《流浪地球2》不夠科幻：這不都是進(jìn)行中的國(guó)家級(jí)課題嘛?。ü奉^）

明敏 Alex 發(fā)自 凹非寺

量子位 | 公眾號(hào) QbitAI

你以為的《流浪地球2》——科幻片；

不，背后全是真科技，有人研究、有人開(kāi)發(fā)的那種。

太空電梯效果震不震撼？只是個(gè)腦洞？

但這其實(shí)是一些物理科學(xué)家的正經(jīng)課題，研究了快20年的那種。

還有日本公司已經(jīng)開(kāi)始開(kāi)發(fā)，計(jì)劃2025年左右于赤道附近的海上開(kāi)工。

電影中出現(xiàn)的外骨骼機(jī)器人，甚至都能拿出來(lái)抽獎(jiǎng)了：

還有推動(dòng)地球的行星發(fā)動(dòng)機(jī)，它依靠重核聚變提供能量。

而現(xiàn)實(shí)世界里，1個(gè)月前人類(lèi)才剛剛實(shí)現(xiàn)了可控核聚變研究的一項(xiàng)新里程碑研究——實(shí)現(xiàn)凈能量增益，讓核聚變產(chǎn)生的能量比注入的還要多。

可能不少人看完《流浪地球2》都會(huì)想：這真的能實(shí)現(xiàn)嗎？

但真實(shí)世界里，很多科技點(diǎn)早就走在路上了。

哪些科技正在現(xiàn)實(shí)中推進(jìn)？

首先來(lái)看視覺(jué)效果燃爆了的太空電梯。

按照設(shè)想，太空電梯將通過(guò)纜繩連接地面和空間站，成為一個(gè)太空運(yùn)輸基礎(chǔ)設(shè)施。

一旦成真，這意味著人類(lèi)往返太空的成本將大大降低，而且還能更方便完成航天探索、清理太空垃圾甚至是太空旅行。

其概念提出可以追溯到1960年。1975年，科學(xué)家就對(duì)太空電梯進(jìn)行了第一次工程分析，結(jié)果證明所需電梯纜繩材料的比強(qiáng)度，是當(dāng)時(shí)任何材料都無(wú)法實(shí)現(xiàn)的。比強(qiáng)度是指材料的強(qiáng)度和密度之比。

按照目前的估計(jì)，太空電梯的纜繩材料的比強(qiáng)度應(yīng)該至少是鋼鐵的50倍。

現(xiàn)如今，有很多學(xué)者在探索這一領(lǐng)域，加拿大瓦尼爾學(xué)院的物理學(xué)家斯蒂芬·科恩（Stephen Cohen）正是其中之一。他表示自己投身太空電梯研究已經(jīng)快20年了。

斯蒂芬對(duì)太空電梯的動(dòng)力學(xué)、纜繩形態(tài)等方面做了理論研究，在他的影響下，還有學(xué)生開(kāi)發(fā)了能模擬太空電梯操作員進(jìn)入太空的軟件。

實(shí)際落地方面，日本大林組公司是代表之一。

他們于2012年正式啟動(dòng)太空電梯項(xiàng)目，擬耗資100億美元，打造一個(gè)纜繩長(zhǎng)約9.6萬(wàn)公里的升降機(jī)，可以穿過(guò)大氣層在地表和太空中運(yùn)送物資和人。

目前他們正在進(jìn)行纜繩材料的試驗(yàn)驗(yàn)證。此前已經(jīng)驗(yàn)證了強(qiáng)度是鋼鐵數(shù)十倍的CNT（碳納米管），長(zhǎng)期置于大氣層中，會(huì)被原子狀態(tài)的氧破壞。

不過(guò)CNT不會(huì)受到輻射影響，而且原子狀態(tài)氧只存在于地表上空約500公里內(nèi)的大氣層中，所以大林組工程師表示，可以在更高處使用CNT。

2021年，他們開(kāi)始嘗試在CNT外面加上金屬和硅進(jìn)行保護(hù)。

按照計(jì)劃，大林組的太空電梯將在2025年左右動(dòng)工，纜繩預(yù)計(jì)在2030年建造。太空電梯將從重力和離心力相互平衡的3.6萬(wàn)公里處開(kāi)始上升，完成纜繩的建設(shè)后，將用大約1年的時(shí)間建設(shè)宇宙空間站，最快在2050年投入運(yùn)行。

利用電能，升降機(jī)將能以200公里時(shí)速移動(dòng)，轎廂總長(zhǎng)度約144米，定員30人。

另一個(gè)科幻片常見(jiàn)元素——宇航員休眠，其實(shí)也是如今醫(yī)學(xué)界重點(diǎn)關(guān)注的領(lǐng)域之一。

代表性事件是馬里蘭大學(xué)醫(yī)學(xué)院已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了讓患者處于“假死”狀態(tài)，延長(zhǎng)人體創(chuàng)傷修復(fù)的窗口期，為手術(shù)搶救最多爭(zhēng)取1小時(shí)時(shí)間。

通過(guò)用冰生理鹽水給人體降溫，研究人員成功將患者體溫控制在了10℃以下，減緩人體新陳代謝的速度，并且在恢復(fù)正常后不對(duì)人體造成明顯影響。

這意味著，通過(guò)低溫我們有機(jī)會(huì)讓人體進(jìn)入“待機(jī)”模式，減少對(duì)能量的需要，同時(shí)為長(zhǎng)途太空旅行創(chuàng)造機(jī)會(huì)。

比如從地球去土星就需要5年左右時(shí)間。這一過(guò)程會(huì)對(duì)人體造成很大危害，比如太空輻射、失重、長(zhǎng)時(shí)間生活在密閉空間等。

歐洲航天局的科學(xué)家Jennifer Ngo-Anh表示，基于動(dòng)物研究，已經(jīng)可以驗(yàn)證冬眠能最大限度減少這些危害。

加拿大公司SpaceWorks Enterprises此前獲得了NASA的資助，嘗試開(kāi)發(fā)一種“合成休眠（synthetic torpor）”的方法，理論上能讓宇航員實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)達(dá)14天的休眠。

而更接近于現(xiàn)實(shí)的，還是被大家稱(chēng)作是電影隱藏主角的MOSS。

其底層技術(shù)量子計(jì)算機(jī)研發(fā)，咱們?nèi)祟?lèi)已經(jīng)完成了第一階段：實(shí)現(xiàn)量子優(yōu)越性。

如IBM、谷歌、微軟等科技巨頭，都在加速推進(jìn)量子計(jì)算研究。

谷歌號(hào)稱(chēng)最早在量子計(jì)算機(jī)“懸鈴木”上實(shí)現(xiàn)了量子優(yōu)越，并在加州圣巴巴拉分校建立了谷歌量子AI實(shí)驗(yàn)室。

IBM目前在全球已經(jīng)擁有20多臺(tái)量子計(jì)算機(jī)。去年11月，IBM號(hào)稱(chēng)造出了迄今全球最大量子計(jì)算機(jī)“魚(yú)鷹”（Osprey），擁有433個(gè)量子比特。

國(guó)內(nèi)，中科院潘建偉團(tuán)隊(duì)是量子計(jì)算的代表。他們先后在量子計(jì)算機(jī)“九章”、“祖沖之號(hào)”上實(shí)現(xiàn)量子優(yōu)越性。

商業(yè)公司中，如阿里巴巴達(dá)摩院量子實(shí)驗(yàn)室，也成功設(shè)計(jì)并制造出兩比特量子芯片，實(shí)現(xiàn)了單比特操控精度99.97%，兩比特iSWAP門(mén)操控精度最高達(dá)99.72%。

相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，到2031年左右，有將近8000億的市場(chǎng)規(guī)模將會(huì)直接與量子計(jì)算相關(guān)，全球70%的企業(yè)想在這方面做一些布局。

以谷歌、霍尼韋爾為代表的積極投入下，量子計(jì)算進(jìn)入到探索如何解決實(shí)際應(yīng)用中高難問(wèn)題的NISQ階段。國(guó)內(nèi)以百度、圖靈量子等機(jī)構(gòu)則正在探索實(shí)際場(chǎng)景中的落地應(yīng)用。

可以說(shuō)量子計(jì)算落地已只差臨門(mén)一腳了。

除此之外，電影中也多次cue到了核聚變。

無(wú)論是炸掉月球，還是行星發(fā)動(dòng)機(jī)，基于的原理都是核聚變。

從當(dāng)下來(lái)看，可控核聚變?nèi)耘f是難以攻克的難題，但是前景十分可觀(guān)。

加上如今人類(lèi)實(shí)現(xiàn)了核聚變凈能量增益，讓聚變反應(yīng)產(chǎn)生的能量，比注入的能量還多，能量增益達(dá)150%，可以說(shuō)是離“人造太陽(yáng)”更近一步了。

由于核聚變的主要燃料是氫的同位素氘和氚，幾乎不產(chǎn)生碳排放，產(chǎn)生的長(zhǎng)效放射性廢料也少得多。從理論上講，一小杯氫燃料就足以給一棟房子供電數(shù)百年。

之前的研究表明，海洋含有數(shù)億噸的氘，如果當(dāng)核聚變發(fā)電成真，僅一升的海水，就能產(chǎn)生相當(dāng)于300升汽油的能量。

而氚雖然本身比較罕見(jiàn)，但能通過(guò)自然界中極為豐富的鋰元素來(lái)反應(yīng)獲得，比較容易操作。

去年1月，被稱(chēng)為中國(guó)“人造太陽(yáng)”的EAST運(yùn)行時(shí)間首次突破4位數(shù)，實(shí)現(xiàn)了1056秒的長(zhǎng)脈沖高參數(shù)等離子體運(yùn)行。

英國(guó)牛津的核聚變技術(shù)First Light Fusion 打造的超高速炮。可以用每秒6.5公里的速度（19倍音速）向燃料靶發(fā)射彈丸，從而引爆核聚變。

這整個(gè)過(guò)程只花了不到4500萬(wàn)英鎊，與傳統(tǒng)的激光和磁性約束裝置相比，成本是它們的千分之一。

與此同時(shí)，可控核聚變商業(yè)化也備受關(guān)注起來(lái)，如騰訊、米哈游等公司都開(kāi)始投資。

最后要說(shuō)的，則是讓人感到有些細(xì)思極恐的數(shù)字生命了。

它將人的意識(shí)植入到機(jī)器中，并依靠超強(qiáng)算力的量子計(jì)算機(jī)，實(shí)現(xiàn)了“永生”。

現(xiàn)在的技術(shù)，已經(jīng)在嘗試將人類(lèi)或動(dòng)物大腦和計(jì)算機(jī)相連，建立一種不依賴(lài)于常規(guī)大腦信息輸出的通路——即腦機(jī)接口。

比如意念打字、缸中之腦等，都多次引發(fā)熱議。

馬斯克也表示已經(jīng)把自己的大腦上傳到云端，還要和虛擬版的自己成為伙伴。而電影里，劉德華飾演的圖恒宇，最后就把丫丫的大腦數(shù)據(jù)上傳到了550W上……

如上幾方面，就是電影中科幻照進(jìn)現(xiàn)實(shí)非常代表性的幾個(gè)方面。

有的已經(jīng)離應(yīng)用落地不遠(yuǎn)，有的還需要多年探索。

制作過(guò)程科技濃度也超高

回歸電影本身的制作過(guò)程，更是一場(chǎng)科技盛宴。

比較為人熟知的是制作組利用AI對(duì)李雪健老師的聲音進(jìn)行修復(fù)。

李雪健今年已經(jīng)68歲，因?yàn)楸茄拾?，聲帶和?tīng)力都受到影響，在預(yù)告里能明顯看出老人家說(shuō)話(huà)很吃力、含糊不清。

但“小破球”制作組解決了這個(gè)問(wèn)題：他們用AI修復(fù)了李雪健的原聲，臺(tái)詞句句清晰且鏗鏘有力；協(xié)助這位老戲骨再度獻(xiàn)上神級(jí)表演。

這也得到了網(wǎng)友們的連連稱(chēng)贊：

此外，AI的應(yīng)用還體現(xiàn)在角色換臉上。

由于電影內(nèi)容貫穿主演幾十年的變化，所以制作組通過(guò)Deepfake給演員換臉，實(shí)現(xiàn)了年齡上的跨越。

導(dǎo)演郭帆和up主@影視颶風(fēng)介紹說(shuō)，人的面部隨著年齡變化，不僅僅是增加了皺紋，骨骼也會(huì)發(fā)生改變，靠化妝加上簡(jiǎn)單的后期暈染，效果可能不夠自然。

在預(yù)算等因素的限制下（不愧是小破球），最終他們啟用了基于Deepfake開(kāi)源算法二次開(kāi)發(fā)的方案，用目標(biāo)演員的海量素材訓(xùn)練AI，來(lái)替換拍攝素材。

最后，AI在不同鏡頭下，幫制作組完成三成到七成的工作；剩下的則靠人工手動(dòng)調(diào)節(jié)完成。據(jù)片方人員介紹，這樣省事省力又省錢(qián)。

這邊用技術(shù)“以假亂真”，另一邊，在很多我們以為是“假”的地方上，制作組用的卻是真家伙。

比如開(kāi)頭提的外骨骼機(jī)器人，就是機(jī)器人科技公司傲鯊智能的產(chǎn)品。

傲鯊智能表示，現(xiàn)實(shí)版外骨骼已在多個(gè)場(chǎng)景中落地，而且全身外骨骼已在小批量生產(chǎn)，后續(xù)將推出民用產(chǎn)品。

而電影中的挖掘機(jī)、起重機(jī)等，是徐工集團(tuán)專(zhuān)門(mén)根據(jù)導(dǎo)演組要求，用自家機(jī)器改裝出來(lái)的。

還有出鏡率超高的各種移動(dòng)機(jī)器人，也都是實(shí)際產(chǎn)品，由優(yōu)艾智合機(jī)器人提供。

除了各方技術(shù)支持外，《流浪地球2》的科學(xué)顧問(wèn)也是天團(tuán)級(jí)別——直接找到中科院的大佬們。

據(jù)悉，這些受邀的科學(xué)家涉及多個(gè)領(lǐng)域，他們分為理論物理、天文、地球科學(xué)、人工智能、基礎(chǔ)材料、航空航天等組別。

比如最近手繪《流浪地球2》科普的中科院計(jì)算技術(shù)研究所研究員王元卓，就是顧問(wèn)之一。

在他們的支持下，影片中數(shù)字生命部分電腦上的代碼、圖恒宇家里墻壁上的公式，都是真的。

以及月球核爆用相控陣來(lái)實(shí)現(xiàn)，據(jù)說(shuō)也是中科院物理所大大們手推公式驗(yàn)證過(guò)的……

就連科學(xué)家們的生活習(xí)慣，制作組都“力求還原”，甚至半夜給顧問(wèn)大佬打電話(huà)：

如果兩個(gè)頂級(jí)科學(xué)家一起坐電梯，他們會(huì)聊點(diǎn)啥？

One More Thing

不得不說(shuō)，三個(gè)小時(shí)的電影，彩蛋盤(pán)點(diǎn)至少得看好幾天。

就連劉慈欣走出影院都得說(shuō)一句：每次都能發(fā)現(xiàn)新細(xì)節(jié)。

電影中的很多科幻元素，取材于大劉的不同作品。

太空電梯是和《三體》原著的聯(lián)動(dòng)；在月球上布設(shè)核彈的情節(jié)《吞食者》中就有出現(xiàn)，不過(guò)在這部作品中月球只是被推走了，沒(méi)有炸掉。

數(shù)字生命的概念聯(lián)動(dòng)，則來(lái)自大劉從未出版的科幻處女作《中國(guó)2185》。

這部小說(shuō)構(gòu)建了一個(gè)2185年的世界，那時(shí)社會(huì)老齡化問(wèn)題嚴(yán)重，老人（100歲+）可以保留電子化的大腦思維生活在數(shù)碼世界里，實(shí)現(xiàn)“永生”。

更耐人尋味的是，這本書(shū)中提及的許多概念，都和當(dāng)下的真實(shí)生活有所對(duì)應(yīng)。

比如萬(wàn)物互聯(lián)——互聯(lián)網(wǎng)/物聯(lián)網(wǎng)；備份記憶——數(shù)據(jù)備份；病毒原理式信息武器——邏輯炸彈；CPU計(jì)算硬件資源的分配與爭(zhēng)奪——算力資源緊張……

如果是現(xiàn)在翻看，恐怕難以辨認(rèn)這到底是科幻作品還是現(xiàn)實(shí)小說(shuō)了。

不過(guò)，也不是沒(méi)有“破綻”——因?yàn)椤吨袊?guó)2185》的世界里，結(jié)婚離婚還要插磁盤(pán)。

但這情有可原，畢竟作品的最后一句話(huà)是：

1989.2.15 于娘子關(guān)。

參考鏈接：
[1]https://theengineerspulse.blogspot.com/p/space-elevator.html
[2]https://voices.vaniercollege.qc.ca/vanier-researcher-profile-stephen-cohen/
[3]https://www.keguanjp.com/kgjp_keji/kgjp_kj_sea/pt20211012000004.html
[4]https://www.cnet.com/science/biology/features/chasing-ghosts-unlocking-the-mysteries-of-human-hibernation/
[5]https://www.163.com/dy/article/HRENDQP505532V1M.html
[6]https://www.bilibili.com/video/BV1x84y1j7Zn/?