機械戰甲、外星猿猴、恐龍機器人——今夏的大片充斥著聽起來很科學的概念。但它們真的有科學根據嗎？觀影之餘，不妨思考這個問題（除了爆米花）。
數位特效：外星人剋星外骨骼
在《明日邊界》中，外骨骼在人類與外星入侵者的殊死搏鬥中扮演著至關重要的角色。人們很容易認為這些未來感十足的系統是數位特效，與演員的動作相匹配，但實際上它們是精心製作的道具。模型師皮埃爾·博漢納用350到400個獨立的部件製作了每套外骨骼，這些部件組合在一起構成了一個完全可活動的裝置。材料包括普通尼龍、高級鋁材以及專為這部電影研發的輕質聚合物。 “這不是戲服，”博漢納說，“這是一台機器。”
對演員來說不幸的是，是真人驅動這些戰甲，而不是反過來。他們必須背著重達72到132磅的額外裝備，在戰鬥場景中飛奔。 「這簡直太累了，所有演員和特技演員都必須穿著它們進行新兵訓練，」博漢納說。湯姆克魯斯額頭上的汗？也是真的。
高度發達、有智慧的外星人會跟我們長得像嗎？
答：好萊塢對類人外星人的迷戀並不神祕。給演員戴上假體、塗上油彩遠比創造（或賦予生命）形形色色的非人類角色容易得多。但如果我們能將自身進化的經驗運用在其他世界中，那麼電影製作人的想法或許並非完全錯誤。
加州州立大學聖貝納迪諾分校的生物學家史都華‧蘇米達曾擔任《銀河守護隊》的顧問，他認為，能夠掌握太空旅行的外星生物必須擁有巨大的大腦。 「如果大腦很大，就需要保護它，」蘇米達說。這意味著它們需要頭骨，這排除了蠕蟲、蛞蝓和其他潛在的無脊椎動物。而且，由於外骨骼會隨著體型增大而變得難以支撐，除了極低重力環境外，幾乎都會因自身重量而坍塌，因此昆蟲也可以被合理地排除在外。再加上它們也具備使用工具的能力，這些來自外太空的夥伴看起來就和我們熟悉的生物非常相似了。
即使擁有發達的大腦、骨骼和靈巧的四肢，也沒有理由假設遙遠的物種看起來會和我們只有細微的差別。 「我們擁有四肢只是進化的偶然，」加州山景城SETI研究所的高級天文學家塞思·肖斯塔克（Seth Shostak）說道，「我們星球上的大多數生物都有六條腿。」自然選擇可能會造就生理結構更高效的外星人：例如，人類用兩條腿行走是為了方便在移動時抱起嬰兒和攜帶工具，而外星人可能擁有四條或更多的下肢穩定性。他們可能擁有更多的手臂來操作工具，更貼近地面的姿態以便更好地躲避捕食者，或者擁有其他許多與科幻小說中常見的伍基人、克林貢人和其他類人生物截然不同的特徵。
靈感源自《銀河守護隊》
劇情簡介：一群罪犯從一個一心想要統治銀河系的異星人手中偷走了一顆神秘的球體，卻意外地成為了英雄。雖然這部科幻動作片是漫威電影宇宙的一部分（與《復仇者聯盟》同屬一個宇宙），但片中大多數個性鮮明的角色並非超人類，而是類人外星人。
科幻小說處女作：H·G·威爾斯 1901 年的小說《月球上的第一批人》中，矮小的昆蟲狀月球人穿著衣服，使用工具，並且不歡迎地球人的來訪。
數位特效：超逼真猿猴
七月中旬的紐奧良可不是黑猩猩該待的地方。 《猩球崛起：黎明之戰》的拍攝場地悶熱潮濕，蚊蟲肆虐，堪稱一項小小的工程奇蹟：一座三層樓高的棲息地，樹幹交錯，房間和通道錯落有致，一條蜿蜒的引水渠將地面變成了一片積水淤泥的沼澤。電影製作人稱之為“猿村”，它看起來確實像是那些高智商、霸道的猿類會建造的東西。然而，當你注意到遍布建築的數十台動作捕捉攝影機，以及那些身穿灰色全身防護服、在烈日和潮濕悶熱中炙烤的演員們時，一切就都變了。他們簡直是你能想像到的最汗流浹背、最痛苦不堪的「假想黑猩猩」。
然後他們開始行動。兩名身穿灰色太空衣的太空人攀爬到棲息地的側壁上，抓住偽裝的扶手，沒有任何安全帶或墊子的保護。他們像訓練有素的雜技演員一樣在佈景之間跳躍，而事實上，他們本來就是雜技演員。雖然《猩球崛起》 （2011年上映）依靠的是特技演員，但這部科幻重啟之作的續集卻啟用了太陽馬戲團的演員。 「以前需要特效人員費盡心思地想像一隻黑猩猩在樹枝間飛來飛去，現在我們有了真正能跳20英尺（約6公尺）的演員，」製片人迪倫克拉克說。
從視覺特效的角度來看， 《猩球崛起：黎明之戰》並非一次大膽的嘗試，而是一連串的突破。第一部電影重新定義了動作捕捉技術的可能性，將安迪瑟克斯飾演的黑猩猩凱撒打造成了一個栩栩如生的全電腦生成（CG）角色。 《黎明之戰》中的猩猩數量更多，它們的出場時間也更長，這給特效製作帶來了更大的挑戰。傳統的動作捕捉流程是將演員限制在室內綠幕環境中，僅依靠頭戴式攝影機來拍攝他們的動作。而《黎明之戰》的視覺特效總監喬·萊特里則決定在戶外片場收集數據，他用大量小型動作捕捉攝影機環繞演員進行拍攝。
攝影機追蹤黏在演員服裝上的LED發光球和貼在他們臉上的反光標記。 「然後我們使用學習演算法來盡可能準確地預測臉部各點在三維空間中的運動狀態，」萊特里說。最終呈現的表演捕捉效果極其精細靈活，多台攝影機捕捉到了演員之間細微的表情和互動，而這些在其他情況下可能會被忽略。有了更多的數據，動畫師可以賦予所有3D建模的靈長類動物配角同樣的、令人驚奇的智慧，就像凱撒一躍成為CG明星一樣。
正是這種實景與數位、人與非人元素的融合，將決定《猩球崛起：黎明之戰》的成敗。因為與科幻電影中常見的怪獸、變種人和其他特效堆砌的奇幻生物不同，猿類（即使是聰明的猿類）並非虛構。 “我們希望黑猩猩的動作、外形和表現力都達到照片級的真實感，”克拉克說道，“我們希望這部電影給人以真實感。如果我們能做到這一點，那將會非常酷。”
將人類和動物的DNA結合起來，會創造出超能力者嗎？
答案：電影《木星上行》的製作人員為了讓角色體型更魁梧，將動物基因植入了人類角色體內。但實際上，人獸雜交體並非是擁有動物特徵的人類，而是經過基因改造以適應或受益於人類生物學的動物。最早有紀錄的例子發生在2004年，梅奧診所將人類幹細胞注射到胎豬體內，培育出擁有人類血液的豬，以此研究病毒如何在物種間傳播。去年，史丹佛大學的神經科學家利用人類腦細胞提升了小鼠的智力。在這兩個案例中，研究人員都巧妙地避開了任何實際的基因工程，只是簡單地引入了外來組織並使其存活下來。
理論上，類似的人體實驗可能會產生驚人的成果，例如改造感光細胞以獲得類似貓的夜視能力，或是藉鏡蠑螈再生斷肢的能力。但即便貿然將貓科或兩棲動物細胞注射到人類胎兒體內並非倫理上的黑洞（而它絕對是），這種蠻力也很容易適得其反：人體的免疫系統通常會攻擊外來組織。史丹佛大學的研究團隊透過永久抑制受試者的免疫系統來避免排斥反應。
這種解決方案會讓人類容易遭受災難性疾病和感染。
猶他州立大學生物學家蘭迪‧劉易斯指出，嵌合增強技術的困難在於其複雜性。像他之前培育出能在牛奶中產生蜘蛛絲蛋白的基因改造山羊那樣，只是改變一種蛋白質是一回事。但要添加力量或再生等複雜的性狀呢？ 「這需要大量的基因工程，」路易斯說。在科學家對人類和動物基因組有深刻的理解之前，超人混血兒恐怕只能停留在電影的虛構世界。
靈感源自《木星上行》
劇情簡介：宇宙中充滿了人獸混血生物，並由一個星際君主制國家統治（這對地球人來說是聞所未聞的）。當一位毫不起眼的清潔工成為暗殺目標時，一位半人半犬的傭兵前來營救她。
科幻小說處女作：《莫羅博士島》中 H·G·威爾斯 1896 年的小說《莫羅博士島》中的獸人，是透過可怕的外科手術實驗創造出來的。
數位特效：反重力動作
《木星上行》中最具技術挑戰性的場景是，本片的主角（查寧塔圖飾）穿著反重力靴在城市中穿梭，逃離一艘追趕他貨物（米拉庫尼斯飾）的太空船。 「大多數人可能會認為這是電腦特效，但其實不是，」視覺特效總監丹‧格拉斯說。實際上，這段場景是由特技替身演員懸掛在直升機上，隨著直升機在芝加哥的城市峽谷中盤旋完成的。
格拉斯的團隊每天只有15分鐘的拍攝時間——黎明前短暫的光線——所以他們製造了一種能夠盡可能多地拍攝的攝影機。這套名為「全景攝影機」（Panocam）的六機位裝置安裝在直升機機頭，可拍攝近180度的全景畫面。
透過拼接多個重疊角度的鏡頭，電影製作人員可以在後製中有效地調整鏡頭角度，而無需考慮直升機的實際飛行路線。不出所料，這項創新很快就引起了其他導演的關注。 「現在，在我們之後的大多數電影中都使用了這套設備，」格拉斯說。
與簡單的複製相比，仿生複製是否會使機器人受益？
答案：麥可貝執導的《變形金剛》系列電影中的巨型外星機器人並非工廠製造。它們是在類似蛋的容器中培育而成，被稱為“幼體”。它們展現出的生理和行為多樣性表明，它們的演化方式更接近生物繁殖而非大規模生產。就像世上沒有完全相同的兩個人（雙胞胎除外）一樣，每個汽車人和霸天虎的性格和形態都獨一無二，無論是一輛毫無幽默感的拖車，還是一隻脾氣暴躁的霸王龍。
換句話說，變形金剛似乎是演化機器人學的產物。演化機器人學是一個新興的研究領域，它將生物學原理應用於機器人的創造和行為。研究人員不再只是簡單地設計一個機器人來執行特定任務，例如朝著光源移動，而是可以將這個目標輸入電腦程序，讓遺傳演算法自動產生各種各樣的設計。由於這些演算法模擬了自然界，模擬了突變、選擇和其他生物過程的影響，因此它們生成的設計往往令人驚訝。 「電腦將為我們進化出我們從未想像過的形狀的機器，」佛蒙特大學的進化機器人學家喬許·邦加德說。即使只有極少的零件和電機，由演算法生成的機器人也能以各種不同的形態實現高效的運動，例如蜿蜒的魚形和蹣跚的金字塔形。
換句話說，無論是透過卵內孵化還是透過基因演算法進化而來的機器人，都能受益於與某些生物物種相同的多樣性和便利的突變，而正是這些多樣性和突變賦予了它們強大的適應力。但正如不受控制的變形金剛繁殖可能會給任何被捲入不可避免的衝突中的人類帶來災難一樣，邦加德警告說，如果機器在沒有嚴格控制的情況下進化，它們也可能很危險。 「從定義上講，自我複製的機器人將是一個失控的過程，」他說。 “它們可能會以令人不快的方式給我們帶來意想不到的後果。”
靈感源自《變形金剛：絕跡重生》
劇情簡介：《變形金剛》系列的第四部繼續講述了一個機器人種族內戰的故事。這一次，加入這場戰爭的是該種族迄今最奇特的個體——機器恐龍。
**科幻處女作：**卡雷爾·恰佩克 1920 年的戲劇《RUR》以一對工廠製造的戀人結尾，他們似乎注定要成為新的、繁衍後代的亞當和夏娃。
變異真的能產生怪物、超能力或其他任何可以征服地球的東西嗎？
答：科幻小說長期以來都將變異視為演化的捷徑。有時，變異是外力作用的結果，例如1954年原版電影中原子彈試驗催生了哥吉拉，以及將普通烏龜變成體型龐大的武術家的發光「黏液」。有時，變異則是自然發生的意外，例如使超人類能夠操控腦電波或磁場的「X基因」。共同點在於速度：主角們在短短一代人的時間內就發生了轉變。
這種解釋在精神上是正確的：基因可以自發性突變，也可以在實驗室中被操控以創造新的性狀。例如，大多數成年人能夠消化乳製品中的乳糖。研究人員認為，這種突變——一種類似腸胃超能力的基因突變——大約在7500年前的歐洲出現。這種突如其來的變化為我們的物種帶來了顯著的長期益處，使我們能夠獲得更多營養選擇。雖然人類應該感謝那位神祕的變種人，但與X戰警發射的雷射光束和利爪相比，吃起司的能力就顯得微不足道了。
石溪大學的生物化學家布魯斯鄧普爾列舉了一些更引人注目的單基因突變案例——「就像編劇可能會想到的那種情節，」他說。 「但這些現像大多出現在實驗環境中。」利用標靶化學誘變劑，遺傳學家們取得了一些令人印象深刻的成就，例如將獼猴大腿肌肉的周長增加了15%，也取得了一些令人不安的成就，例如讓果蠅的頭部長出腿。研究人員也利用輻射來增加隨機突變。
但這些實驗室培育的變種人和好萊塢電影中的同類之間的區別，歸根結底在於運氣。電影角色並非只中了一次變異彩票，就獲得了某種不可思議的能力，而無需化學物質或輻射對DNA造成致命破壞。他們一次又一次地“中獎”，不斷積累優良基因，躲過劣勢基因，最終蛻變成通常需要幾代人經過無數次失敗嘗試才能形成的生物。而在現實中，通往怪獸之路往往是用無數個差點變成哥吉拉或忍者龜的「屍體」鋪成的。
靈感源自哥吉拉、忍者龜、《X戰警：逆轉未來》
劇情概要：哥吉拉與更邪惡的泰坦巨獸展開激戰；忍者龜在紐約市（以及地下）打擊犯罪；X戰警將金鋼狼送回過去阻止機器人起義。在這三部電影中，變異都釋放了生物體內潛藏的強大力量。
科幻處女作：輻射暴露使傑克威廉森 1928 年同名短篇小說中的金屬人變成了當今虛構變種人的始祖。
思想實驗：人類大戰外星人（真人版）
讓我們假設最糟糕的情況：外星人真的存在，而且他們正在入侵我們渺小的家園。那麼，走投無路的人類會從實驗室拿出什麼樣的高科技武器投入戰鬥呢？我們訪問了蘇文·馬陶杜，
美國陸軍研究辦公室的專案經理兼材料科學家，我們可以在這種末日情境下採取哪些合理的措施。
外骨骼
馬塔杜表示，像《明日邊界》那樣的戰鬥外骨骼可以讓步兵攜帶更強大的火力。那些通常對人體來說後座力過大的槍支可以安裝在外骨骼上，將後座力分散到整個骨骼。目前的外骨骼耗能過高，難以有效部署，但使用鈦、鎂和其他超強超輕合金可以降低其能耗。 「因為你不用再背著一副鋼鐵外骨骼，所以燃料消耗會更低，」馬塔杜說。
生物武器
如果普通感冒能在《世界大戰》中擊退火星入侵者，那麼為什麼不向敵人投擲毒性更強、經過武器化的病菌呢？儘管生物武器儲備短缺（這當然有充分的理由），但馬塔杜相信遺傳學家能夠合成任何看似有用的新型瘟疫。 「如果我們假設宇宙其他地方的生命進化方式類似，那麼無論這些生物來自哪裡，我們的工具或許也能對它們產生類似的效果，」他說。這項革新了基因分析的技術，使得人類DNA全基因組定序成為可能，或許也能催生出一種精準的終極病原體。
地面無人機
真到了緊要關頭，我們會把機器人派上前線。 「如果一場大規模戰爭迫使我們重蹈阿波羅計畫的覆轍，那麼大部分精力都會投入到無人地面車輛和機器人技術上，」馬塔杜說。機器人軍隊或許不如活體軍隊靈活，但在戰爭初期，它們可以作為砲灰發揮重要作用，在被炸成碎片之前，提供關於外星武器和戰術的情報。 「面對未知威脅，人們往往會猶豫是否要派士兵上前線，」馬塔杜說。既然士兵本身就擁有鋼鐵般的意志，誰還需要鋼鐵般的意志呢？
本文原刊於 2014 年 7 月的《大眾科學》雜誌。
