《流浪地球2》中的超级科技，你真的看懂了吗

刘玉柱

上映10 天，28 亿元！这是电影《流浪地球2》在2023 年1 月令人震惊的票房数据。作为最硬核的国产科幻影视巨作之一，它融合了刘慈欣令人惊叹的故事设定、电影制作的震撼特效和影视工作者的心血，终于在兔年春节呈现在了全国人民的眼前！

《流浪地球2》讲述了在地球陷入太阳膨胀危机的背景下，全球各国同心协力，通过在地球表面安装上万台行星发动机，从而将地球推至新家园的故事。最令观众叹为观止的，除了曲折反转的剧情，必定是剧中的种种先进科技。那么，我们就一起来揭秘《流浪地球2》中出现的高科技！

通向苍穹外的“天阶”——太空电梯

一座巨型建筑物笔直地伸向云霄，在火箭推进器和钢缆的加持下，一台台电梯轿厢腾空而起，以接近10 倍的重力加速度冲向太空！这是影片前半部分太空电梯的超燃画面。那么，究竟什么是太空电梯？它的原理又是什么呢？

我們都知道，卫星或飞船需要用火箭以大于第一宇宙速度的条件发射升空，克服地球的引力，从而到达外太空的轨道。然而，这种方式效率低下，不适用于外太空与地球之间频繁的往来，但太空电梯的构想便可以很大程度地解决这一问题。

事实上，太空电梯的概念也是由著名的火箭科学先驱者齐奥尔科夫斯基提出的。其基本结构是在地球静止轨道上建立超大型的空间站，并在它与地表之间建立超长的钢缆与轨道，太空电梯轿厢便在其中上下运行。所谓地球静止轨道，就是在地球赤道的正上方大约36 000 千米高度的天体运行轨道。在这个轨道上，航天器的运行周期可以与地球自转的周期保持相同，这样一来，航天器便可以实时位于地表同一地理位置的正上方。太空电梯的构想，不仅可以高效地实现地表与外太空的物资往来，而且可以大大节约航天成本。

然而，太空电梯目前还停留在构想阶段，问题之一便是材料，因为目前的钢材，甚至是高强度的碳纤维，都无法在数万千米的高度下承受自身的质量，更别说搭载轿厢了。此外，太空电梯的维护和安全性保障也面临着巨大的挑战。但我们始终相信，在未来的某一天，随着科技的发展，太空电梯将成为可能！

精密的超算“使者”——量子计算机

影片中，量子计算机550 系列在“流浪地球”计划中起到了至关重要的作用，从行星发动机的建造到全球互联网的重启，都少不了它的功劳。那么，小小的量子计算机为什么会拥有如此强大的算力呢？就让我们一起走进量子的世界，一探究竟。

对于“量子”的概念，我们似乎并不陌生。事实上，量子计算机的底层原理与现代的电子计算机类似，只不过它是利用量子力学的规律进行高速的数学和逻辑运算。在经典计算机中，一个比特的状态要么是“0”，要么是“1”，这就是我们熟知的“二进制”，计算机就是用这种方式进行运算的。而在量子计算机中，存在一个“量子比特”的概念，而“量子比特”既可以像经典比特一样为纯态的“0”和“1”，也可以是这两个经典比特的“叠加态”。所谓“叠加态”，通俗点说，就是它既有一定的概率是“1”，也有一定的概率是“0”，在没有确切的结果出现前，可被认为同时是“1”和“0”。那么，一个量子比特就是两个经典比特的叠加态，n 个量子比特就可代替2 的n 次方个经典比特。以此类推，仅要20 个量子比特，就可以表示上百万个不同的组合。基于这种算法，量子计算机便可以采用并行运算的方式，大大提高运算的效率。未来的量子计算机，甚至可以达到现有最强计算机算力的上亿倍。

然而，量子计算机的制造却极其困难。例如，如何高保真地读取数据、如何克服周围环境对量子叠加态的影响、如何纠错，等等。此外，超导量子计算机的运行需要极低温的条件，光量子计算机不易被集成化……当这些问题被一项项克服时，我们终究可以掌握量子计算的科技！

推动地球的“天灯”——行星发动机

“流浪地球”计划是要将地球推出太阳系，奔向遥远的新家园，而如此巨大推力的来源便是行星发动机。其实，行星发动机是该科幻影视作品中出现的概念，它的原理又是什么呢？

电影中的行星发动机利用真空岩石重聚变技术作为动力源，通过氦-3 激发硅原子的重聚变链式反应，从而获得高能高压的等离子流。这股等离子流沿着发动机喷口向指定方向喷射，通过反作用力推动地球前进。那么，到底什么是重聚变技术呢？事实上，“重”指重元素，就是元素周期表中原子序数较大，也就是质量较大的元素。例如，氢的原子序数是1，硅的原子序数是14。“聚变”是核反应的一种，它指的是在极高的温度和压力下，核外电子可以摆脱原子核的束缚，让两个原子核能够互相靠近并碰撞到一起，发生原子核的相互聚合，从而生成原子序数更大的元素，这个过程中将产生极其巨大的能量。

其实，在太阳上，时时刻刻都发生着类似的核反应，只不过太阳上的核反应是“轻核聚变”，是两个氢原子结合成一个氦原子的反应。然而，重聚变的反应条件比轻核聚变苛刻得多，太阳核心的温度高达1 500万℃，而在行星发动机中，却需要数亿摄氏度的温度才能发生重聚变反应。不过呢，重聚变需要的硅元素来源于地球上随处可见的岩石，利用这种“烧石头”的方式也将更易获得充足的原材料。

万里外的“指挥家”——“领航员”号国际空间站

“领航员”号国际空间站是科学家们为实施“流浪地球”计划而专门建造的空间站，耗时30 年才将其建成。它以10 万千米的相对位置伴飞地球，目的是为地球提供预警、领航及通信保障。在现实中，我们已拥有了自己的“天宫”空间站。和“天宫”空间站相比，《流浪地球2》中的“领航员”号国际空间站又有哪些不同之处呢？

“领航员”号国际空间站最大的不同之处，就是它配备了先进的离心重力模拟系统。我们都知道，通常情况下，空间站中的物体和航天员处于完全失重状态，都呈现“飘浮”的姿态。在3 次“天宫课堂”的授课中，大家都对此深有体会。失重环境一方面不利于航天员的身体健康，另一方面又严重影响了工作的效率。而“领航员”号国际空间站上配备的离心重力模拟系统，可以让空间站的部分绕轴高速旋转，其中的航天员便会受到由于圆周运动产生的虚拟力——惯性离心力的作用，这种力会将航天员“压”在空间站的“地面”上。这样一来，航天员便好似获得了地球的重力，可以更加方便、高效地工作。

此外，由于“流浪地球”计划的执行时间长达千年以上，“领航员”号国际空间站中还配备了休眠舱，它可以帮助航天员进入休眠模式。这种模式指在超低温的环境下，人体仅维持基础的生命体征，新陈代谢的速度也趋近于零，就像将人的生命按下了“暂停键”一样。然而，苏醒后的人体也不会有异常，很快就可以恢复如初。利用休眠舱技术，便可以大大延长航天员的生命。

超级智慧的“大脑”——人工智能机器人MOSS

“550W 听起来不像是个名字，如果把它翻过来，叫MOSS，直译是‘小苔藓’的意思，是不是更加幽默了呢？”这是影片中人工智能机器人MOSS 的经典台词。作为“领航员”号国际空间站的智能主机，它是“流浪地球”计划与“火种”计划的监督者和执行者。

MOSS 实际上是一台基于超级量子计算机技术的人工智能机器人，与现代的人工智能不同的是，MOSS 不仅具有超强的算力，而且拥有自主意识和学习技能，被称为“强人工智能”。它可以自主学习，自主采集数据分析，甚至自主规划和决策，在某些方面已经远远超过了人类的智慧。

其实，在现实世界中，人工智能的概念早已被提出，我们生活中用的自动驾驶技术、人脸识别技术等，都是源自人工智能技术。“人工智能”的英文“Artificial Intelligence”简称为“AI”，它主要是利用计算机来模拟人类的思维，这些拥有“人类思维”的计算机便可以控制机器，实现智能化，给我们的生活带来极大的便利。

然而，现代的AI 技术远没有影片中的MOSS 那样智能。科学家们也在努力将超算技术与AI 结合，帮助它们能够像人类一样自主地“思考”和“学习”，并且快速作出决策。在超级计算机的加持下，我们有望造出像MOSS 一样智慧的人工智能机器人，从而给我们的生活带来更大的便利与乐趣！

科学是用来幻想的，有幻想才能有梦想，这就是科幻的力量！