专访《流浪地球2》科学顾问:月球如何“自己炸自己”?

DeepTech深科技 2023-01-25 10:12

“没有人的文明,毫无意义。”这是《流浪地球 2》中的一句台词。1 月 22 日大年初一,电影如期上映。而在三天前,作为该片科学顾问之一的崔原豪博士,已经提前观看科学家的点映专场。博士毕业于北邮通信专业的他,参与了概念设计和完善影片世界观等工作。

图 | 右一为崔原豪(来源:崔原豪)

电影主要有三组人物:以图恒宇、图丫丫和马兆为主的技术支持者(科学家)、以刘培强和张鹏为主的实际操作者(航天员)、以及以周喆直和郝晓晞为主的高层决策者(外交官)。本文将先从科学家这一部分讲起。

图 | 片场一角(来源:资料图

图恒宇:拯救地球的技术支持者

影片最感人的部分之一莫过于量子科学家图恒宇,为因车祸去世的女儿图丫丫所打造的数字生命。图恒宇的研究方向是数字生命和数字世界,即探索数字生命是否能实现。因此,准确来讲他的定位是一名数字世界架构师。

他所在的北京数字生命研究所,负责设计 550 系列量子计算机。最初版本是 550A,当太空危机来临时已经迭代到 550C 和 550W。后期,当 UEG(United Earth Government)联合政府伦理委员会禁止数字生命计划之后,图恒宇和他的领导马兆开始转向并完全聚焦于设计 550W。

而图恒宇私下的最大愿望,是做出一个真的数字生命。后来,他果真让女儿图丫丫成为第一个拥有数字生命的人,她拥有意识并能与现实世界互动,当然图恒宇也因此一度入狱。

具体来说,他把图丫丫的思维上传到数字生命载体中,通过 550A 的算力赋予图丫丫两分钟的生命。为什么只有两分钟?因为 550A 的算力有限。这里的限制在于,数字生命本身需要环境感知,以及对历史记忆产生认知,而认知会产生情绪,情绪会感知人的行为。

所以图恒宇在“制作”生命时,不仅要考虑图丫丫的历史记忆问题,也要考虑当前的环境状态。一开始由于 550A 的算力缺乏,导致无法生成一个完美的数字世界,这会带来数字世界的崩溃,从而让图丫丫的意识出现问题,所以她当时的第一反应是周围好黑,其实这是数字生命进入自我保护状态的表现。

而当算力变强之后,数字世界也会更加拟真和稳定。这时,图丫丫的数字生命就能更稳定地和外界交流,寿命也能延长到 70 年。

图 | 片场一角(来源:资料图)

借助图丫丫的数字生命,图恒宇得以在关键时刻启动互联网根服务器。电影中,人类必须同时重启全球发动机,因此需要一个时间同步系统。但是时间非常紧急,所以当时最有可能的同步系统就是:利用此前已经设计好的发动机的同步专用网络。事实上,这也是图恒宇依赖原有互联网架构所做的预案。

当利用同步网络去重启发动机时,就得同时重启全球互联网。作为一个专网,同步网络建立在互联网之上,类似于真实世界中的金融专网一样,是通过对互联网做高密级的切片,保证发动机能以高密集的方式在互联网上正常运转。

片中的互联网根服务器,是真实世界中的互联网根服务器、加上一个核心路由器的集合体。它和我们认知里的根服务器并不完全相同。现实中,即使我们重启一个服务器,严格意义来讲不可能完全地重启互联网。但对于电影来说,剧组必须对概念进行简化,因此才把两个功能合二为一。

重启根服务器固然是重启互联网的关键一步,那么为何需要重启三个根服务器?

崔原豪说:“考虑到当时的网络存在很多并发,所以需要一个冗余备份。重启三个可以对抗互联网恢复启动时的重启风暴,要知道当时会有很多人接入网络,这会给服务器带来大量的同时请求,其实这就类似于一个 DDOS 攻击,因此需要重启三个,确保重启一次就能成功重启全球的互联网。”

但在现实生活中,互联网采用的是分布式部署方法,并没有绝对的中心。当根服务器和核心路由器的概念集合在一起,就相当于一个全球互联网中心。

在人类现有的 DNS 系统中,本身就有一个经济恢复方案。各国互联网机构在世界范围内选了七个代表,各自持有互联网的 DNS 芯片和密钥。当互联网域名系统遭遇危机时,只需五个人在一起就能借助密钥,恢复全球互联网的正常运行。

但是为了简化剧情,电影里的图恒宇一个人就可以恢复网络。理论来讲,片中的北京互联网中心和根服务器,它们搭载着 DNS 的技术,对全球互联网有着重要影响。但在现实生活中,只有根服务器和骨干路由器结合,才能让全球互联网恢复运行,否则根服务器只能恢复 DNS 的相关服务。然而,一个 173 分钟的电影根本无法面面俱到,只好对一些概念做出简化和舍弃。

从剧情角度来讲,图恒宇的领导——马兆这一角色的必要性在于,编剧不可能让一个旁白去解释这些科学概念,这时就需要一个真人角色。在内心深处,马兆其实是一个“数字派”,他在遗书上画了一个莫比乌斯环,这说明他是数字生命的坚定支持者。从某种程度来讲,马兆的角色使命在于引导图恒宇把 MOSS 做出来。其实,莫比乌斯环也是一个很明显的暗示,他应该也知道 MOSS 未来版本的存在。

片中也有介绍 550W 反过来看就是 MOSS,而 550W 来自 550 系列工程。因此,很有可能是图恒宇的某些行为,导致了 MOSS 这样一个强人工智能的诞生。

图 | 图恒宇注视着 MOSS(来源:资料图

如前所述,数字生命是一个不断迭代的过程,片中的 MOSS 本身就是弱人工智能的生命,尽管能和人类交流,但却没有和人类一样的情绪和意识。

崔原豪表示:“中科院计算所王元卓老师(科学顾问人工智能组组长)提出了人在回路的想法来丰富剧情,当然这也是目前人工智能领域内一个比较大的研究方向,即在机器做决策的过程中引入人的决策,这样可以提升算法的精确度,让人工智能表现得更智能。”

在做剧本概念设计时,科学顾问团认为引入人在回路之后,能让图丫丫的数字生命从弱人工智能转为强人工智能。

后来,刘培强提问 MOSS 的时候,MOSS 说了一句:“这是 MOSS 的回答”。显然这是一个非常强的人工智能——它是有意识的。而它的核心转变来自于人在回路的概念——即图丫丫的介入。

事实上,强人工智能正是 MOSS 的后期状态,那时的它可以引爆月球、对人类做全面的监视等。“但是因为时长原因,无法呈现更多,不过我们确实做过这样的思考,估计也有观众可以猜出来。”崔原豪说。

图 | 片场一角(来源:资料图)

刘培强:拯救地球的具体实践者

片中,关于太空电梯的剧情,是刘培强的重点戏份。不过,太空电梯的概念并不新鲜,基本可以理解为是几千年前《圣经》中巴别塔的变体,也就是借力通天。

当大量人群进入太空时,需要借助太空电梯、或者其他更便宜的火力引力的方式。现实中,目前大部分宇航员都是通过火箭或航天飞机进入太空,90% 都得使用燃料。

在这种情况下,让人类使用脱离引力的方式毫无经济性可言。虽然火箭可以回收,从而降低一些花费,但是成本依然很高,因此无法支持人类大批量地进入太空。

电影里人们要推进方舟计划,但是在地面建造大规模的空间站是不现实的,一旦进入引力范围,空间站会被引力俘获,而这样大质量的造物在脱离引力时,所需要的能量是个天文数字。

所以,最合适的方式就是在地球静止轨道上建立同步空间站,只有这样才能更加稳定,从而方便在轨道上做大规模施工,并在建成之后带领人类冲出太阳系。

那么,如何在静止轨道上做大规模施工?一种可能且经济的方式,就是搭乘太空电梯。

“为什么说太空电梯是方舟计划的核心?因为没有太空电梯,方舟计划就行不通。如果太空电梯真的存在,这样一个 7 倍于地球直径、占地月间距 1/4 的巨构建筑,将是人类文明史上最辉煌的奇迹。那时的地球好比一个小圆,它挥舞着大臂膀一直在旋转。”崔原豪说。

就现实中的我们来说,如果不能非常经济地进入太空,则无法实现冲出太阳系的想法。崔原豪表示:“‘美国现代科幻小说之父’罗伯特·海因莱因认为,只要你能到达离地面约 160 千米的近地轨道,你的太阳系旅程就完成一半了。”因为在脱离引力时,人类要付出的能源,要远远大于星际航行。

图 | 片场一角(来源:资料图)

在刘培强的戏份中,洛希极限也是多次出现的一个名词。中科院国家天文台研究员陈学雷表示,洛希极限是天体物理中的一个常见概念。地球、月球等一般是由自身引力束缚在一起的,如果两个天体彼此靠近,潮汐力就可能大于天体自身引力,从而导致天体瓦解。现实中,人们已经观察到黑洞导致恒星潮汐瓦解的现象,也看到过木星导致彗星潮汐的瓦解。

不过,回到电影情节,由于地球引力比月球大得多,所以地球会首先致使月球瓦解,瓦解后的大量物质将落入地球。根据地球和月球质量估计,洛希极限应该是月球半径 5 倍多,也就是地月质心距离只有 9000 多公里。考虑到地球的半径约 6400 公里,月球的半径约 1700 公里,所以这时地球和月球表面已经非常靠近。

陈学雷表示,电影画面里展示的地月距离并没有这么近,这是电影里的一个 Bug。当然,远在地月达到洛希极限之前,潮汐力已经非常巨大,这足以在地面产生巨大的潮汐,不仅会带来海洋潮汐,地面也将不再稳定。

那么,在电影中地球上全部的核武器加起来,为何可以炸碎月球?诱发月球核聚变又是怎么发生的?

陈学雷说,现实中人类的全部核武器远远不足以炸毁月球。剧组可能也考虑到了,所以设计一个核爆相控阵的概念:让核武器按照精确控制的时间爆炸,使各个核爆产生的爆炸波,可以恰好汇聚在月球中心,借此形成巨大的温度和压强。

“摧毁月球的原理,似乎是靠这种巨大的温度和压强促成月球中心实现重核聚变。这其实有点类似普通核弹的起爆。”陈学雷说。

你可能也知道,原子弹中心使用的是铀或钚等核裂变材料,外面布设着特殊形状的普通炸药,通过精密控制普通炸药的起爆时间,形成汇聚到中心的束流,借此产生的巨大压力,将铀、钚瞬间压缩到很小的体积,从而达到临界质量发生链式反应,最终引爆原子弹。而氢弹则是使用原子弹引爆产生的巨大温度和压强,引爆氘和氚等材料的核聚变。

不过问题在于,月球中心会发生怎样的核聚变?要知道,太阳中心的核聚变是氢核的核聚变,但是月球的中心并不是氢。

电影里的地球发动机使用的是重核聚变,也就是用硅、氧等地球上比较重的核实现聚变,这需要的温度比太阳中心高得多,而在自然界中一般只有演化到晚期的大质量恒星中心才可以。

“作为科幻电影,这只是一种可能性。而在现实中,仅凭在月面爆炸几千颗核弹,就算通过精确控制,让爆炸产生的冲击波同时到达月球核心,温度也是不够的。”陈学雷分析称。

不过更重要的是,月球核心实际上根本无法重核聚变。因为重核聚变的原理是:当两个较重的原子核聚变到一起形成一个更重的原子核时,会释放出一些能量。之所以能释放能量,是因为两个原子核各自的质量加在一起,大于所形成的原子核的质量。那么,多余的这部分质量就可以按照爱因斯坦质能公式转化为能量。

问题是,这种释能反应只能进行到铁核为止,因为铁原子核是最稳定的,它和任何别的原子核进行聚变时,需要吸收能量而不是放出能量。月球中心其实含有大量的铁,因此即便把它加到再高的高温,也不能使它发生重核聚变。所以这个情节其实是无法成立的。

“但在电影里,在此之后的月球仍然是一团,这也让人有点困惑。因为月球如果真的发生核聚变就会被炸散,那样的话依然无法避免大量碎片砸向地球。如果没有炸散,而是像太阳一样变成一颗恒星,那也很奇怪。况且,这也并不能使月球摆脱地球,所以这部分的故事似乎有点没讲圆。”陈学雷说。

图 | 陈学雷(来源:陈学雷)

但他也表示:“科幻电影是一种艺术,不能要求它完全地符合科学,虽然严格地挑剔起来,有些情节确实不完全符合科学,但是画面的逼真感很强。假如不做具体的计算,它和我们一般观众的心理感觉是比较一致的。我很喜爱这部电影,里面出色的特效完全不逊于国外科幻片。”

对此,崔原豪表示:“科学顾问团首先确定了第一个大原则:现有的人类核武器不可能完全炸掉月球,这差了数个数量级,所以在其他科幻片中丢个核弹把它炸掉,在我们看来是不成立的。”那应该如何炸掉?其实有很多方式。一种有意思的方法是以相控阵的方式,在月球表面上以阵列形式布置大量爆炸阵元,即电影里的核弹。

如果布置得非常精确,可以在月球内部的某个点比如月幔上出现爆炸叠加现象,即在某一个点上产生能量叠加。如果这个点本身是一个密闭空间、或者是一个比较完美的空间,那么就有可能产生类似于氢弹爆炸的的聚变反应。理论上讲,考虑到电影世界里的重核聚变已经成立,如果它的能量是足够的,月球内部发生就可能可自持的连续核聚变,从而让它自己爆掉。

“这相当于是剧组开了一个脑洞,很有可能是不能实现的。但是考虑到电影本身已经假设重核聚变是成立的。因此如果人类的核武可以产生足够的能量去触发重核聚变,这样就能让月球自己把自己炸掉。”崔原豪说。

图 | 片场一角(来源:崔原豪)

周喆直:拯救地球的高层博弈者

对于三组人物的设定,崔原豪认为:“我一直觉得这是在通过三种人物,来反映人类在面临危机时三种层面的不同反应。周喆直和郝晓晞属于高层决策者。当人类面临危机时,高层肯定会进行很多博弈,这时中国就要体现自己的担当。”

图 | 片场一角(来源:资料图)

图恒宇和马兆这条线,是在讲科技的变革过程;刘培强和张鹏这部分则是在说具体操作时,该如何应对难题。

同时,他们也暗示着不同的情感。周喆直寓意着家国情,图恒宇侧重于亲情,刘培强则突出爱情、以及和张鹏的兄弟情。“在面对问题时,他们三个角色有着共同的交叉点,让三组人物之间穿插一些故事,这也是电影史诗感的来源。”

三条线也是相互独立的,但也并非物理意义上的完全独立。他们比较近的结合点就是刘培强在面试时,图恒宇就在玻璃对面。此外,他俩还在走廊上擦肩而过。

而在片尾彩蛋里,MOSS 说自己是危机的罪魁祸首,那么如何看待这样的情节设定?以及这部电影是否会有续集?

是否会有《流浪地球 3》?

崔原豪说:“在这个问题上,我只能从观看角度给大家提几个问题。剧情里有几个巧合:第一,周喆直发表股骨宣言时,刚好是图丫丫被插入到 MOSS 时,那这个文明的诞生指的是什么?第二,是马兆在溺亡之前,我们已知他是一个非常倾向于数字派的一个人,至少是数字生命的坚定支持者,他说没有人类的文明毫无意义。那这个文明又是什么文明?人又是什么人?如果从 MOSS 的角度来说,人类的傲慢是人类的原罪,那么 MOSS 觉得什么是人类最好的解决方式?它觉得自己是不是一个文明?这些都可以留给大家思考。”

图 | 片尾展示了崔原豪在内的科学顾问团的名字(来源:崔原豪)

另外,如果你在二刷或三刷时,发注意到周喆直在会议室里对着摄像头,有过一个长时间的注视。在视觉语言中,摄像头本身就是 MOSS 的视角,而他一直盯着摄像头看,很明显意识到了 MOSS 的存在、以及 MOSS 可能的动作。

在关键时刻,周喆直重复表示:“我们的人一定能完成任务,无论虚实。”“无论虚实”——这是他自己的原话,说明他肯定知道 MOSS 的存在,这也是他坚持重启根服务器的原因。

在片尾,有一段周喆直年老时的闪回——光头的图恒宇穿着机甲。而图恒宇的肉体已死,那么这个场景是在哪?而且当时周喆直已经年迈,因此时间线肯定不是现在,所以这段非常值得玩味。

图 | 科学顾问团合影:右一为崔原豪(来源:崔原豪)

事实上,最开始电影是一个非常长的版本,一共有四个小时,这个版本里的史诗感会更强,四个计划各自所占的篇幅大致相同。后来变成现实派和数字派的对抗,因此数字生命和人工智能的占比非常多。

(来源:资料图)

“从最开始 550 系列计算机的设计、呈现、以及相关台词,都是我所在的科学顾问组负责的,还包括数字生命的成长过程、屏幕上滚动的代码、美术上和演员本身的呈现等。”崔原豪说。

电影中有一幕是图恒宇是在家工作的状态,墙上写满了人工智能公式和推算过程。如下图,在崔原豪等科学顾问的建议之下,剧组将重要的公式放在了显眼位置。

图 | 上图:电影中图恒宇的房间布局;下图:剧组在对房间布局进行设计(来源:崔原豪)

在看电影时,你可能感觉图恒宇一直在写代码,然后就实现了数字生命。对此崔原豪表示:“因为电影已经很长,不太可能再去加东西。其实科学顾问做了很多设计,就电影的世界观我们一起写了十几万字,最终呈现出来的只是冰山一角。”

图 | 崔原豪参与科学顾问时的部分工作文档(来源:崔原豪)

“我们作为科学顾问更多希望坚持科学的真实性,尽量从现有科学知识出发,做一些尽可能合理的推理。但是剧组会考虑艺术性和可实现性,于是采取了对概念进行舍弃或简化的做法。”崔原豪说。

(来源:崔原豪)

此外,崔原豪认为对于外国人来说,他们很少会见到《流浪地球 2》这种集体主义的影片。《流浪地球 2》的立意非常高,讨论了文明、虚拟和现实之间的关系。作为观众我们也可以把这个文明定义为一个数字文明的诞生、或两个文明的关系。即大家应该在不同的社会层面上,都做出相应的反馈。

另据悉,电影改编自刘慈欣的同名小说,立意上也和小说的精神内核保持一致,刘慈欣本人也更倾向于描述宏观的史诗性故事。这也是《流浪地球 2》和国外科幻电影的不同之处,而它在国外影评网站上也获得了高分。

或许这不仅是因为电影制作之精良,也因为它讲了一个和人类休戚与共的故事。正如周喆直所说:“在浩瀚宇宙中,地球只是一个小小白点,但这个小小白点却是我们的一切。”

支持:路雨晴

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