PopSci 电影科学奖

奥斯卡颁奖典礼即将到来，今年我们有三部电影获得了多个奥斯卡奖项的提名，每部都符合我们自己的流行科学电影科学奖的提名条件。这些杰出的提名者包括 2008 年的大片《蝙蝠侠：黑暗骑士》、 《钢铁侠》和《机器人总动员》。这些电影都笼罩在超级英雄/科幻风格和/或计算机图形的包装之下，为我们这些有此倾向的人提供了一个讨论和分析好莱坞科学的跳板。

记住，孩子们，这只是为了好玩。我们来这里不是为了冒犯那些反复提醒我“这只是一部@&*#* 电影！”的人。我们保证不会鲁莽地挑剔一些明显的幻想——我的意思是批评电脑动画《机器人总动员》的物理原理是很愚蠢的——所以我们的计划是评估这些电影如何作为教育工具。提出了哪些相关的科学思想？这些思想的呈现方式有多有趣？是否有特别生动或准确的描述一些基本的科学原理？我们的三位提名者展示了好莱坞的哪些标准歪曲事实？

首先介绍一下奖项：

1）好莱坞大制作动作大片中体现的最有趣的科学理念。
2）最精确的物理学。
3）最（令人惊讶地）具有教育意义。
4）最佳男配角。

现在让我们总结一下每部电影的突出特点，然后再评选出我们最有希望的提名者。准备好了吗？开始吧。开始吧！

黑暗骑士

在谈论科学之前，我们先把这个说出来。最佳男配角奖颁给……希斯·莱杰。已故的莱杰先生以令人难以置信的细致入微、原创性、引人入胜的细节和娱乐性的表演抢走了整部电影的风头。他的表演当之无愧地获得了奥斯卡最佳男配角奖。

就科学而言，我们在本网站上一篇颇具争议的文章中讨论过一些动作片段，其中我们应用了一些“电影物理学”分析。总体结论是，这些场景是典型的高能量动作/超级英雄类型，并展示了好莱坞特有的延伸不真实感。

然而，与通常的做法不同的是，影片在拍摄中使用了真正的蝙蝠车原型。这些原型专为高性能而设计，并用于许多特技表演，而不是使用计算机图形技术进行模拟。

此外，虽然指出《黑暗骑士》中有一些大型爆炸场面有些轻描淡写，但令人耳目一新的是这些爆炸场面并不是每次汽车相撞时都会发生（并不是说整部电影中没有大量的汽车相撞场面）。

汽车爆炸已经成为好莱坞一个相当愚蠢的陈词滥调。看看《碟中谍》系列电影或詹姆斯邦德系列电影。几乎每次汽车撞车或被子弹击中后都会爆炸。一段时间后，它变得相当令人恼火。汽车真的爆炸有多难？嗯，真的很难。需要在非常小的范围内达到特定比例的汽油蒸气和液体——以及火花。如果你认为一颗子弹射入油箱就能爆炸，那就看看《流言终结者》 。无论如何，至少祝贺《黑暗骑士》在这方面有所克制。

可以说，电影情节中最有趣的科学应用涉及手机技术的使用。虽然使用这些类似雷达的成像设备（它们就是用来绘制刘先生办公楼内部的地图）会遇到一些严重的技术困难，但通过拦截手机传输和远程激活手机麦克风（即使手机关机）进行窃听是可能的，事实上，联邦调查局已经将其用于监视目的。

第二页：钢铁侠

钢铁侠

钢铁侠拥有许多完全虚构但非常酷的高科技小玩意，这让这部影片充满了趣味。小罗伯特·唐尼饰演的托尼·斯塔克有着他特有的讽刺幽默，虽然我们对现在标准的情节转折并不那么印象深刻——“真正糟糕的不是普通的恐怖分子，而是（天哪！）邪恶的跨国公司（谁会想到会这样！？）”，但总体而言，这是一首相当有趣的小曲子。

但钢铁侠真正关心的是能量（当然还有那套花哨的战衣）——他是如何产生能量的？我们想知道“弧形反应堆”技术。托尼本人告诉我们，他的原始战衣每秒可产生 3 千兆焦耳的能量。这相当不错，而且有趣的是，这与典型的核电站在核裂变反应中产生的能量相当。我们可以想象他的战衣中一定有某种核反应堆，尽管他使用的燃料尚不清楚，希望他的反应堆有相当好的屏蔽，否则他所有的朋友都会得癌症。

他确实提到，在阿富汗的洞穴中建造原型装甲时，他需要收集 1.6 克钯。钯有一些（合成）放射性形式，但它们能“进行裂变”吗？铀会好得多。除非……托尼能完善“冷聚变”吗！？在十多年前的一个完全无法重复的实验中，当重水（氢原子属于氘类）被放置在钯电极之间时，核聚变被认为是在室温下发生的（所谓的冷聚变）。

也许托尼那里有一个冷聚变反应堆。你明白了吗？这是科学怪人和其他人讨论的话题。

托尼的反应堆还使用少量能量为植入心脏的电磁铁供电。据说这可以防止弹片进入。这是一个有趣的想法。但是，除非我们忽略了什么，否则电磁铁可能会将弹片吸入而不是将其挡在外面。电磁铁会在弹片中引起磁极化，使其与磁场方向一致并将其吸入，就像磁铁吸引最初未极化的回形针一样。

还有一些值得思考的事情：

这是牛顿第三定律的一个很好的例子。他们似乎用老式的火箭推进器取代了漫画书中的“排斥”射线。当你将燃料从宇航服中推出时，它会对宇航服施加一个相等、相反的力，将其推向相反的方向。也许反应堆提供了足够的能量来完成这项工作。然而，有一个令人不安的问题：为了产生足够的推进力来像电影中的钢铁侠那样长途跋涉，你必须从火箭中挤出大量物质。要做到这一点，现实中需要飞机大小的燃料箱。这会改变他的宇航服的外观。

可能还需要对钢铁侠的战衣进行另一项改动。有好几次，我们都看到托尼成为动作片中常见的“急停”现象的受害者。注意他以高速撞向地面和其他各种物体的次数。在快速减速过程中，他感受到的力量有多大？记住，托尼·斯塔克没有超能力。那些撞击应该是致命的。为了降低加速度，你需要增加撞击时间。人们误以为战衣可以保护他。但其实不然，除非战衣里装满了大型气囊，那样的话，钢铁侠应该看起来更像米其林轮胎人，而不是我们熟知和喜爱的那个时髦流线型的超级英雄。

下一页： Wall-E和获胜者！

机器人总动员

最后，我们来看看今年令人意外的物理电影《机器人总动员》。在这部小巧可爱的影片中，一个机器人被留在地球上七百年，清理覆盖地球的人造垃圾堆。人类离开地球，登上一艘星际游轮，等待着重新定居地球的那一刻。虽然这是一部动画片，你可能会想“这到底有什么意义？”但实际上，影片中有两三件事非常适合科学讨论。

当一艘探测飞船来到地球寻找生命迹象时，瓦力爱上了漂亮但脾气暴躁的小探测机器人伊娃，于是搭便车进入了太空。在令人难忘的机器人浪漫场景中，瓦力不仅用灭火器与伊娃跳了一段太空漫步舞，还向我们完美地演示了牛顿的三大运动定律。我可没开玩笑。这个场景的美妙之处在于，物理学基本准确无误。当瓦力启动灭火器时，他会加速（第二定律）朝排气方向（第三定律）相反的方向移动，一旦他关闭灭火器，他就会继续以恒定速度移动（第一定律）。如果你观察这个场景，你可以清楚地看到他在灭火器爆炸时速度在变化，而在灭火器不爆炸时他的运动速度在恒定速度下。真的很棒。细节令人惊讶。

人类世世代代都在太空巡洋舰的微重力环境中生活。他们的肌肉萎缩，骨密度降低到必须坐在小型自动躺椅上才能行走的地步。他们也变得非常胖。从在空间站上呆了数周或数月的宇航员的经历中我们知道，肌肉和骨骼萎缩是一个非常现实的问题。（不幸的是，电影中有很多场景与飞船上微重力的概念不一致——但嘿，这只是一部动画片！）

最后但同样重要的一点是， 《机器人总动员》为我们提供了一个绝佳的机会来制定一些有趣且相关的数量级估计（也称为费米问题，以热衷于此类估计的著名物理学家恩里科费米命名）。

问题是这样的：瓦力需要清理覆盖大都市的垃圾，并将其堆成（摩天大楼大小的）垃圾堆。他能够将垃圾压缩成四平方英尺的立方体。他需要 3 到 4 秒钟来收集和压缩每个立方体。假设整个城市有 5 英尺深的垃圾，他需要多长时间才能将垃圾堆成堆？这能在人类重返地球之前的 700 年内完成吗？自己尝试一下，看看你会得到什么。这很有趣。能够对问题有一个大致的了解——能够做出合理的假设并得出适当的估计——对于科学家来说是一项极其宝贵的技能，而这类问题是磨练这种技能的好方法。

因此，经过这段相当冗长的介绍，我们只好将剩余的奖项颁发给当前的提名人了。

对于“最有趣的科学理念等”，让我们将奖项颁给《黑暗骑士》 ，因为它大胆使用了手机监控。如果续集不好，我们可以随时撤回它。

“最令人惊喜的教育意义”奖颁给了《机器人总动员》。尽管《钢铁侠》引发了很多关于核能、核聚变、电磁学等有趣的衍生讨论，但《机器人总动员》毕竟是一部动画片。我们不得不为此给予它一些赞誉。

最后，在经过深思熟虑和犹豫之后，最终“最精确物理学”奖颁给了…… 《2001：太空漫游》。嘿，我们为什么总是对 60 年代的某部电影念念不忘呢？难道现在还不是时候吗？好吧，它仍然在精确的电影科学领域处于领先地位——至少到明年为止。在那之前，阳台是关闭的！

亚当·韦纳 (Adam Weiner) 是《别在家尝试！好莱坞电影中的物理学》一书的作者。