據美國《大眾機械》雜誌報道，好萊塢大導演詹姆斯-卡梅隆執導的最新科幻大片《阿凡達》正在全球熱映。實際上，卡梅隆還是是美宇航局的科學顧問，參與研究用於火星探測任務的相機，他對待科學的態度素來嚴謹，《阿凡達》中所展現的先進技術場景也就不足為奇。以下是該片中對這些技術的描述及其在現實世界的發展現狀。
重機械外骨骼戰爭機器
重機械外骨骼戰爭機器
《阿凡達》描述：為了工作、戰鬥和穿越“潘多拉”雨林地區，人類穿上了“增強機動平台”(Amplified Mobility Platform，簡稱AMP)服。這些裝甲外骨骼戰爭機器與《黑客帝國3：矩陣革命》中的“裝甲人員裝置”(Armored Personnel Units)和卡梅隆執導的《異形》中“強力裝卸器”(power loader)存在很大相似之處，隻不過前者的駕駛艙是密封的。從這台機器的座位上，操作人員手臂和胳膊的活動會傳遞給AMP服的外部肢體，得到“增強”。操作人員擺動手臂，擺幅雖隻有幾英寸，但AMP服相應的金屬臂卻可揮動周長10英尺(約合3.05米)的圓弧。
《阿凡達》飛行器設計師泰-魯本-埃林森(Ty Ruben Ellingson)在宣傳片中說：“超級液壓裝置的力量十分強大，以致AMP服可以碾碎建築物，功能就像坦克一樣。”AMP服會讓操作人員變身“大力神”，對於太空海軍陸戰隊員來說，手提龐大的30毫米自動大炮參加戰鬥，就如一個人扛步槍般輕鬆。斯坦-溫斯頓工作室設計總監約翰-羅森格蘭特(John Rosengrant)對AMP服特點做了更為形象的描述，稱它就是“有胳膊的‘阿帕奇’武裝直升機。”
科學事實：幾十年來，美國軍方一直在開發有動力裝置的外骨骼服，可以讓士兵攜帶重型裝備參加行動，幫助實施救援任務、工程作業、受傷康複。 2000年以來，美國國防部高級研究計劃局(DARPA)根據“增強人類性能的外骨骼”項目，資助了各種各樣的研究，包括對雷神薩柯斯(Sarcos)研究團隊的支持。他們開發的機器名為“XOS”，重150磅(約合70公斤)，可以帶在人的手臂、胳膊和背部。
這套鋁製機器人裝置的水力學原理可以讓使用者數百次舉起200磅(約合90公斤)的重物也絲毫不覺得累，而且用起來非常便捷，使用者仍能自如爬樓梯或踢足球。雷神薩柯斯XOS的一個重要缺陷是需要獨立驅動。眼下，XOS仍需要一個外部電源。麻省理工學院、加州大學伯克利分校和本田汽車等機構和企業的研究小組正在開發適於下肢使用的類似機器。
與此同時，日本CYBERDYNE公司研究人員發明了鋼鐵俠式的人體外骨骼，輔助實施物理治療，稱為“機器人服混合輔助肢”((HAL)。美國納蒂克士兵研究開發與工程中心士兵機動和任務增強小組負責人戴維-奧迪特說：“像《阿凡達》這樣的電影足以讓我們去思考各種可能性。”這個小組在XOS裝置的研發中起著重要作用。奧迪特說，雖然AMP服在“電影中讓人無所不能”，但實際上此類裝置將承擔繁重的後勤工作，“是不經太多改動就能實施大規模攻擊的功能性平台的典型例證。”
半人馬座阿爾法星
半人馬座阿爾法星
《阿凡達》描述：“半人馬座阿爾法星A”(Alpha Centauri A，與太陽非常相似的恒星)發出的白黃色光芒照亮了巨大的氣態行星“波呂斐摩斯”(Polyphemus)及其炎熱的衛星“潘多拉”。在這個鬱鬱蔥蔥的世界，大型猛獸在叢林中徜徉，如翼龍一般的動物在空中翱翔。名為“納美人”的藍皮膚類人族在那裏繁衍生息，深諳與自然和睦相處之道。
科學事實：半人馬座阿爾法星A是組成半人馬座阿爾法星的三顆恒星之一。半人馬座阿爾法星距地球4.37光年，是除太陽外距離我們最近的恒星。如此親近也為揭示係外行星能否是我們鄰居的大量研究工作注入了靈感。今年1月，耶魯大學天文學家芭芭拉-費舍爾(Barbara Fischer)領導的一個研究小組利用安設在智利托洛洛山美洲天文台的1.5米孔徑望遠鏡，展開了對半人馬座阿爾法星長達五年的研究。
芭芭拉的團隊正在尋找由外部世界引力拖拽對恒星光線波長產生的有節奏的變化。這種“搖擺方法”已經排除了半人馬座阿爾法星的恒星周圍存在木星或土星大小的係外行星(如《阿凡達》中的波呂斐摩斯)的可能性。芭芭拉表示，質量接近於地球的行星具有此類恒星係的“可能性非常大。我們對單個恒星周圍行星形成的原因知之甚少，更何況是像半人馬座阿爾法星這樣由三顆恒星構成的星係了。所以，我們在這個領域的知識幾乎是一片空白。”
位於半人馬座阿爾法星中心地帶的兩顆恒星通常被稱為“Cen A”和“Cen B”，它們的軌道力學表明有行星可能隱藏於周圍。“Cen A”和“Cen B”彼此間的引力接近於11個天文單位(天文單位指的是地球與太陽之間的平均距離)，而在搖擺之後相隔36個天文單位。第三顆恒星，即名為半人馬座比鄰星的紅矮星，以相當大的距離繞這兩顆恒星旋轉，由於過於模糊，芭芭拉的團隊不能對其進行研究，但它也可能具有小質量行星。據芭芭拉介紹，鑒於這種結構，相隔 2個天文單位形成的係外行星的軌道穩定性會遭到另一顆恒星的破壞，最終脫離這個星係。
幸運的是，如果生命紮根於半人馬座阿爾法星係，遭受這種命運的可能性微乎其微。所謂的“可居住區”(即一個不冷也不熱的軌道區域，水在行星或衛星表麵是液態的)距離Cen A和Cen B這兩顆恒星更近。前者質量比太陽稍大，具有大約1.2個天文單位的可居住區；後者質量約為太陽的90%，具有大約0.75個天文單位的可居住區。
這兩顆恒星的化學特征與太陽很相像，所以，令生命在地球上形成的相同元素應該也存在於Cen A和Cen B。眼下，科學家仍然不確定半人馬座阿爾法星係是否在對生命友好的區域內存在更小、類似地球一樣的世界，芭芭拉認為這個答案不久便將揭開。她說：“到 2012年前，我們將會揭開這個謎團。”與此同時，日內瓦大學著名行星科學家米歇爾-邁耶領導的一項研究和英國坎特伯雷大學提出的新倡議可能會更早破解這個謎團。
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英裏(約合1.6公裏)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6.7億英裏(約合每小時11億公裏)，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。從事先進推進係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(原子合並)，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26萬億英裏之遙，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，一方麵耗資巨大，另一方麵技術難度大。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，可以在裏麵儲存反物質。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，那麽在前往半人馬座阿爾法星時還會麵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，隻能采用某種反向“彈弓效應”(slingshot effect)幫助減速。
靈魂出竅體驗
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靈魂出竅體驗
《阿凡達》描述：在人類首次踏上潘多拉的土地，開始大規模采礦活動以來，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。借助先進的界麵設備，人類可以采用“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，他隻能依靠輪椅行動，而現在，通過他的化身，傑克恢複了行動能力。
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，一種模仿生物係統及結構的智能程序)融入機械硬件。對人機界麵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。美國杜克大學神經係統學家米格爾-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製它們自己的‘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鼠標。其他的一些研究涉及通過遭受重傷的脊髓佩戴的機器界麵，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係。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。”
