《阿麗塔：戰(zhàn)斗天使》無疑是《流浪地球》之后，最令國內(nèi)幻迷期待的科幻大片。

在引爆了全世界的媒體輿論后，這部“卡神”十年磨一劍的科幻電影，不但為觀眾們奉上了一場想象力與視覺藝術(shù)的豪華盛宴，同時也對科學(xué)技術(shù)在未來的發(fā)展與應(yīng)用做出了精彩的演繹。

而在這浪漫瑰麗的幻想背后，支持戰(zhàn)斗天使的科學(xué)現(xiàn)實(shí)又是怎樣的呢？

一、繪 夢

《阿麗塔：戰(zhàn)斗天使》的緣起，可以追溯到1999年，公元第二個千年的最后時刻。

那一年的科幻影壇，由橫空出世的《黑客帝國》與歷久彌新的《星球大戰(zhàn)》所統(tǒng)治。而早已憑借《泰坦尼克號》一片加冕“世界之王”的詹姆斯·卡梅隆，也正摩拳擦掌準(zhǔn)備再大干一場。

恰在此時，一位深愛幻想藝術(shù)的墨西哥同行，向卡梅隆推薦了一部日本科幻漫畫——由木城幸人（也譯作木城雪戶）繪制的《銃夢》。

《銃夢》的漫畫封面

而早已因《異形2》和《終結(jié)者》系列與科幻文化結(jié)下不解之緣的卡梅隆，迅速被這部科幻經(jīng)典作品深深吸引。其中最令他念念不忘的，就是堅強(qiáng)美麗的女主角——阿麗塔（Alita，日本原版中名為Gally）。凝視著紙面上這位散發(fā)著強(qiáng)悍美感的鋼鐵天使，已至不惑之年的卡梅隆打定主意，要將她帶上銀幕。

然而在完成了劇本初稿后，卡梅隆立刻意識到，想要完美呈現(xiàn)木城先生筆下的科幻畫面，目前的技術(shù)條件遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。無奈之下，他只好先撿起自己之前創(chuàng)作的另一個科幻劇本，通過艱苦煩瑣的拍攝工作，一步一步地攀登視覺藝術(shù)的技術(shù)巔峰。

這部“技術(shù)驗(yàn)證片”，就是震驚世界的《阿凡達(dá)》。

隨著卡梅隆對電影技術(shù)的不斷探索，以及相關(guān)科學(xué)技術(shù)本身的突飛猛進(jìn)，《銃夢》中那個看似荒涼卻又瑰麗的世界，終于迎來了與觀眾見面的曙光。雖然因?yàn)槊τ凇栋⒎策_(dá)》的續(xù)集制作而無暇親自執(zhí)導(dǎo)，但卡梅隆依然依靠自己強(qiáng)大的影響力，為《阿麗塔》召集了一個豪華的制作團(tuán)隊(duì)——《罪惡之城》的導(dǎo)演、《黑客帝國》的攝影、《瘋狂麥克斯：狂暴之路》的配樂，以及著名的維塔特效團(tuán)隊(duì)紛紛加入了這場想象力的狂歡之中。

轉(zhuǎn)眼到了《阿凡達(dá)》上映后的第十個年頭，二十年前那個向卡梅隆推薦《銃夢》的墨西哥“漫畫宅”——吉爾莫·德爾·托羅已經(jīng)憑借著《水形物語》橫掃了奧斯卡頒獎典禮，而《阿麗塔》也經(jīng)過了漫長的準(zhǔn)備，正式登上了全世界的銀幕。

鋼鐵天使，降臨人間。

二、機(jī) 魂

當(dāng)阿麗塔在銀幕上操縱著鋼筋鐵骨獨(dú)步江湖，憑借精湛的機(jī)甲武術(shù)（Panzer Kunst）如戰(zhàn)斗天使般力克強(qiáng)敵時，一個帶有些許期待的疑問隱約涌上了觀眾們的心頭——在銀幕外的真實(shí)世界中，這些驚人的科幻設(shè)想演繹，究竟有多少真實(shí)成分呢？

要回答這個問題，就得從阿麗塔本人說起了。

在影片的開場部分，當(dāng)伊德（Ido）博士從廢棄的垃圾殘骸中翻出了阿麗塔的殘軀，并將其修復(fù)喚醒之后，哪怕是對科幻概念一無所知的“萌新”觀眾都能看明白，阿麗塔是一位有著機(jī)械身體的改造人（Cyborg）。

從《星球大戰(zhàn)》中的天行者父子到《攻殼機(jī)動隊(duì)》中的草薙素子，在科幻的藝術(shù)殿堂里，“人機(jī)合一”的改造人藝術(shù)形象簡直多如星辰。

然而，出乎很多幻迷意料的是，改造人這一概念，并非源自科幻領(lǐng)域。

早在1960年，當(dāng)26歲的加加林仍在莫斯科接受航天員訓(xùn)練時，一篇展望人類進(jìn)入太空后通過外接機(jī)械設(shè)備適應(yīng)極端環(huán)境的論文便悄然問世。這篇名為Cyborgs and Space的論文，正式將控制論（Cybernetic）與生命體（Organism）兩個單詞合二為一，從科學(xué)的角度確立了改造人（Cyborg）的概念。

很快，帶著對神經(jīng)科學(xué)發(fā)展的樂觀期待，一向以腦洞清奇、盛產(chǎn)“黑科技”著稱的美國國防部先進(jìn)研究項(xiàng)目局（DARPA），聯(lián)合加州大學(xué)洛杉磯分校（UCLA）進(jìn)行了一個合作項(xiàng)目。旨在通過對腦電圖（Electroencephalogram, EEG）的信號分析，來研究思維活動的機(jī)制，并以此為基礎(chǔ)，讓作戰(zhàn)人員直接通過腦電信號操縱軍用裝備，進(jìn)入“人機(jī)合一”的狀態(tài)。

這個項(xiàng)目，便是腦機(jī)接口（Brain-Computer Interface, BCI）技術(shù)的發(fā)端。

所謂腦機(jī)接口，從概念上理解，就是一整套通過電生理學(xué)（Electrophysiology）技術(shù)采集大腦神經(jīng)活動，再經(jīng)過電腦處理分析，最終輸出電子信號給外部設(shè)備的系統(tǒng)。

但相比于理想化的概念設(shè)計，在實(shí)際的科學(xué)技術(shù)發(fā)展中，最大的困難永遠(yuǎn)都是具體操作中一個又一個的細(xì)節(jié)問題。

人類的大腦由大約860億神經(jīng)細(xì)胞組成，負(fù)責(zé)傳遞、加工信息的神經(jīng)元（Neuron）大約占據(jù)了其中的十分之一。這些造型獨(dú)特的神經(jīng)細(xì)胞，會伸出細(xì)長的樹突（信息輸入）與軸突（輸出信息），與其他神經(jīng)元形成上百甚至上千個名為突觸（Synapse）的信息交流結(jié)構(gòu)。當(dāng)一個神經(jīng)元從樹突上接收、匯集的興奮性刺激足夠強(qiáng)烈時，這個神經(jīng)元就會如雷云般爆發(fā)出一個波形極為尖銳的“動作電位”。隨后，這個動作電位將會以脈沖的形式沿著軸突飛速傳輸，最終刺激軸突末梢的突觸分泌各種“神經(jīng)遞質(zhì)”，將信息轉(zhuǎn)交給下游的神經(jīng)元。

可以說，每個神經(jīng)元都只是對輸入刺激進(jìn)行匯總與反應(yīng)的簡單元件，根本不可能“理解”自己所處理的信息。但正如簡單的石塊組合在一起就能夠建成壯美的神殿，無數(shù)功能簡單的神經(jīng)元連接在一起，就構(gòu)成了大腦神經(jīng)運(yùn)算的網(wǎng)絡(luò)。因此，如果能讀取這些神經(jīng)元的電信號，那么我們就能在深不見底的“腦?！敝懈Q得靈魂巨龍的一鱗半爪。

于是，科學(xué)家們將包有絕緣涂層的金屬電極刺入實(shí)驗(yàn)動物的大腦之中，用電極尖端裸露的金屬位點(diǎn)記錄臨近神經(jīng)元的電活動。在這些二十世紀(jì)后半葉興起的研究中，科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)，很多神經(jīng)元的活動模式與特定的輸入刺激或者輸出行為高度相關(guān)。比如說，在視覺皮層里，有的神經(jīng)元就只對視野中特定位置、特定朝向的線條刺激起反應(yīng)，而另一些神經(jīng)元，則更加“偏愛”別的角度。

但是，僅憑單獨(dú)一根金屬電極，科學(xué)家即便在運(yùn)氣最好的情況下，能夠同時記錄的神經(jīng)元數(shù)目也屈指可數(shù)。于是，科學(xué)家和工程師們采用最“簡單粗暴”的思路，造出了酷似“微型釘板”的電極陣列，大大增加了能同時記錄的神經(jīng)元數(shù)量。雖然相對于大腦無比復(fù)雜的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)來說，這樣幾十上百個神經(jīng)元的信號，仍然不過滄海一粟，未必能解釋多少神經(jīng)系統(tǒng)的工作機(jī)制，但是對于腦機(jī)接口來說，已經(jīng)可以簡單操縱一些設(shè)備了。

當(dāng)然，想要獲得這樣“高清無損”的神經(jīng)元信號，就需要將電極長期埋置進(jìn)大腦之中。這個問題，對于實(shí)驗(yàn)動物來說倒也罷了，但如果用在人類身上，就有著相當(dāng)大的手術(shù)與感染風(fēng)險。因此，目前這種侵入式腦機(jī)接口，對人類來說，只會用于個別重度癱瘓的患者。

更麻煩的是，在把電極陣列插進(jìn)腦子里之后，想要真正依靠神經(jīng)活動操縱機(jī)械臂或者屏幕上的光標(biāo)，還需要受試者與分析程序進(jìn)行長期的配合訓(xùn)練。此外，這樣由電腦對有限的少數(shù)神經(jīng)元信號分析后輸出的運(yùn)動指令，往往只是幾個引導(dǎo)機(jī)械臂工作的空間維度與關(guān)節(jié)角度信息，“帶寬”極其有限，與我們平時不假思索地“如臂使指”有著天壤之別。

而相比于多少可以“勤能補(bǔ)拙”的輸出信號，如何向大腦有效地輸入反饋信息，才是最令腦機(jī)接口專家們頭疼的難題。

我們在運(yùn)動時，需要時時刻刻根據(jù)各種反饋信息來調(diào)整動作。當(dāng)我們早上起來擠牙膏時，協(xié)助我們拿捏力道的就是觸覺的反饋信息；而當(dāng)我們閉著眼睛也能用手指準(zhǔn)確摸到鼻尖時，指引運(yùn)動的就是本體感覺。但時至今日，我們對大腦如何表征、感知各種輸入信息，依然有許多問題有待探明，更不用說向大腦準(zhǔn)確輸入人工刺激了。因此，現(xiàn)在的侵入式腦機(jī)接口，往往只能讓受試者單憑目視來確定移動的效果，即便通過電極放電模擬了一點(diǎn)兒觸覺反饋，也遠(yuǎn)不足以支持精細(xì)的操作。

相比于通過電極陣列采集神經(jīng)元動作電位的侵入式腦機(jī)接口，還有一類利用頭皮電極的非侵入式腦機(jī)接口。當(dāng)年DARPA搞的首個腦機(jī)接口項(xiàng)目，就是非侵入式的。這樣的好處顯然是免去了很多手術(shù)的風(fēng)險，任何人都可以用，但缺點(diǎn)同樣很突出——如果說侵入式腦機(jī)接口是用一個個湊到神經(jīng)元嘴邊的話筒去錄它們的悄悄話，那么非侵入式腦機(jī)接口就是在大樓頂上掛一個麥克風(fēng)，然后隔著天花板去聽底下聚會的一大群人嗡嗡作響，根本不可能記錄到精確的神經(jīng)活動，只能捕捉到一些大而化之的神經(jīng)元群體電位變化總和。

正因?yàn)橛兄@樣致命的弱點(diǎn)，非侵入式腦機(jī)接口主要的“玩法”，是配合眼動儀追蹤的使用者注視點(diǎn)，來判斷所注視的圖片或者字母是不是他們心中想要表達(dá)的那一個——簡單來說，就是“用眼睛打字”。

現(xiàn)有的腦機(jī)接口技術(shù)，不管是采集的神經(jīng)元信息，還是反饋的精度，甚至設(shè)備的硬件尺寸，都與《阿麗塔》一片中的未來科技有著天壤之別。盡管我們都想實(shí)現(xiàn)電影中隨心所欲操縱機(jī)械的夢想，但科學(xué)技術(shù)的發(fā)展從來都沒有捷徑。目前腦機(jī)接口所能做到的，就是通過電腦程序的分析運(yùn)算，從數(shù)量或精度極其有限的神經(jīng)電信號中，為身體活動不便的使用者釋放出那只被潛水鐘囚禁的蝴蝶①。

① 《潛水鐘與蝴蝶》是2007年在法國上映的劇情片，該片講述讓·多米尼克·鮑比突發(fā)血管疾病陷入深度昏迷，身體機(jī)能遭到嚴(yán)重?fù)p壞后用眼皮與世界交流的故事。

但對于那些靈魂被自身失靈肉體禁錮的患者來說，哪怕這一點(diǎn)點(diǎn)科技進(jìn)步，都已是堪比天使降臨的福音。

三、天 梯

有些看似捷徑的道路，走起來卻無比艱險。

除了腦機(jī)接口之外，在影片的前期，另一個同屬“高難度捷徑”的科技概念，同樣以鏡頭語言直接傳達(dá)了出來——任何對科學(xué)或科幻有所涉獵的觀眾，都不難看出，那個懸浮在眾人頭上天空之城“薩雷姆（Zalem）”，實(shí)際上就是一部太空電梯的地面殘端。

在原著漫畫《銃夢》中，這個不言自明的設(shè)定是推動劇情發(fā)展的重要伏筆。早在故事發(fā)生之前許久，人類就因小行星撞擊地球而遭受了文明浩劫。但是當(dāng)殘存的人類重拾科技與文明后，卻完全放棄了恢復(fù)地球生態(tài)的打算，轉(zhuǎn)而以冷酷的法西斯式極權(quán)，開始了集中一切資源向太空殖民的發(fā)展道路，并為了適應(yīng)太空的環(huán)境，而大力發(fā)展了改造人技術(shù)。隨著太空電梯的建成，人類在太陽系的多個行星上建立了殖民地，甚至造出了五艘恒星際殖民飛船。主角們居住的“廢鐵城”，就曾是有著“星之城”美譽(yù)的巨型航天工業(yè)基地，而位于太空電梯下端的“薩雷姆”，則是為亞光速殖民飛船測試、選拔世代航行船員的社會學(xué)試驗(yàn)場。

懸浮在廢鐵鎮(zhèn)上空的薩雷姆

然后，一場橫跨太陽系的人類內(nèi)戰(zhàn)爆發(fā)了。待一切平息之后，地面的人類已然忘記了自己的歷史，太空中高度異化的人類文明則斷絕了與地面的交流。當(dāng)歷史轉(zhuǎn)到電影故事發(fā)生的時刻，曾經(jīng)的“星之城”已經(jīng)淪為了負(fù)責(zé)供養(yǎng)“薩雷姆”運(yùn)轉(zhuǎn)的“廢鐵城”，至于看似高高在上的“薩雷姆”，也已無法聯(lián)系上電梯另一端的宇宙殖民地，成了與世隔絕的人性地獄。

當(dāng)然，作為和改造人同樣經(jīng)典的科幻概念，太空電梯也頻繁出現(xiàn)于各種各樣的科幻作品中。但最早提出這一概念的，并非幻迷們耳熟能詳?shù)陌⑸.克拉克，而是豪邁地說出“地球是人類的搖籃，但人類不可能永遠(yuǎn)被束縛在搖籃里”的著名航天科學(xué)先驅(qū)——齊奧爾科夫斯基。

1895年，正值盛年的齊奧爾科夫斯基游歷巴黎，受到埃菲爾鐵塔的啟發(fā)，產(chǎn)生了在赤道上建造太空電梯的大膽設(shè)想。在他之后，一代又一代的科學(xué)家們對這個概念進(jìn)行了更加深入的思考與論證，最終誕生了我們現(xiàn)在所知的太空電梯設(shè)計。

和很多人的直觀印象不同，太空電梯并非一座拔地而起的“通天塔”，而是一根從靜止同步軌道上垂下來的“天梯”。因此，太空電梯的地面端是不必固定在地面的，完全可以像“薩雷姆”那樣，成為一個懸浮在大氣層中的空中平臺。而為了平衡電梯本身的重量，太空電梯還會向著靜止同步軌道之上更加深遠(yuǎn)的太空繼續(xù)延伸，并在末端建立一個相當(dāng)于“平衡配重”的空間站，從而把整個系統(tǒng)的重心穩(wěn)定在赤道上空的靜止同步軌道上。

從這個設(shè)計本身就可以看出，建設(shè)太空電梯最大的難點(diǎn)，就是找到一種足夠輕便但又具備極強(qiáng)抗拉性能的超級材料，保證太空電梯不會被自身的重量拉斷。

在相當(dāng)長的時間里，這樣的材料都只能出現(xiàn)于材料科學(xué)家們最奔放的睡夢中。然而隨著納米技術(shù)的不斷發(fā)展，碳納米管的出現(xiàn)，讓這個夢想朝著現(xiàn)實(shí)的方向邁出了重要的一步。

有關(guān)碳納米管的驚人抗拉強(qiáng)度，大劉在《三體》中用一場“古箏行動”為我們進(jìn)行了最精彩的演繹。然而，現(xiàn)有的研究技術(shù)還無法讓碳納米管在宏觀尺度上實(shí)現(xiàn)如此驚人的效果，不要說用來造太空電梯，就是把長度做到肉眼可見都頗為不易。

因此，現(xiàn)在工業(yè)界對碳納米管的應(yīng)用，主要是將零碎不成型的碳納米管混入各種復(fù)合材料之中，用以提升其機(jī)械性能。科研應(yīng)用方面，科學(xué)家與工程師們也主要看重它獨(dú)特的理化性質(zhì)，打算利用它來操控、建造其他納米結(jié)構(gòu)體。

不過，令人稱奇的是，人類可能早在現(xiàn)代科技出現(xiàn)之前就無意中造出了碳納米管。

因?yàn)楣适轮形拿鞯姆磸?fù)興衰與“薩雷姆”對地面的絕對統(tǒng)治，“廢鐵城”雖然保留了人體機(jī)械化改造這樣的高科技，卻被嚴(yán)格禁止了槍械的制造與使用。因此，包括阿麗塔本人在內(nèi)的一眾改造人戰(zhàn)士，都只能用鐵甲鋼拳進(jìn)行刺刀見紅的近身搏殺。而阿麗塔本人慣用的武器，就是一把用未來科技重新打造的大馬士革刀（Damascus Blade）。

換上戰(zhàn)斗義體、手握大馬士革刀的阿麗塔

有趣的是，這把削金斷玉的神兵利刃，卻有著實(shí)打?qū)嵉默F(xiàn)實(shí)原型。

早在中世紀(jì)時，西亞戰(zhàn)士們手中由北印度烏茲（Wootz）鋼打造的戰(zhàn)刀，就以其卓越的機(jī)械性能，給十字軍騎士們留下了極為深刻的印象。這種刀身帶有細(xì)密條帶狀紋路的戰(zhàn)刀，就是價值連城的大馬士革刀。

時至今日，烏茲鋼的礦脈早已開采一空，將其打造為絕世名刀的技術(shù)也隨之失傳。但是，當(dāng)科學(xué)家們用電子顯微鏡掃描這些珍貴的寶刀時，卻赫然在其中發(fā)現(xiàn)了酷似現(xiàn)代碳納米管的微觀結(jié)構(gòu)。大馬士革刀的失落已久的秘密，被現(xiàn)代科學(xué)揭開了一角。

科學(xué)的發(fā)展，永遠(yuǎn)充滿驚喜和意外。

四、降 世

不管是操縱鋼鐵之軀打出機(jī)甲武術(shù)的超級腦機(jī)接口，還是貫通天地的太空電梯，目前都依然是基于科學(xué)的浪漫幻想。我們在現(xiàn)實(shí)中所擁有的科技，不過是幻想天使遺落凡塵的吉光片羽。

但是，只要我們依然會抬頭仰望未知的天空、依然能向前踏出探索的腳步，那么科學(xué)的發(fā)展就會給我們帶來一個又一個驚人的奇跡，幻想中的鋼鐵天使終將真正降臨世間。

而從此擺脫了地球環(huán)境與肉體凡胎束縛的人類文明，必將如齊奧爾科夫斯基所預(yù)言的那樣，走出搖籃、終結(jié)童年、踏入群星之間。

本文刊登于《科幻世界》2019年3月刊