《環太平洋》、《極樂世界》....暑期強檔大片背後的科學疑問

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暑假是電影的旺季，許多好萊塢大片都趁此時推出，今年尤以漫畫改編及科幻片為大宗，雖然這些電影本身的目的在娛樂大眾，在科學邏輯上並不那麼完美，但是偶而用科學的眼光來檢視一下，倒也能發現不同的趣味，國外網站便整理了近期上映的暑假大片，從中發掘一些有趣的科學問題。

問題一：一個人可以有多強壯？（超人：鋼鐵英雄）


劇情簡介：
一部具有75年歷史經典漫畫的最新改編電影，超人，一個平凡農夫之子，不但發現了他所擁有的超能力，而且阻止了來自氪星，一心想破壞地球的瘋狂惡棍：索德將軍與其黨羽費歐拉。

答案：

超人也許可以舉起巴士或鑽油平台，但是人類的力氣有相當嚴格的限制，首先是肌肉的本質，人類所能發出的最大力量，取決於我們的肌肉纖維如何運作，多年來，科學家們從不同脊椎動物取下肌肉組織並測試其能力，並從中得到一個經驗法則：每平方公分橫切面的肌肉，可以產生30牛頓的力（約6.75英鎊）。達拉斯南衛理公會大學的應用生理學家 Peter Weyand說「由於進化是一個保守的過程，因此這些肌肉的組成部分基本上相同。」

那麼，為什麼不在身上創造更多的肌肉？在某種程度上，人類已經這樣做了：我們的身體比500年前的人類更加強健。但是，運動分析師Geoffroy Berthelot說，「肌肉的增長是有限度的​​，因為還要取決於骨頭是否有辦法支撐，而每平方英吋的肌腱也有15000磅的拉力限制，Berthelot說，我們可能已經接近人類運動能力的上限了。

肌肉成分也限制了人類的表現。快肌纖維可以比慢肌纖維產生更多的力量。透過訓練，運動員是可能可以改變身體快肌纖維與慢肌纖維的比例，但研究表明，這差異主要還是透過遺傳所決定。

目前有一個方式能夠突破並超越人類力量的限制，就是以人工的方式去設計，一個完全不同的骨骼結構，可以提高某些運動的槓桿作用，例如，根據杜克大學進化人類學家Steven Churchill的研究，男性穴居人，在肘部彎曲時的力量，可能只有今天一般人的三分之一。不過，考慮到超人出身氪星，跟尼安德塔人一樣並非人類，而是具有人形的生物，所以適用於不同的規則。

合理的懷疑：

超人的衣服跟超人一樣一樣堅不可摧，漫畫作家曾解釋過這是因為超人周圍有一個力場，或是氪星紡織品的關係，才讓它如此堅韌，但大多流於空談。製作一件防彈衣的最好方式是用石墨烯這種材料來強化，它不但具有彈性、而且超薄，更比鋼鐵堅硬50倍。

問題二：為什麼要用心靈控制操作機器人？（環太平洋）


劇情簡介：

巨大怪獸從太平洋深處冒出，牠們被稱作Kaijus，人類試圖用巨型戰鬥機器人加以抵抗，而駕駛員是透過神經連結的方式操作這些機器人。

答案：

當然你也可以使用其他靠得住的控制界面，就像是無人機。但大腦控制介面（brain-controlled interface, BCI）酷多了。以原理來說它也更好：任何玩家都知道，大腦信號傳遞到肌肉的速度，有生理上的限制，在跟kaijus作戰時，每毫秒都是關鍵。

大腦控制介面確實存在，科學家們已經嘗試用它們來控制機器人，不過目前它們仍很笨拙，從腦電波去取得清晰的控制信號是相當困難的，這導致錯誤頻繁發生與較緩慢的反應速度。英國埃塞克斯大學的一名生物工程學家Francisco Sepulveda，從事神經介面研究已經20年，他認為「我們在談到BCI時會非常小心，除非是在特定的情況下，否則它不會是一個獨立的解決方案，。」

更好的BCI，可能有一天可以讓四肢癱瘓者走動。但即使BCI可以達到這種能力，但它仍有所侷限，比起BCI，科學家可以更簡單創造出一個控制介面，來回應人們的語音命令或眼球運動，甚至他們根本不需要這種介面，當涉及到飛機或汽車（或2,700噸機器人）時，自動控制系統可能是一個更好的選擇。

但對於那些追求BCI的人來說，環太平洋展示出一個很棒的構想：駕駛員的大腦透過「神經元結合」，以兩人一組的方式來駕駛機器人，Sepulveda的研究小組剛剛完成了一個相同概念的實驗。參加者被分成兩人一組，透過軟體讀取兩個成員的大腦信號，讓他們試著操作飛船模擬器。藉由合併神經信號，BCI可以平均化一些雜音，讓飛行具有更高的準確性，結果證明，兩個大腦的確實比一個要好。

合理的懷疑：

根據劇組釋出的資料，Kaijus的血液是藍色的，這雖然奇怪，但並非前所未聞，像鱟就有著偏藍色的血，因為牠的血液細胞以銅代替鐵來攜帶氧氣，且牠的血液也容易凝結成塊，從中可推測，Kaijus應該具有傷口快速復原的能力。

問題三：我們將會有相位雷射槍這種完美的致命武器嗎？（闇黑無界：星際爭霸戰）


劇情簡介：

這是2009年由J.J. Abrams所導演，星際爭霸戰的續集，倫敦的一樁恐怖爆炸，引發追捕聯邦叛徒的事件，叛徒船艦和企業號更進行了一場高潮迭起的太空戰鬥。

答案：

從1966年以來，Star Trek的相位槍，一直都是好萊塢的道具與星艦迷間習以為常的武器，但這類指向性能量武器，也許很快就會出現在戰場上了，例如，波音公司正在開發一種擁有10千瓦的移動式高能量雷射原形機（HEL MD），藉以抵禦成群入侵的無人駕駛飛機、導彈、迫擊砲彈等。與其一遇到威脅就發射一枚造價百萬元以上的飛彈，還不如直接用雷射來精確地摧毀多個目標，雖然煙霧會減弱雷射光束的強度，但雷射不必計算風速與範圍，可有效抑制損害的狀況。

波音公司也開始測試較小的戰術雷射系統，不過它還是遠大於手槍皮套的尺寸，它可以安裝在海軍艦艇的MK38機槍旁，目標是抵禦無人機群或船隊的小船，或透過低強度的雷射光束，癱瘓並燒毀其感測器（或是敵人的眼球）。

然而更小規模的雷射槍，似乎比較不可行，例如，波音公司在已經在開發攜帶式的2千瓦雷射槍，能夠摧毀不明的目標，不過這武器還沒有小到足以取代值得信賴的突擊步槍，它需要兩名士兵才能搬運。雷射最有用的地方還是在於偷襲性任務，因為它可以遠端遙控發射，而且發出的光線和聲音都是最小的。

手持指向性能量武器的最大挑戰在於能源本身，發射一道100千瓦的雷射可以在四秒內消耗掉兩杯柴油，幾乎可以等於發射飛彈了，發射大規模死亡射線所需要的能量，今天的研究人員只能夢想而已。「我們還差得很遠！」在美國陸軍研究辦公室的材料工程師Suveen Mathaudhu說。「除非我們在核融合技術有重大的突破，才有可能創造出這類武器。」

合理的懷疑：

在片中，史巴克使用一個像超級冰塊的東西，試圖熄滅火山。但是要避免噴發，你需要一次將所有岩漿凝固，丹尼森大學的火山學者Erik Klemetti說，這將需要進行大規模的瞬間冷卻，只要有任何遺漏之處，就會產生大量的蒸汽，而這只會加劇火山的噴發。

問題四：外骨骼將可以飛行嗎？（鋼鐵人3）


劇情簡介：

放蕩的億萬富翁、發明家和超級英雄東尼史塔克，遭遇了一系列攻擊，包括對豪宅的空襲、以奈米技術增強能力的壞蛋，而這些都是由一個自稱滿大人的國際恐怖分子所引起的。

答案：

電影鋼鐵人中，東尼史塔克的裝甲可說是超乎想像的強大，它是一種可穿戴的武器系統，可以輕鬆投擲汽車，也可比擬噴射戰鬥機飛行。在現實中，它是兩種技術的合成：噴射背包和外骨骼，而兩者的發展前景都還不錯。在外骨骼方面，目前已經存在一些作為輔助或康復醫療設備的系統。Argo Medical Technologies公司和Ekso Bionics公司有針對殘疾人士提供機動設備，讓他們穿戴之後，基本上便可以走路，可以替代輪椅。外骨骼的其他應用如美國NASA，研究人員正在努力將其納入太空服。他們已經開發出一個裝置，可以讓太空人在火星上行走很長一段距離，而且花費很少的能量。

與此同時，火箭腰帶（飛行背包的技術術語）的發展處於相對停滯狀態。少數機型已經在過去十年中首次亮相，包括Jet Pack International’s H202 和 TAM’s Rocket Belt，但都沒有達到宣傳效果，它很難在空中停留夠長的時間，在不到一分鐘內就會耗光油箱，而外骨骼額外的重量將會加重此問題。

至於未來的外骨骼，美國NASA工程師Chris Beck說，今日的系統，就如他所開發的X1，將會領導未來超人系統的誕生。「我們不是吹牛，像我們改造的外骨骼，的確可以增強力量，」而且，外骨骼是有可能飛行的，但不是使用前述的飛行背包。曾推出ReWalk的Argo公司執行長Larry Jasinski說「如果你結合超輕型飛機和我們的自動平衡技術的話」，只需將外骨骼嵌入飛行器即可，這可以取代傳統的飛行員座椅和控制桿。「你可以轉左或右，外骨骼組件將會引導你動作。」

合理的懷疑：

鋼鐵人的噴射靴可在水底下正常使用，但它忽略了一個事實，燃燒性質的噴射器在水中無法運作，美國國防高等研究計劃署DARPA曾在2008年尋求潛水飛機的可能性，結果當然是胎死腹中。


問題五：人類可以在永久性的軌道太空站上生活嗎？（極樂世界）


劇情簡介：
西元2154年，最富有的人都住在一個稱為極樂世界的豪華軌道太空站上，一名地球上的男子利用來自上層世界的科技，同時也為了自己，帶領群眾試圖解放地球上的貧困與疾病。

答案：

儘管有壯觀的景色，在太空中生活是很難的。微重力環境下，我們肉體和骨頭質量將會縮減，沒有地球磁層來阻隔宇宙輻射，人類的壽命也會縮短。所以極樂世界的背景設定的第一個問題就是：為什麼地球上最有錢有勢的一群人，要花錢住在會讓自己身體脆弱並發生癌變的軌道太空站。

在這部影片中的答案是，有錢就能治癒一切。極樂世界的醫療技術遠遠超過地球，幾乎所有身體上的疾病，包括癌症，都可透過醫療裝置加以消除。至於低重力環境的危害，其實極樂世界是一個斯坦福環（Stanford-Torus），這個設計是在20世紀70年代首次提出，居民生活在一個巨大的，旋轉的車輪內部，藉由離心力提供相當於地球的重力。

從理論上來說，圓環這種設計是合理的，但它卻不太可能達成，因為這必須拖運數百噸的材料送入預定的太空軌道。NASA人類研究計劃的主持人John B. Charles說，「在月球上建立殖民太空站，會比在太空中建造斯坦福環要容易許多。」另外，生活在地球磁層邊緣所帶來的健康威脅，就目前醫學來說，還是無法更進一步改善，目前太空人在國際太空站的短暫停留，所接收的輻射量，就超過在地球上好幾年之多，而根據Charles的論點，一個比太空站更永久的居住地，會盡可能地去運用現有的資源，像是用廢水來轉移輻射，到最後，我們就必須花很大的功夫來維持太空站的運作，避免它崩壞，到時只希望這軌道太空站的壯麗景觀，是值得的吧！。

合理的懷疑：

麥特戴蒙的電磁軌道步槍則稍微引人側目，它每發產生100,000安培高能量，擁有長距離範圍攻擊的優勢，但它其實比較適合艦載武器，就如美國海軍正在構思的武器一樣，但對於短兵相接，距離在1英哩內的槍戰，其實傳統的子彈比較好用。


[ 本帖最後由 zy1 於 2013-8-11 20:00 編輯 ]

soowong999

感謝大大無私分享辛苦你了。

841013river

精采影音.聲光.可讓觀眾..忽略一些疑問...感謝分享..

x2082

感謝大大的分享

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謝謝大大的 分享~
好像滿精采的~