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《阿麗塔：戰斗天使》無疑是《流浪地球》之后，最令國內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的豪華盛宴，同時也對科學技術在未來的發展與應用做出了精彩的演繹。

而在這浪漫瑰麗的幻想背后，支持戰斗天使的科學現實又是怎樣的呢？

一、繪 夢

《阿麗塔：戰斗天使》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》所統治。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，也正摩拳擦掌準備再大干一場。

恰在此時，一位深愛幻想藝術的墨西哥同行，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《終結者》系列與科幻文化結下不解之緣的卡梅隆，迅速被這部科幻經典作品深深吸引。其中最令他念念不忘的，就是堅強美麗的女主角——阿麗塔（Alita，日本原版中名為Gally）。凝視著紙面上這位散發著強悍美感的鋼鐵天使，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，想要完美呈現木城先生筆下的科幻畫面，目前的技術條件遠遠不夠。無奈之下，他只好先撿起自己之前創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的技術巔峰。

這部“技術驗證片”，就是震驚世界的《阿凡達》。

隨著卡梅隆對電影技術的不斷探索，以及相關科學技術本身的突飛猛進，《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。雖然因為忙于《阿凡達》的續集制作而無暇親自執導，但卡梅隆依然依靠自己強大的影響力，為《阿麗塔》召集了一個豪華的制作團隊——《罪惡之城》的導演、《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隊紛紛加入了這場想象力的狂歡之中。

轉眼到了《阿凡達》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·托羅已經憑借著《水形物語》橫掃了奧斯卡頒獎典禮，而《阿麗塔》也經過了漫長的準備，正式登上了全世界的銀幕。

鋼鐵天使，降臨人間。

二、機 魂

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

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械身體的改造人（Cyborg）。

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

然而，出乎很多幻迷意料的是，改造人這一概念，并非源自科幻領域。

早在1960年，當26歲的加加林仍在莫斯科接受航天員訓練時，一篇展望人類進入太空后通過外接機械設備適應極端環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，從科學的角度確立了改造人（Cyborg）的概念。

很快，帶著對神經科學發展的樂觀期待，一向以腦洞清奇、盛產“黑科技”著稱的美國國防部先進研究項目局（DARPA），聯合加州大學洛杉磯分校（UCLA）進行了一個合作項目。旨在通過對腦電圖（Electroencephalogram, EEG）的信號分析，來研究思維活動的機制，并以此為基礎，讓作戰人員直接通過腦電信號操縱軍用裝備，進入“人機合一”的狀態。

這個項目，便是腦機接口（Brain-Computer Interface, BCI）技術的發端。

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

但相比于理想化的概念設計，在實際的科學技術發展中，最大的困難永遠都是具體操作中一個又一個的細節問題。

人類的大腦由大約860億神經細胞組成，負責傳遞、加工信息的神經元（Neuron）大約占據了其中的十分之一。這些造型獨特的神經細胞，會伸出細長的樹突（信息輸入）與軸突（輸出信息），與其他神經元形成上百甚至上千個名為突觸（Synapse）的信息交流結構。當一個神經元從樹突上接收、匯集的興奮性刺激足夠強烈時，這個神經元就會如雷云般爆發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“神經遞質”，將信息轉交給下游的神經元。

可以說，每個神經元都只是對輸入刺激進行匯總與反應的簡單元件，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，無數功能簡單的神經元連接在一起，就構成了大腦神經運算的網絡。因此，如果能讀取這些神經元的電信號，那么我們就能在深不見底的“腦海”之中窺得靈魂巨龍的一鱗半爪。

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

但是，僅憑單獨一根金屬電極，科學家即便在運氣最好的情況下，能夠同時記錄的神經元數目也屈指可數。于是，科學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元數量。雖然相對于大腦無比復雜的神經網絡來說，這樣幾十上百個神經元的信號，仍然不過滄海一粟，未必能解釋多少神經系統的工作機制，但是對于腦機接口來說，已經可以簡單操縱一些設備了。

當然，想要獲得這樣“高清無損”的神經元信號，就需要將電極長期埋置進大腦之中。這個問題，對于實驗動物來說倒也罷了，但如果用在人類身上，就有著相當大的手術與感染風險。因此，目前這種侵入式腦機接口，對人類來說，只會用于個別重度癱瘓的患者。

更麻煩的是，在把電極陣列插進腦子里之后，想要真正依靠神經活動操縱機械臂或者屏幕上的光標，還需要受試者與分析程序進行長期的配合訓練。此外，這樣由電腦對有限的少數神經元信號分析后輸出的運動指令，往往只是幾個引導機械臂工作的空間維度與關節角度信息，“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，才是最令腦機接口專家們頭疼的難題。

我們在運動時，需要時時刻刻根據各種反饋信息來調整動作。當我們早上起來擠牙膏時，協助我們拿捏力道的就是觸覺的反饋信息；而當我們閉著眼睛也能用手指準確摸到鼻尖時，指引運動的就是本體感覺。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，更不用說向大腦準確輸入人工刺激了。因此，現在的侵入式腦機接口，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兒觸覺反饋，也遠不足以支持精細的操作。

相比于通過電極陣列采集神經元動作電位的侵入式腦機接口，還有一類利用頭皮電極的非侵入式腦機接口。當年DARPA搞的首個腦機接口項目，就是非侵入式的。這樣的好處顯然是免去了很多手術的風險，任何人都可以用，但缺點同樣很突出——如果說侵入式腦機接口是用一個個湊到神經元嘴邊的話筒去錄它們的悄悄話，那么非侵入式腦機接口就是在大樓頂上掛一個麥克風，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活動，只能捕捉到一些大而化之的神經元群體電位變化總和。

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

現有的腦機接口技術，不管是采集的神經元信息，還是反饋的精度，甚至設備的硬件尺寸，都與《阿麗塔》一片中的未來科技有著天壤之別。盡管我們都想實現電影中隨心所欲操縱機械的夢想，但科學技術的發展從來都沒有捷徑。目前腦機接口所能做到的，就是通過電腦程序的分析運算，從數量或精度極其有限的神經電信號中，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·鮑比突發血管疾病陷入深度昏迷，身體機能遭到嚴重損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，哪怕這一點點科技進步，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了出來——任何對科學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，這個不言自明的設定是推動劇情發展的重要伏筆。早在故事發生之前許久，人類就因小行星撞擊地球而遭受了文明浩劫。但是當殘存的人類重拾科技與文明后，卻完全放棄了恢復地球生態的打算，轉而以冷酷的法西斯式極權，開始了集中一切資源向太空殖民的發展道路，并為了適應太空的環境，而大力發展了改造人技術。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”美譽的巨型航天工業基地，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試驗場。

懸浮在廢鐵鎮上空的薩雷姆

然后，一場橫跨太陽系的人類內戰爆發了。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。當歷史轉到電影故事發生的時刻，曾經的“星之城”已經淪為了負責供養“薩雷姆”運轉的“廢鐵城”，至于看似高高在上的“薩雷姆”，也已無法聯系上電梯另一端的宇宙殖民地，成了與世隔絕的人性地獄。

當然，作為和改造人同樣經典的科幻概念，太空電梯也頻繁出現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的阿瑟·C.克拉克，而是豪邁地說出“地球是人類的搖籃，但人類不可能永遠被束縛在搖籃里”的著名航天科學先驅——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，產生了在赤道上建造太空電梯的大膽設想。在他之后，一代又一代的科學家們對這個概念進行了更加深入的思考與論證，最終誕生了我們現在所知的太空電梯設計。

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的太空繼續延伸，并在末端建立一個相當于“平衡配重”的空間站，從而把整個系統的重心穩定在赤道上空的靜止同步軌道上。

從這個設計本身就可以看出，建設太空電梯最大的難點，就是找到一種足夠輕便但又具備極強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。

在相當長的時間里，這樣的材料都只能出現于材料科學家們最奔放的睡夢中。然而隨著納米技術的不斷發展，碳納米管的出現，讓這個夢想朝著現實的方向邁出了重要的一步。

有關碳納米管的驚人抗拉強度，大劉在《三體》中用一場“古箏行動”為我們進行了最精彩的演繹。然而，現有的研究技術還無法讓碳納米管在宏觀尺度上實現如此驚人的效果，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，現在工業界對碳納米管的應用，主要是將零碎不成型的碳納米管混入各種復合材料之中，用以提升其機械性能。科研應用方面，科學家與工程師們也主要看重它獨特的理化性質，打算利用它來操控、建造其他納米結構體。

不過，令人稱奇的是，人類可能早在現代科技出現之前就無意中造出了碳納米管。

因為故事中文明的反復興衰與“薩雷姆”對地面的絕對統治，“廢鐵城”雖然保留了人體機械化改造這樣的高科技，卻被嚴格禁止了槍械的制造與使用。因此，包括阿麗塔本人在內的一眾改造人戰士，都只能用鐵甲鋼拳進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，卻有著實打實的現實原型。

早在中世紀時，西亞戰士們手中由北印度烏茲（Wootz）鋼打造的戰刀，就以其卓越的機械性能，給十字軍騎士們留下了極為深刻的印象。這種刀身帶有細密條帶狀紋路的戰刀，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也隨之失傳。但是，當科學家們用電子顯微鏡掃描這些珍貴的寶刀時，卻赫然在其中發現了酷似現代碳納米管的微觀結構。大馬士革刀的失落已久的秘密，被現代科學揭開了一角。

科學的發展，永遠充滿驚喜和意外。

四、降 世

不管是操縱鋼鐵之軀打出機甲武術的超級腦機接口，還是貫通天地的太空電梯，目前都依然是基于科學的浪漫幻想。我們在現實中所擁有的科技，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，那么科學的發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言的那樣，走出搖籃、終結童年、踏入群星之間。

本文刊登于《科幻世界》2019年3月刊