明敏 Alex 发自凹非寺
量子位公众号 QbitAI
你以为的《流浪地球2》——科幻片；
不，背后全是真科技，有人研究、有人开发的那种。
太空电梯效果震不震撼？只是个脑洞？
但这其实是一些物理科学家的正经课题，研究了快 20 年的那种。
还有日本公司已经开始开发，计划 2025 年左右于赤道附近的海上开工。
电影中出现的外骨骼机器人，甚至都能拿出来抽奖了：
还有推动地球的行星发动机，它依靠重核聚变提供能量。
而现实世界里，1 个月前人类才刚刚实现了可控核聚变研究的一项新里程碑研究——实现净能量增益，让核聚变产生的能量比注入的还要多。
可能不少人看完《流浪地球2》都会想：这真的能实现吗？
但真实世界里，很多科技点早就走在路上了。
哪些科技正在现实中推进？
首先来看视觉效果燃爆了的太空电梯。
按照设想，太空电梯将通过缆绳连接地面和空间站，成为一个太空运输基础设施。
一旦成真，这意味着人类往返太空的成本将大大降低，而且还能更方便完成航天探索、清理太空垃圾甚至是太空旅行。
△《流浪地球 2》
其概念提出可以追溯到 1960 年。1975 年，科学家就对太空电梯进行了第一次工程分析，结果证明所需电梯缆绳材料的比强度，是当时任何材料都无法实现的。比强度是指材料的强度和密度之比。
按照目前的估计，太空电梯的缆绳材料的比强度应该至少是钢铁的50 倍。
△《流浪地球 2》
现如今，有很多学者在探索这一领域，加拿大瓦尼尔学院的物理学家斯蒂芬·科恩（Stephen Cohen）正是其中之一。他表示自己投身太空电梯研究已经快 20 年了。
斯蒂芬对太空电梯的动力学、缆绳形态等方面做了理论研究，在他的影响下，还有学生开发了能模拟太空电梯操作员进入太空的软件。
△截取自斯蒂芬论文
实际落地方面，日本大林组公司是代表之一。
他们于 2012 年正式启动太空电梯项目，拟耗资 100 亿美元，打造一个缆绳长约9. 6 万公里的升降机，可以穿过大气层在地表和太空中运送物资和人。
△《流浪地球 2》
目前他们正在进行缆绳材料的试验验证。此前已经验证了强度是钢铁数十倍的 CNT（碳纳米管），长期置于大气层中，会被原子状态的氧破坏。
不过 CNT 不会受到辐射影响，而且原子状态氧只存在于地表上空约 500 公里内的大气层中，所以大林组工程师表示，可以在更高处使用 CNT。
2021 年，他们开始尝试在 CNT 外面加上金属和硅进行保护。
按照计划，大林组的太空电梯将在 2025 年左右动工，缆绳预计在 2030 年建造。太空电梯将从重力和离心力相互平衡的 3.6 万公里处开始上升，完成缆绳的建设后，将用大约 1 年的时间建设宇宙空间站，最快在 2050 年投入运行。
利用电能，升降机将能以 200 公里时速移动，轿厢总长度约 144 米，定员 30 人。
△《流浪地球 2》
另一个科幻片常见元素——宇航员休眠，其实也是如今医学界重点关注的领域之一。
代表性事件是马里兰大学医学院已经实现了让患者处于“假死”状态，延长人体创伤修复的窗口期，为手术抢救最多争取 1 小时时间。
通过用冰生理盐水给人体降温，研究人员成功将患者体温控制在了 10℃以下，减缓人体新陈代谢的速度，并且在恢复正常后不对人体造成明显影响。
这意味着，通过低温我们有机会让人体进入“待机”模式，减少对能量的需要，同时为长途太空旅行创造机会。
比如从地球去土星就需要 5 年左右时间。这一过程会对人体造成很大危害，比如太空辐射、失重、长时间生活在密闭空间等。
欧洲航天局的科学家 Jennifer Ngo-Anh 表示，基于动物研究，已经可以验证冬眠能最大限度减少这些危害。
加拿大公司 SpaceWorks Enterprises 此前获得了 NASA 的资助，尝试开发一种“合成休眠（synthetic torpor）”的方法，理论上能让宇航员实现长达 14 天的休眠。
△来源 SpaceWorks Enterprises
而更接近于现实的，还是被大家称作是电影隐藏主角的MOSS。
△《流浪地球 2》
其底层技术量子计算机研发，咱们人类已经完成了第一阶段：实现量子优越性。
如 IBM、谷歌、微软等科技巨头，都在加速推进量子计算研究。
谷歌号称最早在量子计算机“悬铃木”上实现了量子优越，并在加州圣巴巴拉分校建立了谷歌量子 AI 实验室。
△谷歌量子 AI 实验室园区内
IBM 目前在全球已经拥有 20 多台量子计算机。去年 11 月，IBM 号称造出了迄今全球最大量子计算机“鱼鹰”（Osprey），拥有 433 个量子比特币。
国内，中科院潘建伟团队是量子计算的代表。他们先后在量子计算机“九章”、“祖冲之号”上实现量子优越性。
商业公司中，如阿里巴巴达摩院量子实验室，也成功设计并制造出两比特量子芯片，实现了单比特操控精度 99.97%，两比特 iSWAP 门操控精度最高达 99.72%。
相关数据显示，到 2031 年左右，有将近 8000 亿的市场规模将会直接与量子计算相关，全球 70% 的企业想在这方面做一些布局。
以谷歌、霍尼韦尔为代表的积极投入下，量子计算进入到探索如何解决实际应用中高难问题的 NISQ 阶段。国内以百度、图灵量子等机构则正在探索实际场景中的落地应用。
可以说量子计算落地已只差临门一脚了。
除此之外，电影中也多次 cue 到了核聚变。
无论是炸掉月球，还是行星发动机，基于的原理都是核聚变。
从当下来看，可控核聚变仍旧是难以攻克的难题，但是前景十分可观。
加上如今人类实现了核聚变净能量增益，让聚变反应产生的能量，比注入的能量还多，能量增益达 150%，可以说是离“人造太阳”更近一步了。
由于核聚变的主要燃料是氢的同位素氘和氚，几乎不产生碳排放，产生的长效放射性废料也少得多。从理论上讲，一小杯氢燃料就足以给一栋房子供电数百年。
之前的研究表明，海洋含有数亿吨的氘，如果当核聚变发电成真，仅一升的海水，就能产生相当于 300 升汽油的能量。
而氚虽然本身比较罕见，但能通过自然界中极为丰富的锂元素来反映获得，比较容易操作。
去年 1 月，被称为中国“人造太阳”的 EAST 运行时间首次突破 4 位数，实现了 1056 秒的长脉冲高参数等离子体运行。
英国牛津的核聚变技术 First Light Fusion 打造的超高速炮。可以用每秒 6.5 公里的速度（19 倍音速）向燃料靶发射弹丸，从而引爆核聚变。
这整个过程只花了不到 4500 万英镑，与传统的激光和磁性约束装置相比，成本是它们的千分之一。
与此同时，可控核聚变商业化也备受关注起来，如腾讯、米哈游等公司都开始投资。
最后要说的，则是让人感到有些细思极恐的数字生命了。
它将人的意识植入到机器中，并依靠超强算力的量子计算机，实现了“永生”。
现在的技术，已经在尝试将人类或动物大脑和计算机相连，建立一种不依赖于常规大脑信息输出的通路——即脑机接口。
比如意念打字、缸中之脑等，都多次引发热议。
马斯克也表示已经把自己的大脑上传到云端，还要和虚拟版的自己成为伙伴。而电影里，刘德华饰演的图恒宇，最后就把丫丫的大脑数据上传到了 550W 上……
如上几方面，就是电影中科幻照进现实非常代表性的几个方面。
有的已经离应用落地不远，有的还需要多年探索。
制作过程科技浓度也超高
回归电影本身的制作过程，更是一场科技盛宴。
比较为人熟知的是制作组利用 AI 对李雪健老师的声音进行修复。
李雪健今年已经 68 岁，因为鼻咽癌，声带和听力都受到影响，在预告里能明显看出老人家说话很吃力、含糊不清。
但“小破球”制作组解决了这个问题：他们用 AI 修复了李雪健的原声，台词句句清晰且铿锵有力；协助这位老戏骨再度献上神级表演。
这也得到了网友们的连连称赞：
此外，AI 的应用还体现在角色换脸上。
由于电影内容贯穿主演几十年的变化，所以制作组通过 Deepfake 给演员换脸，实现了年龄上的跨越。
导演郭帆和 up 主@影视飓风介绍说，人的面部随着年龄变化，不仅仅是增加了皱纹，骨骼也会发生改变，靠化妆加上简单的后期晕染，效果可能不够自然。
在预算等因素的限制下（不愧是小破球），最终他们启用了基于 Deepfake 开源算法二次开发的方案，用目标演员的海量素材训练 AI，来替换拍摄素材。
最后，AI 在不同镜头下，帮制作组完成三成到七成的工作；剩下的则靠人工手动调节完成。据片方人员介绍，这样省时省力又省钱。
这边用技术“以假乱真”，另一边，在很多我们以为是“假”的地方上，制作组用的却是真家伙。
比如开头提的外骨骼机器人，就是机器人科技公司傲鲨智能的产品。
傲鲨智能表示，现实版外骨骼已在多个场景中落地，而且全身外骨骼已在小批量生产，后续将推出民用产品。
而电影中的挖掘机、起重机等，是徐工集团专门根据导演组要求，用自家机器改装出来的。
△图源：微博@国资小新；左为现实版，右为电影版
还有出镜率超高的各种移动机器人，也都是实际产品，由优艾智合机器人提供。
除了各方技术支持外，《流浪地球2》的科学顾问也是天团级别——直接找到中科院的大佬们。
据悉，这些受邀的科学家涉及多个领域，他们分为理论物理、天文、地球科学、人工智能、基础材料、航空航天等组别。
比如最近手绘《流浪地球2》科普的中科院计算技术研究所研究员王元卓，就是顾问之一。
△图源：微博@王元卓
在他们的支持下，影片中数字生命部分电脑上的代码、图恒宇家里墙壁上的公式，都是真的。
以及月球核爆用相控阵来实现，据说也是中科院物理所大大们手推公式验证过的……
就连科学家们的生活习惯，制作组都“力求还原”，甚至半夜给顾问大佬打电话：如果两个顶级科学家一起坐电梯，他们会聊点啥？
One More Thing
不得不说，三个小时的电影，彩蛋盘点至少得看好几天。
就连刘慈欣走出影院都得说一句：每次都能发现新细节。
电影中的很多科幻元素，取材于大刘的不同作品。
太空电梯是和《三体》原著的联动；在月球上布设核弹的情节《吞食者》中就有出现，不过在这部作品中月球只是被推走了，没有炸掉。
数字生命的概念，则来自大刘从未出版的科幻处女作《中国 2185》。
这部小说构建了一个 2185 年的世界，那时社会老龄化问题严重，老人（100 岁+）可以保留电子化的大脑思维生活在数码世界里，实现“永生”。
更耐人寻味的是，这本书中提及的许多概念，都和当下的真实生活有所对应。
比如万物互联——互联网/物联网；备份记忆——数据备份；病毒原理式信息武器——逻辑炸弹；CPU 计算硬件资源的分配与争夺——算力资源紧张……
如果是现在翻看，恐怕难以辨认这到底是科幻作品还是现实小说了。
不过，也不是没有“破绽”——因为《中国 2185》的世界里，结婚离婚还要插磁盘。
但这情有可原，毕竟作品的最后一句话是：1989. 2.15 于娘子关。
参考链接：
[1]https://theengineerspulse.blogspot.com/p/space-elevator.html
[2]https://voices.vaniercollege.qc.ca/vanier-researcher-profile-stephen-cohen/
[3]https://www.keguanjp.com/kgjp_keji/kgjp_kj_sea/pt20211012000004.html
