看电影 谈物理

看电影谈物理高一年级组张涛与物理学家一起看电影，你会拒绝吗？对我们来说，物理学是一门必须有人去研究，但自己决不会去研究的学科，物理学家也都是些僵硬死板、不关心世事、埋头于研究的毫无趣味的人。

事实上，并非如此。

好莱坞的大导演们为了追求影片的震撼力，竟将对科学的无知原封不动地搬上银幕，但这只能欺骗我们普通观众的眼睛，而物理学家们却不买他们的账，他们拿起科学的手术刀，剖析影片中“科学上的失误”，甚至比电影本身更有意思。

物理学家并不是“不解风情的傻瓜”，他们也喜欢看电影，而且你如果跟他们一起看电影的话，感觉会更有趣、有益。

本学科浅显地解释了在现代艺术的宠儿电影中，科学是如何被使用的。

不仅如此，本学科还详细分析了电影如何歪曲科学事实和犯了哪些常识性错误，拓展了科学知识的运用。

这既是一本使学生用崭新的视角观看电影的有趣的科目，又是一堂通过电影生动地解释各种科学故事的教科书。

科学并非“在实验室里只有科学家们才听得懂的悄悄话”，科学是一门所有人都可以讨论的学问。

科学家们的研究内容常常被用做科幻电影的主要素材。

可是在很多情况下，在编剧们创造性的添加了自己的幻想之后，影片本身却常常会违反最基本的物理规律。

比如在影片《星河战队》中表现太空战舰在混战中爆炸的场面时，添加了很棒的声音效果。

遗憾的是，初学物理的人都知道，声音的传播依赖于介质，在缺乏传声介质的真空环境下，声音是无法传播的。

也就是说，我们可以感受到战舰爆炸的整个过程，却独独听不到任何爆炸的声音。

另一部令我印象深刻的影片是《飞天法宝》。

片中化学家罗宾·威廉姆斯是一位连自己的结婚日都忘了，一味埋头于自己研究的天才科学家。

世上自然没有这样的科学家，但是他发明的橡胶球也许是现实中不可能存在的物质。

他发明的橡胶弹性非常好，能自己产生能量自动来回弹跳。

所以取了个意为"飞来飞去的橡胶"的名字"飞行橡胶(Flying Rubber)"。

但是飞行橡胶违反了组成宇宙的最基本的法则"能量守恒定律"。

所谓能量守恒定律是指不管什么物质都不能自己生成能量或消灭能量。

而是只是转变成了另一种形态。

所以拿着橡胶球轻轻地抛出时我们最期望看到的就是橡胶球重新回到原位。

这种情况称为"完全弹性冲突"，不转化和摩擦能一样不能重新恢复的能量，下落时从势能转化成动能，上升时再转化成势能。

如果橡胶球的势能在空气或地面转化成摩擦能或热能，橡胶球就很难再回到原位。

即只能回到比原来较低的高度。

所以橡胶球上升到比下落高度更高的地方或随意运动的情况是不可能出现的。

实际上如果物质具有这种性质的话就不用担心能量的枯竭了，遗憾的是这种事是绝对不存在的。

看了《2012》这部美国灾难巨片，对该片所带来的视觉冲击和以假乱真的特效技术大呼过瘾，在观后与几个有人谈论其中的一些细节时，还是发现了一些与当今科学相悖的地方。

对于片头的世界末日的起因，影片说是有太阳中微子的大爆发，导致地球吸收了来至中微子的大量能量而引起了地球内部的剧烈活动，从而形成了大灾难，我感觉其中有很多不妥之处。

中微子和中子，质子，电子等一样，是组成物资的基本粒子，但中微子比较神秘，它具有质量，以接近光速运动，不带电荷，穿透能力非常强。

中微子的穿透能力强到什么程度？像地球这样大的家伙，中微子可以轻而易举的穿透，大约100亿个中微子，只有一个能够被地球捕获。

而且，由于中微子的质量非常小，就算大量的中微子被地球捕获，质量转变成能量，对地球造成的影响是微乎其微的。

地球每时每刻都在向外辐射出大量的热量。

所以地球短期内发生急剧升温，是不可能的。

每100年升高0.1度的话，在科学家眼里，已经是非常惊人的了。

其实宇宙中到处都充斥着中微子，但由于它比较难于发现和捕获，所以科学家对它的了解很少。

日本和美国的科学家在这方面研究进展最多。

科学家们的确是在废弃的矿井中，用大量的水来捕获中微子进行科学研究的。

所以影片还是有一些科学背景的，但进行了想象。

只不过这种想象是不可能发生的，所以，电影中的灾难是不可能由中微子引发的。

《少林足球》违反物理原理：1 轻功。

即在空中悬浮而不落下。

违反了万有引力定理和牛顿第二定律。

2 球变豹。

这个已经不仅是违反物理原理的范围了。

违反了质量守恒、能量守恒、动量守恒等基本原理。

3 踢出的球有S形等诡异弧线。

违反了牛顿第一定律（惯性定律），即在没有外力作用下，物体保持静止或直线运动。

遵守物理原理：1 人站在地球上，且跳起后会落下。

遵守万有引力定理和牛顿第二定律。

2 跑步加速需要一个过程，速度是逐渐加快的。

遵守牛顿第二定律和能量守恒原理。

3 球踢出后在空中经历一个抛物线落下。

遵守抛体运动规律。

科幻电影是好莱坞类型电影里的1个分支它的情节往往包罗了各类各样的科学奇想，有依附于现存已知科学定理的，也有关于未来图景的超前假想和其他类型电影一样，科幻电影是电影工业化的产物，其人物、叙事和主题都有一定的标准样式，就像批量生产的圣诞节商品，主重要的条目的是满足人的娱乐需求作为类型电影的缺陷也很明显，大多科幻电影往往注重视觉奇不雅而缺少深刻的内涵科幻片与魔幻片、灵异片的不同之处在于，其被幻想出来的因素必定有1个科学依据的撑持，哪怕这个科学依据看起来很疯狂博得1个能够自圆其说的科学撑持，可以大大增加影片的真实感和可信度，到达以假看起来和真的一样的效验提到科学，物理学当属所有自然科学的基础之基好莱坞导演们在追求科学理性的撑持的时辰，往往会借镜许多物理学科最前沿的定见和技能但有时因为非专业的因素，也会留下不少Bug，这时候懂行的不雅众就可以在台下为制作方掩嘴偷笑了以下，我将例举一些最为科幻影视作品所钟情的物理元素，从中探寻科幻电影和科学尤其是物理学之间的联系-力学、运动学-超人的速率曾有过一则关于超人航行速率的阐发："让我们假设人类可以飞，路易丝·莱恩以32英尺/秒平方的初始加快度下坠，超人突然降落用钢铁般的手臂接住她，莱恩小姐此时大约速率在120英里/时，猛撞上超人的手臂后她会立刻被切成三等分……如果超人真的爱路易斯的话，就应该让她直接摔在地上，那会是一种更仁爱的死法"好莱坞传统的科幻电影中常常充斥着浓重的西方强国式个人英雄主义情结为了凸起英雄的人物形象，编导方会采用"超能""超自然"等设定来吸引年轻人的眼球正所说的鱼和熊掌不成兼得一方面宣扬影片的科学主题，一方面却毫不留情地打破已知的动力学定律这使得以超能英雄为主角的科幻电影经常落得"悖谬" "低幼"等诟病说到《超人》系列，影片中提到过一种广为人知的绿色彩固体物质"氪"，是超人的克星有趣儿的是，现实世界中确实存在氪这种物质它的符号是Kr，在元素周期表上名次36位，属于惰性气体一族，常温下呈气态，无色无臭没有滋味亦是说，要得到能刺穿超个人生命体的氪石，莱克斯·卢瑟必须保证四周温度在-156.6℃以下才行-天体物理学-太空旅行科幻作品之所以受到大众的心爱甚至科学家的表扬和夸奖，1个非常重要的缘故原由是因为它所包罗的"超前意识"这点在汗青上第一部科幻电影--法国Georges Méliès的《月球旅行记》（Le V oyage dans la Lune）中就已体现出来了该片于1902年上映，叙述了一群天文学家乘坐弹药到月球考察队的故事1969年7月阿姆斯特朗乘坐阿波罗11号太空飞船登上月球，终于实现了人类月球旅行的美好设想小行星撞地球在太阳系，火星和木星之间有1个小行星带有生命的物质界有一种很盛行的说法：恐龙的灭绝由小行星撞击地球所致那末地球和小行星相撞的几率到底有多小呢？西方强国航宇局将其定位于30万分之一30万分之一是啥子概念呢？做个参考，每年因飞机事故而灭亡的概率约为75万分之一，因交通事故而灭亡的概率约为五千分之一但是最重要的其实不是数值简直切性，而是存在人类因小行星撞击地球而灭亡这一可能性的事实如果地球真的和小行星或彗星相撞的话，其破坏力将不成估量1994年7月17日，发生了闻名的苏梅克-列维九号彗星（Shoemaker-Levy 9, SL9, D/1993 F2）与木星相撞事件彗星的21块碎片与木星发生了连续的碰撞，撞击在浓密的气体形成的木星的大气中，造成了1个至关于两个地球巨细的暗洞那次撞击的威力达六兆吨TNT 炸药，能量至关于全球核弹储备总合的750倍跟着航天科技的成长，太空灾祸成为好莱坞科幻电影主题的频率也在逐年增高1998年上映的《天地大冲撞》（Deep Impact）就是1个典型，它讲述了彗星撞击地球，以及人类如何去应对这场灾祸的故事作为一部科幻灾祸片，《天地大冲撞》具备至关重要的现实意义，它给人类的未来敲响了警钟本年年头，欧洲航天局启动了太空监控收集建设规划，此中1个目的就是为了防范近地小行星威吓地球安全-光学-隐形007系列里，詹姆士.邦德开的跑车总是走在时代的最尖端，简便豪阔且功能壮大，令人无比惊羡《择日而亡》（Die Another Day）中，邦德的坐骑Aston Martin V12更增加了不成思议的隐形功能，可以在关键时刻和四周环境融为一体，帮助主人躲过了仇敌的追打《哈利.波特》（Harry Potter）魔幻主题系列电影的主人公也拥有一件神奇的隐形道具--隐形衣虽然这件隐形衣已不属于科学领域了，不外，J.K.罗琳的这种奇特的想象在现实生活中却完全有可能实现人能瞥见物体，是因为光照到物体后被反射到人的视网膜上因此物体的隐身应该属于1个光学问题实现隐形一般有两条路可走一种是寻找能够吸收可见光的特殊材料另外一种就是改变物体对光线的折射率，让电磁波"拐弯"，绕过物体因为天然隐形物质直到现在未被发现，更多的科学家把目光集中在了后一种方法上在2006年6月的《Science》上，苏格兰圣安德鲁大学定见物理学家Leonhardt和伦敦大学帝国粹院的Pendry教授别离提出采用超颖材料（Mentamaterial）--一种电磁力质由材料的外形而非化学性质决定的粒子复合材料--来实现隐身电磁波碰到材料，既无反射，也不成影，而是绕过接续正常向前运动超颖材料可以使光线改变方向的特质源与其"负折射特性"，由俄国科学家V eselago于1968 年提出：当光波从具备正折射率的材料入射到具备负折射率材料的界面时，光波的折射与常规折射相反，入射波和折射波处在于界面法线方向同一侧光剑光剑(Lightsaber)是《星球大战》影片中绝地武士（Jedi）使用的作战武器，被设定为由一种特殊的透明水晶原料制成，它能将光剑干电池的能源集中并释放为窄而长如刃的光束一旦释放能源，能量会从充满连续正能源、位于把手中央的镜头射出然后能量束折回到1个充满负能源的高能畅通孔里一只超导体会把流回的能源转换回干电池这样以来，光剑只在剑刃切穿物体的时辰才会消耗能量，剑刃未接触物体时不释放能量西方强国电视机台的汗青频带曾做过一期名叫"星战技能"（Star Wars Tech）的出格节目，此中的科学家认为光剑是一种等离子体（可见西方强国人对于科幻的痴迷程度）并且要使光剑到达能够割切金属或石块等物质的硬度，至少需要到达大约两亿度的高温如果是比力冷的等离子体，像电影中所表现出来的那样，等离子将缺乏足够的能量，结果是只能绕过物体并有可能引发燃烧现象看来，要使光剑在现实世界被制造出来，仅找到那种特殊透明水晶恐怕还不敷，还必须掌握小范围可控核聚变的技能才行-声学-太空激战的轰响声这已成为科幻电影中最具代表性的科学漏洞了众所周知，产生声音的条件必须有两个：声源和介质声源震动，声音以波的形式在介质中向东南西北四方传递因此在真空中我们是听不到任何声音的定见上，诸如《星球大战》、《星际迷航》等等所有的描绘太空激战的影片都应该是默片无奈的是，彷佛所有导演都已对内告竣相符，对这个细节心照不宣于是我们只好任由一部又一部的影片反复同样的低级错误-原子核物理学-人工制造太阳能源问题如今已成为人类成长历程的1个巨亨衢障尽管可控核裂变的技能已为多个国度所掌握，但是作为核电站的汽油铀元素在地球上的储量有限，人们早晚要面临铀矿枯竭的危机比拟资源有限且会产生放射性污染的重核裂变，资源丰富的轻核聚变无疑是更为清洁、更为理想的选择可控核聚变的胡想也在多部科幻影视作品中被表达过好比《蛛蛛侠Ⅱ》（SpidermanⅡ）就讲到能源科学家Dr. Octopus制造出了1个小规模太阳因为一次实验妨碍，Dr. Octopus不幸被自己制造的机器手所节制，转而成为影片的大反派，并终极被蛛蛛侠扳倒定见上，可控核聚变约束等离子体的方法有三种：引力约束，磁约束，激光惯性约束最后1个是我国闻名科学家王淦昌先生自力提出的概念即利用几束强激光同时照到氘、氚混淆汽油丸上，在高能激光的照射下，使D-T微球产生高温，在气化飞溅的同时产生向内的压强缩力，从而使到达高温、高疏密程度的聚变反应条件同样，《蛛蛛侠Ⅱ》中有1个场景：一颗D-T微球悬浮在空中，Dr. Octopus 用机械手开启包围它的球形装置上的激光束，瞬间点燃了汽油丸现在想来，这个场景其实就是将王淦昌先生的设想可视化了一下只是不知道向来重视知识产权的西方强国人有没成心识到，这个设想的原创最初来自于神州中微子最近在全球各大电影院热映的影片《2012》引发了一场"末世论"的风暴根据影片内容，在2012年将爆发极其激烈的太阳风暴，太阳产生的巨量中微子令到地球的地心加热，然后使地壳溶化并移位，随之而来就是火山爆发、地动、海啸等种种你可以想到的任何灾祸《2012》把引发地球末日危机的祸首祸首归给了中微子然而具备基本物理知识的人都知道，虽然中微子穿透力极强，但它几乎不和其他任何粒子反应，只参与微弱的弱相互效用"中微子加热地心"一说可谓无稽之谈由此可见，科幻电影和真正的科学是有一定间隔的虽然科幻电影在制作过程当中难免会违背基本物理学定理，但是那一些天马行空的艺术想象力却能对公众造成切实的影响，故而也就有可能对科学成长发生影响--也许在未来的有一天，也许现在已发生了灾祸的预演往往暗含了一种悲天悯人的思想，我们不妨把它可以理解为对科学技能的一种人类社会文化眷注-相对论-时间旅行时间旅行的概念最早出现在科幻作品中1895年，威尔士(H.G.Wells)出版了科幻小说《时间机器》（The Time Machine）小说中展开了一段利用"时问机器"在未来世界历险的想象此时距相对论问世还有十年科幻作家的预见性由此可见一斑1905年，爱因斯坦在狭义相对论中指出：1个人如果做高速运动，时间对他来说就会变慢；如果他的运动速率趋近于光速，时间对他来说就会近乎障碍同时，狭义相对论认为，光速没有办法超越，时间不成能倒流然而广义相对论被提出后，许多科学家从中瞥见了时间旅行的可能性，包括诸如"一位航天员可以在他出发之前即回到地球"的假想但如果人类能回到过去，会在定见上产生1个紧张问题本来在我们的常识中，因果律是不移至理的--任何事情有因才会有果，缘故原由只能发生在前，结果绝对是产生于后但是一旦人可以回到过去，因果律就要受到严峻挑战例如，假定1个人回到过去并且将他人在孩童时期的先人杀死，那这个人的存在是否还成心义？类是的问题可以举出很多，但是它们素质上是同理的：如果1个人可以自由地改变过去，则他可能会遭受思维规律上的抵牾对于众多科幻电影，"时间旅行"常常成为它们的灵感源泉维护因果律的如《12只猴子》(12 Monkeys)，挑战因果律的如《终结者》(The Terminator)系列，改变汗青的如《罗拉快跑》(Run Lola)、《蝴蝶效应》(The Butterfly Effect)同物理学家们所争论的一样，这些影片无一不牵扯到时间旅行的因果律问题现今能够处理完成这个问题的最具使心服力确当属"平行太空"（Parallel Universes）定见该定见认为，在时空旅行中，有可能产生新的平行世界这个构想由Hugh Everett 于1957年在《现代物理评论》发表，初称之为"多重太空定见"（Many Worlds Theory）他认为，在量子力学中，每当一次测量完成，则被呈现的只是好些个可能的结果之一，其余可能的结果虽不能呈现，但它们并不是不存在，而是在另外的太空中接续存在每次回到过去所做的改变汗青的行动，均可能产生出1个新的世界这种高度抽象的"多世界"定见也被科幻电影引入过（欧美SF系漫画中则借用得更多）例如在《回到未来》(Back to the Future)、中，Dr. Brown向Marty诠释"平行世界"时，在黑板上画的概况图恰是出自霍金的《时间简史》目前，物理学家认为，回到过去的个人行为不成能改变汗青至于为什么，他们只是坚决相信"物理学定律会阻止"时空旅行者改变汗青，而未能给出完善的诠释-结语-据统计，西方强国是科幻电影产量最大的国度，也是诺贝尔物理学奖获得者至多的国度笔者相信这毫不是偶合James Oliver Robertson在《西方强国神话，西方强国现实》一书中评说："科学始终是西方强国信念的一部分19世纪后半叶，它同西方强国人对进步的信念联合在了一起相互联合的进步神话和科学神话开始主宰西方强国人不雅察自己以及世界的方式"可见科学之于西方强国人已犹如一种崇奉科幻电影亦可以看作是这种崇奉的体现只不外，它可所以轻松的、随意的，不像宗教画那样必须要态度严肃地去瞻仰它有时预演灾祸以起警示效用，有时以夸张的超能幻想制造纯粹的感官冲击，有时也会显得不切实际且漏洞百出正如科学一样，只要有理可循，都能成一家之言科幻作品与物理学科的成长也有着明显的相互增进效用科幻作品提供物理学家无尽的设想，物理学赐与科幻实现胡想的可能科幻作品让物理从一门晦涩的学科变得民人，物理学原理把科幻作品点缀得妙趣横生至于我们不雅众，欣赏科幻电影享受视觉盛宴的同时，决不能认识不清迷信，而是应当充分调动我们的科学知识来明鉴真伪，做到理性看待(最后一句空话可以无视之)当007遭遇物理学教授007电影《皇家赌场》上映的时候，获得颇多的好评。