机械战甲、外星猿人、恐龙机器人——今年夏天的重磅大片充斥着听起来颇具科学性的概念。但它们背后真的有科学依据吗？在观看电影的同时，不妨一边享用爆米花，一边思考这些问题。
数字特效：炮轰外星人的外骨骼
在《明日边缘》中，外骨骼在人类与外星入侵者的殊死搏斗中扮演着至关重要的角色。人们很容易认为这些未来科技是数字幻象，是根据演员的动作映射出来的，但它们实际上是精心制作的道具。模型师 Pierre Bohanna 制作的每套战甲都由 350 到 400 个独立部件组成，组成了可以完全活动的装置。其材料包括普通尼龙、高级铝材以及专为电影研发的轻质聚合物。Bohanna 说：“这不是一件戏服，而是一台机器。”
不幸的是，战甲由人类驱动，而非反之。演员们必须穿着战甲冲锋陷阵，承受额外的 72 到 132 磅重量。“这些东西非常辛苦，所有演员和特技演员都得在里面进行体能训练，”Bohanna 说。汤姆·克鲁斯额头的汗水？那也是真的。
先进、智能的外星文明会和我们长得一样吗？
答案：好莱坞对人形外星人的钟爱并非神秘莫测。给演员加上假肢和颜料比制作（或动画）各种奇形怪状的非人角色要容易得多。但如果我们借鉴自身进化论的经验来推测其他世界，那么电影制作人的想象或许并非完全离谱。
根据加州州立大学圣贝纳迪诺分校的生物学家、曾为《银河护卫队》提供咨询的 Stuart Sumida 的说法，一个能够掌握太空旅行的外星文明，其智慧一定非常发达，需要拥有一个巨大的大脑。“如果你有一个大脑袋，就需要有方法来保护它，”Sumida 说。这意味着需要有头骨，这就排除了像蠕虫、蛞蝓和其他潜在无脊椎动物等整个分类群。而且，由于外骨骼在体型增大时会变得难以支撑，在低重力环境下很容易垮塌，因此昆虫类外星人也可以被合理排除。再加上需要操控工具的能力，我们的地外生命就可能开始变得相当熟悉了。
但即便拥有突出的脑部、骨骼和灵巧的附肢，我们也没有理由认为遥远星球的物种会和我们略有不同。“我们有四肢是个进化的偶然，”SETI研究所（位于加州山景城）的资深天文学家 Seth Shostak 说。“我们星球上大多数生物有六条腿。”自然选择可能催生出生理结构更高效的外星人：例如，人类的双腿站立能够方便地抱着婴儿和移动时拿取工具，而外星人可能会用四条或更多条腿来获得更大的速度和稳定性。它们可能有更多的手臂来操作工具，或者采用贴近地面的姿势来躲避捕食者，或者具有我们熟悉的科幻电影中的伍基族、克林贡人等近人形生物所不具备的各种特征。
灵感来自《银河护卫队》
剧情：一群罪犯在从一个妄图统治银河系的邪恶外星人那里偷走一个神秘的圆球后，成为了意想不到的英雄。虽然这部充满冒险的科幻片是漫威电影宇宙（包括《复仇者联盟》）的一部分，但其大多数宏大叙事的角色并非超级人类，而是人形外星人。
科幻初登场：H.G. 威尔斯的 1901 年小说《月球上的第一个人》中，描绘了矮小、形似昆虫的月球人，他们穿着衣服，使用工具，并且不喜欢地球人的到访。
数字特效：超逼真猿猴
七月中旬的新奥尔良不是黑猩猩的乐园。《猩球崛起2：黎明之战》的拍摄现场，蚊虫肆虐，闷热难耐，堪称一项工程奇迹。这是一个三层高的栖息地，交错的树干，隐藏的房间和通道，以及一条流淌的渡槽，使得地面变成了积水和泥泞的沼泽。电影制作人称之为“猿猴村”，它看起来确实像智慧超群、占统治地位的猿猴可能会建造出来的东西。直到你注意到结构上点缀着几十个动作捕捉摄像头，以及那些穿着灰色全身服、在无情的阳光和潮湿空气中煎熬的人们。他们是你能想象到的最湿漉漉、最痛苦的假黑猩猩。
然后，他们开始移动了。其中两个穿着灰色套装的人，没有任何安全带或垫子，攀爬着栖息地的墙壁。他们像受过训练的杂技演员一样在场景元素之间跳跃，事实上他们也确实如此。虽然《猩球崛起》（2011 年上映）依赖于特技演员，但这部科幻翻拍续集却聘请了太阳马戏团的表演者。“与其让一个视觉特效师去猜测黑猩猩如何在树枝间飞跃，不如直接找一些真正能跳跃 20 英尺的人，”制片人 Dylan Clark 说。
从视觉特效的角度来看，《猩球崛起2：黎明之战》并非一次大胆的飞跃，而是多次大胆的尝试。第一部电影重新定义了表演捕捉的可能性，将由安迪·瑟金斯饰演的黑猩猩凯撒，变成了一个逼真的全电脑生成（CG）角色。《黎明之战》拥有更多的猿猴角色，它们增加的戏份带来了更大的挑战。表演捕捉的标准程序是将演员限制在室内绿幕环境中，并仅依靠头戴式摄像头来拍摄他们的动作。对于《黎明之战》，视觉特效总监 Joe Letteri 决定在室外场景收集数据，让演员被小型动作捕捉摄像机组成的星座所包围。
这些摄像头跟踪附着在演员服装上的 LED 球以及应用于他们脸部的反光标记。“然后我们使用学习算法来推测脸上所有点的三维运动，”Letteri 说。其结果是高度详细且灵活的表演捕捉，多个摄像头捕捉到了演员之间可能丢失的细微表情和化学反应。有了更多的数据，动画师就可以为所有 3D 建模的灵长类配角注入与凯撒身上那种令人难以置信的智慧相同的神采，正是这种神采使凯撒瞬间成为 CG 明星。
正是这种实用与数字、人类与非人类的结合，将决定《黎明之战》的成败。因为与充斥在科幻电影中的怪物、变种人和其他视觉特效增强的奇思妙想不同，猿猴（即使是聪明的）并非虚构。“我们希望黑猩猩的动作、外表和效果都像照片一样逼真，”Clark 说。“我们希望这部电影感觉真实。如果我们成功了，那将是超级酷的。”
结合人类和动物 DNA 能创造出超级生物吗？
答案：《朱庇特：非凡的爱情》的电影制作人通过赋予人类角色动物基因，使其在身体上更具威慑力。现实中，人类与动物的混合体从未是具有动物特征的人类，而是经过改良以承载或受益于人类生物学的动物。第一个有记载的例子发生在 2004 年，当时梅奥诊所将人类干细胞注入到胎猪体内，制造出带有的人类血液的猪，以研究病毒如何在物种间传播。去年，斯坦福大学的神经科学家通过人类脑细胞提高了小鼠的智力。在这两种情况下，研究人员通过简单地引入外来组织并让其生根，绕过了实际的基因工程。
理论上，对人类进行的类似实验可以产生惊人的结果，例如改造光感受器以实现猫一样的夜视能力，或借鉴蝾螈再生断肢的能力。但即使将猫科或两栖类细胞注入人类胎儿（这绝对是伦理上的黑洞）并非如此，这种粗暴的方法也可能适得其反：身体的免疫系统通常会攻击外来组织。斯坦福大学的研究团队通过永久性抑制受试者的免疫系统来避免排斥反应，
这种解决方案会使人类容易遭受灾难性的疾病和感染。
根据犹他州立大学的生物学家 Randy Lewis 的说法，嵌合体增强的问题在于其复杂性。他曾通过改变单一蛋白质来培育出在牛奶中产出蜘蛛丝蛋白的转基因山羊。但要增加像力量或再生这样的复杂性状呢？Lewis 说：“要做到这一点需要大量的基因工程。”在科学家们对人类和动物基因组有了深刻的理解之前，超级生物混合体将仅仅是电影中的虚构。
灵感来自《朱庇特：非凡的爱情》
剧情：宇宙中充满了人与动物的混合体，并由一个星际君主统治（地球人对此一无所知）。当一个不起眼的清洁工被定为暗杀目标时，一位半人半犬的佣兵前来搭救她。
科幻初登场：H.G. 威尔斯 1896 年的小说《莫罗博士岛》中，那些蹒跚而行的野兽，是通过可怕的外科实验创造出来的。
数字特效：反重力动作
《朱庇特：非凡的爱情》中最具技术挑战性的场景，展示了影片的英雄（查宁·塔图姆）穿着反重力靴在城市中穿梭，躲避一艘追逐他所运载货物的飞船（米拉·库尼斯）。“大多数人可能会认为这是数字特效，但事实并非如此，”视觉特效总监 Dan Glass 说。相反，该场景采用了直升机悬挂特技替身，在芝加哥的城市峡谷中进行飞行。
Glass 的团队每天只有 15 分钟的时间拍摄这个场景——仅有的微弱的黎明之光——所以他们创造了一种能够最大化拍摄效率的相机。这套安装在直升机机头的六镜头装置（称为 Panocam）能够捕捉近 180 度的画面。
通过拼接多个重叠的角度，电影制作人可以在后期制作中有效地进行视角旋转和摆动，无论直升机的实际飞行路径如何。不出所料，这项创新很快引起了其他导演的关注。“现在大部分后续电影都使用了那个装置，”Glass 说。
机器人从生物学繁殖中受益，而不是简单复制，这是正确的吗？
答案：迈克尔·贝的《变形金刚》系列中的巨型外星机器人并非在工厂里制造。它们在蛋状的容器中生长，被称为“孵化体”，并表现出与生物繁殖相似的物理和行为多样性，而非大规模组装。就像没有两个人是完全相同的（除了双胞胎），每个汽车人和霸天虎在性格和形态上都是独一无二的，无论它们是冷酷的卡车头还是暴躁的霸王龙。
换句话说，变形金刚是演化机器人学的产物，这是一个新兴的研究领域，它将生物学原理应用于机器人的创造和行为。研究人员不再仅仅是设计一个机器人来执行特定任务（例如向光线移动），而是可以将该目标输入计算机程序，然后让遗传算法自动培育出各种设计。由于这些算法模仿了自然界的突变、选择等生物过程，它们产生的设计往往令人惊讶。佛蒙特大学的演化机器人学家 Josh Bongard 说：“计算机将为我们进化出我们从未想过的形状的机器。”即使只有很少的零件和马达，由算法诞生的机器人也能从各种奇特的形态中获得高效的运动，如波浪形游动的鱼和蹒跚而行的金字塔。
换句话说，进化中的机器人，无论是通过卵生还是遗传算法，都可以受益于与生物物种相同的多样性和便利性突变，这些突变使某些生物物种如此有韧性。但正如不受控制的变形金刚繁殖可能对任何不幸卷入战火的人类来说都是坏消息一样，机器也可能很危险，Bongard 警告说，如果它们在没有严格指导的情况下进化。“自我繁殖的机器人，根据定义，将是一个失控的过程，”他说。“它们可能会以令人不快的方式让我们惊讶。”
灵感来自《变形金刚4：绝迹重生》
剧情：作为《变形金刚》系列的第四部，继续讲述一群机器人之间的战争。这次加入战斗的是该物种最奇异的成员——恐龙金刚。
科幻初登场：卡雷尔·恰佩克的 1920 年戏剧《罗素姆的万能机器人》以一对工厂制造的恋人结束，他们似乎注定要成为新的、繁衍世界的亚当和夏娃。
突变真的能催生出怪物、超级力量或任何足以征服地球的事物吗？
答案：科幻小说长期以来一直将突变作为进化的捷径。有时是外部力量的作用，就像 1954 年原版电影中赋予哥斯拉力量的原子试验，以及将普通的乌龟变成真人大小的格斗大师的闪烁“粘液”。有时是自然发生的意外，比如让超人类能够操纵脑电波或磁场的“X 基因”。共同的特点是速度：在一代人的时间里，主角就发生了转变。
这是一种精神上正确的解读：基因可以自发突变，或在实验室中被操纵以产生新的性状。例如，大多数成年人类能够消化乳制品中的乳糖。研究人员认为，这种突变——一种胃肠道超能力——大约在 7,500 年前起源于欧洲。这种突然的变化给我们的物种带来了显著的长期好处，使我们能够增加一系列营养选择。虽然人类欠这位神秘的变异者一个人情，但与《X 战警》中喷涌而出的激光束和爪子相比，吃奶酪的能力是微不足道的。
石溪大学的生物化学家 Bruce Demple 引用了更戏剧性的单基因突变例子——“编剧可能会考虑的那种事情，”他说。“但大多数情况下，你会在实验环境中看到这些东西。”通过有针对性的化学诱变剂，遗传学家已经实现了令人印象深刻的壮举，例如将猕猴桃的股四头肌周长增加了 15%，以及令人不安的壮举，比如让果蝇的头上长出腿。研究人员还利用辐射来增加随机突变。
但这些实验室培育的变异体与其好莱坞的对应物之间的区别在于运气。电影角色不是只赢得了一次基因突变彩票，获得了单一的惊人能力，而且没有化学物质或辐射致命地损害他们的 DNA。他们一次又一次地获胜，积累了好的性状，躲避了坏的性状，并变成了通常需要多代和无数次失败尝试才能形成的生物。事实上，走向怪物般成功的道路将铺满那些近乎哥斯拉和几乎是忍者神龟的尸体。
灵感来自《哥斯拉》、《忍者神龟》、《X 战警：逆转未来》
剧情：哥斯拉与更邪恶的泰坦巨兽对峙，忍者神龟在（和地下）纽约市与犯罪作斗争，X 战警将金刚狼送回过去以阻止机器人起义。在这三部电影中，突变都释放了生物体内心深处的“坏家伙”本色。
科幻初登场：杰克·威廉姆森 1928 年的同名短篇小说《金属人》中，辐射暴露将金属人变成了当今虚构变异者的始祖。
思想实验：人类 vs. 外星人，真人实拍
让我们假设最坏的情况：外星人存在，并且他们正在入侵我们渺小的主星。一个绝望的人类种族会在实验室里匆忙赶制出什么样的尖端武器投入战斗？我们询问了美国陆军研究办公室的项目经理兼材料科学家 Suveen Mathaudhu，
在如此世界末日的场景中，我们能拿出什么合理的东西。
外骨骼
Mathaudhu 说，战斗外骨骼，就像《明日边缘》中的那些一样，可以使步兵携带更多火力。通常会产生过大后坐力的枪械可以安装在外骨骼上，将力分布到整个框架中。当今的外骨骼耗电量过大，无法有效地投入使用，但使用钛、镁和其他超强、超轻合金可以降低其能耗。“你的燃油消耗会降低，因为你不用携带钢制外骨骼，”Mathaudhu 说。
生物武器
如果普通感冒就能击退《世界之战》中的火星入侵者，为什么不向敌人投掷更具传染性的、武器化的病原体呢？虽然生物武器储备（出于非常好的原因）严重不足，但 Mathaudhu 相信基因学家能够合成任何他们认为有用的新瘟疫。“如果我们假设生命在宇宙的其他地方也以类似的方式进化，无论这些生物来自哪里，我们的工具可能对它们也起作用，”他说。这项革命了基因分析技术，允许对人类 DNA 进行全基因组测序的技术，也可能使一种精确的、最后的手段病原体成为可能。
地面无人机
在万不得已的情况下，我们会把机器人推到前线。“如果我们在某种阿波罗时刻的巨大战争中被迫如此，大部分努力都会投入到无人地面车辆和机器人技术上，”Mathaudhu 说。机器人军队的通用性可能不如活体军队，但在冲突的早期阶段，机器人将是绝佳的炮灰，在被炸毁之前提供关于外星武器和战术的情报。“将士兵置于未知威胁面前的犹豫，会被机器人技术所抵消，”Mathaudhu 说。当你的士兵由钢铁构成时，谁还需要钢铁般的神经？
_本文最初发表于 _Popular Science _2014 年 7 月刊。_
