吸附住金属。

　　现实中，确实有很多科学家正在研究等离子体武器。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造电荷。这些武器都被称为“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。

　　这些武器发射出的激光束以光速前行，即使距离目标很远，也能一击中的，重力、风速等因素几乎可以忽略不记，而且其充电也很容易，将会在未来战争中发挥重要作用。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。

　　不过，这一新型武器的问题还很严重，激光束达到每立方厘米一焦耳的能量密度时，等离子体就会瓦解。这种现象被称为“电荷溢出” (Blooming)。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。

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