《阿凡達》背後科學 反物質飛船)

　　反物質飛船

外星之旅

　　《阿凡達》描述：為準備趕赴半人馬座阿爾法星的星際之旅，人類建造了長近1英里(約合1.6公里)的太空飛船，太空飛船使用混合反物質聚合發動機。這些飛船的航行速度大概相當於光速的十分之七，即每小時6.7億英里(約合每小時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六年時間。

　　科學事實：作為一種用於推進的能源，你無法阻止物質和反物質粒子接觸，彼此湮滅。從事先進推進系統研究的美宇航局科學家喬治-施密特(George Schmidt)表示：「這是我們所知最強大的能量反應。」施密特現任美國俄亥俄州研究與技術委員會副主任。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26萬億英里之遙，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，生成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和美國芝加哥費米實驗室的粒子加速器迄今僅僅造出十幾毫微克的反物質，當然，值得一提的是，這些設施不是用來大量生成反物質的。

　　施密特稱，按照現在的標準，每造出1毫微克的反物質，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。施密特說：「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。」不過施密特同時指出，混合反物質聚變發動機不可能產生所需達到光速十分之七的推力。

　　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物理學榮譽教授傑拉爾德-史密斯介紹，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。史密斯教授是總部設在聖達菲的正電子研究(Positronics Research)公司創始人，該公司正在研究反物質的應用。

　　據史密斯介紹，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。即便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飛船減速的問題。施密特說，宇宙飛船在搖擺著穿越半人馬座阿爾法星的重力勢阱時，只能採用某種反向「彈弓效應」(slingshot effect)幫助減速。

　　靈魂出竅體驗

靈魂出竅體驗

　　《阿凡達》描述：在人類首次踏上潘多拉的土地，開始大規模採礦活動以來，三十年間他們同視自然為神聖的納美人的關係越來越緊張。由於人類不能呼吸潘多拉的空氣，雙方之間的關係愈發複雜。為了同納美人搞好關係，「地球人資源開發管理局」提出了「阿凡達計劃」，試圖培育半人類半納美人混種充當友好大使。藉助先進的界面設備，人類可以採用「心靈感應」之術「驅動」化身，令其像納美人一樣體驗潘多拉的環境。由薩姆-沃辛頓(Sam Worthington)飾演的男主角傑克-薩利在雙胞胎兄弟死後，加入了這個計劃。對於傑克來說，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，傑克恢復了行動能力。

　　科學事實：為實現《阿凡達》中所描述的景象，科學家曾實施了大量研究，試圖將生物「濕件」(Wetware，一種模仿生物系統及結構的智能程序)融入機械硬體。對人機界面研究的部分目標事實上就是，賦予像傑克這樣的殘疾人以活動能力。美國杜克大學神經系統學家米格爾-尼古萊利斯(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。」

　　尼古萊利斯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」(neuroprosthethic)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，尼古萊利斯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。尼古萊利斯說：「我們訓練猴子利用腦波活動控制它們自己的『化身』。」

　　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滑鼠。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。尼古萊利斯說：「這種描述太過牽強。」(孝文)

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