科幻电影中的科学

海底两万里（1916、1954、2012） 八十天环游地球 （1956、1989、2004） 神秘岛（1961、2005、2012） 地心游记（1959、1999、2008） 格兰特船长的儿女（1996、2005） 气球上的五星期（1962、2001） 从地球到月球（1998）
科幻电影的发展：
科幻电影起源于欧洲，发达在美国（1902～1930） 早期的科幻电影都是科幻小说家儒勒凡尔纳（JULES VEME）和H.G.威尔 斯(H.G WELLS) 的综合，主题都集中在太空旅行和登月上 。
这些在水平方向上任意取向的碳纳米管可 通 过与物体表面的相互作用而取向。因此，一 方面，当与物体表面接触时，在平行于表面 的方向有更多接近线状接触的作用“面”， 从而在沿接触表面的方向上产生 更强的相互 作用力，单位面积的吸附力几乎是壁虎脚所 能产生力的10倍；另一方面，在垂直于物体 表面的方向上，与表面接触的碳纳米管在外 力的作用下可逐点脱 离表面，吸附力因此大 大减少，从而实现轻松脱吸附。
（c）一个（4×4）平方毫米的碳纳米管阵 列自吸附在垂直玻璃的表面上悬挂一瓶约 650克的瓶装可乐饮料； （d）一个（4×4） 平方毫米的碳纳米管阵列自吸附在垂直的 砂纸表面上悬挂一个金属钢圈。
Science, 2008, 322, 238-242
生 化 危 机
进 化 危 机
电影中的病毒：
为医学目的和生化武器的实验室病毒
艺术 电影 繁衍
酿造
细枝
科幻电影的发展：
科幻文学的发展：
玛丽· 雪莱（Mary Shelley ）
英国著名小说家，浪漫主义诗人雪莱的第二任妻子。
1818年创作了文学史上第一部科幻小说《弗兰肯斯坦》 （或译《科学怪人》），被誉为科幻小说之母。
科学怪人 Frankenstein (1931)
科学怪人剧照
《惊变28天》（28 Days Later） 年 代：2002年 国 家：英国/法国 病毒类别：未知 导 演：丹尼· 博伊尔 《恐怖星球》 (Planet Terror ) 年 代 2007 国 家 美国 病毒类别：未知 导 演 罗伯特罗德里格兹 《 28周后》(28 Weeks Later) 年代： 2007 导演：Juan Carlos Fresnadillo 国家： 西班牙/ 英国 《丧尸出笼2：病毒》 年 代：2005年 国 家：美国 病毒类别：未知 导 演：詹姆斯.杜德尔森 《十二猴子》 (12 Monkeys) 年 代：1995 导 演：特瑞吉列姆 病毒类型：致命病毒 病毒来源：医学实验室
×
土拨鼠日Groundhog Day (1993)
科幻=科技&幻想
电影：以技术为手段，以画面和声音为媒介，在银幕上运动的时间和空间里创造形象， 再现和反映生活的一门艺术 ----------《电影艺术词典》 科幻电影---来自于生活中真实的科学技术和有理有据的幻想
铸就 科技 推动 生活
科幻
Cycle
第一部科幻电影：月球旅行记 Le voyage dans la lune (1902) 根据凡尔纳的《从地球到月球》和威尔斯《月球上的第一批人》改编
其他同时期科幻影片： 《太空旅行记》（THE IMPOSSIBLE VOYAGE,1904） 《太空船》(THE SKY SHIP,1917)
《月亮上的第一个男人》
问题与思考：
问题1： 壁虎为什么能够轻松自如地倒悬挂于天花板或墙壁表面？ 最近的研究揭示，壁虎的脚趾上附有数百万直立的微绒毛，每个微绒毛末 梢 都有纳米分支。当数百万这样的微绒毛与物体表面接触时，它们之间会 产生强大的相互作用力，即范德华力，这种力的大小远远超过了壁虎自身 的重量，因此，壁虎 能够轻松自如地倒悬挂于天花板或墙壁表面。壁虎不 仅可以任意吸附在这些表面上，而且还能随意离开物体表面。 问题2： 利用仿生学制备壁虎脚的现实意义？
《弗兰肯斯坦》（1910 、1915 、1931、2004、2012） 《弗兰肯斯坦的新娘》（1935） 《弗兰肯斯坦之子》（1939） 《弗兰肯斯坦的幽魂》（1942） 《弗兰肯斯坦之家》（1945） 《弗兰肯斯坦的咒语》（1957） 《邪恶的弗兰肯斯坦》（1964） 《弗兰肯斯坦创造了妇女》（1966） 《弗兰肯斯坦的恐怖》（1970） 《弗兰肯斯坦和来自地狱的怪物》（1973） 《玛丽· 雪莱的弗兰肯斯坦》 (1994)
病毒帮助人类进化：
在进化过程中人和脊椎动物直接从病毒那里获得了100 多种基因。
我们自身体内复制DNA的酶系统也可能来自病毒。
研究人员分析了来自全球不同地区的52个人种的基因 组，这些地区均遭遇了人类在20万年的进化过程中出 现过的病毒。 研究已经证明，8%的基因组由所谓的内源性逆转录病 毒组成。 一些病毒被称为内源性逆转录病 毒（ERV），它们在进化中与哺 乳动物细胞形成了非常亲密的关 系，并成为高级哺乳动物DNA中 的组成部分。 基因突变发生的机率非常低，大约在万分之一到十 亿分之一之间。低等原核生物的突变率较高，大约 为千分之一，而高等类型的生物中，许多基因的突 变率是十万分之一到一亿分之一。
病毒：
病毒是一种具有细胞感染性的亚显微粒子，它实际 上就是由一个保护性的外壳包裹的一段DNA或者 RNA，借由感染的机制，利用宿主的细胞系统进行 自我复制，但无法独立生长和复制。同时，也能在 细胞外保持极强的生命力。病毒可以感染所有的具 有细胞的生命体。
病毒自我复制过程：附着→入侵→脱壳→合成→组装→释放
《隔离区》 (Quarantine) 年 代：2008 导 演：约翰· 里克· 达尔 病毒类别：狂犬病 病毒来源：地下实验室
《战栗城市》 (Right at Your Door) 年 代：2006年 国 家 ：美国 病毒类别 ：生化武器 导演：克里斯· 戈拉克
《病毒》 (Virus) 出品年代：1999年出品 导 演：约翰-布鲁诺 病毒类型：人类成为病毒
科幻电影简介
何为科幻电影？
科幻电影（science-fiction movie, sci-fi movie） ：包含科学与幻想因素 这些因素是基于科学（包括现有科学和假设科学）而假想出来的 科幻片与奇幻片、魔幻片不同: 幻想出来的因素必定有一个科学理性的支持。
√
时光倒流七十年Somewhere in Time (1980)
细胞：
1665 年 英 国 发 明 家 罗 伯 特 · 克 胡 （Robert Hooke）用他自己改进的显 微镜观察软木塞结构，发现细胞
动物细胞
植物细胞
细菌：
细菌是一种单细胞生物体，细菌细胞的细胞壁非常像普通 植物细胞的细胞壁，但没有叶绿素。此外，细菌没有明显 的核， 而具有分散在整个细胞内的核物质。有些细菌是 “病原的”细菌，其含义是致病的细菌。然而，大多数类 型的细菌不是致病的，而的确常常是非常有用的。例如， 土壤的肥沃在很大程度上取决于住在土壤中的细菌的活性。
• Diameter of Human hair
• Red Blood Cell
•
•
Light Years
km
m
0.01 mm
5 m
0.06 m (60 nm)
0.276 nm (2.76 A)
(dia.)
Virus (dia.)
Water Molecule (dia.)
1 m = 103 mm = 106 m =109 nm =1010 Ǻ
（THE FIRST MEN IN THE MOON,1919） 《月亮上的女人》（THE GIRL IN THE MOON,1929） 1969年7月20日，人类实现首次登月。
纳米材料
The Small World
ห้องสมุดไป่ตู้
基本概念：纳米
• Universe
• Earth
• Height of a Building
1929年，贝格尔第一个设计成一套电极系统，臵于头皮之 上而与一示波器相联接，可描记出节律性的电位变化。贝 格尔研究了这些脑电节律，并将最占优势的节律命名为 “阿尔法波”（α波）和“贝塔波”（β波）。“脑电图” （EEG）技术便由此发现而问世了。
入侵 脑细胞
片名：盗梦空间 Inception 导演： 克里斯托弗· 诺兰 主演： 莱昂纳多· 迪卡普里奥、 艾伦· 佩姬、约瑟夫· 高登-莱维特 年代：2010
脑电波：
脑电波是通过医学仪器脑电图描记仪将人体脑部自 身产生的微弱生物电放大记录而得到的曲线图。脑 电图用于辅助诊断脑部相关疾病，但因为其易受到 干扰，故临床上通常要结合其他手段来使用。脑电 图主要用于癫痫、脑血管疾病等的检查。
碳纳米管电镜照片
碳纳米管是由纯碳 原子组成的管状结构材 料，管径大小约为头发 直径的万分之一，因此 具有尺寸小、重量轻、 柔软灵活、机械强度高、 电学 和热学性能优异等 特点。
利用低压化学气相沉积方法，将碳纳米管有机组成高密度、垂直取向的 阵列膜，同时在其表面分布有任意取向的碳纳米管。每平方 厘米的阵列面 积可包含100亿个以上的直立碳纳米管，这种密度远远高于壁虎脚绒毛末梢 的纳米分枝密度。
D：碳纳米管长度与吸附能力的关 系。 E: 用力角度与吸附能力的关系。
“更有趣的是，这些碳纳米 管阵列仿生壁虎脚对接触 物表面没有什么特殊要求， 不仅能在玻璃等光滑的物 体表面产生强吸附力，而 且在其他粗糙或疏水物体 的表面也一样适用。如果 目前的碳纳米管阵列尺寸 可以扩大，那么手掌大(10 厘米×10厘米)的一块仿生 纳米脚就可以在屋顶上悬 挂一位100 公斤重的人。
1.
2. 3a. 3b. 4. 5a. 5b. 6.
7.
病毒体附着到宿主细胞表面并通过胞吞进入细 胞； 衣壳分解后，病毒核糖核蛋白转运入核； 病毒基因组转录； 病毒基因组复制； 新合成的病毒mRNA出核并完成翻译； 合成的核蛋白入核与新复制的核酸结合； 合成的病毒表面蛋白进入高尔基体完成翻译后 修饰并转运上膜； 新形成的核衣壳进入细胞质并与插有病毒表面 蛋白的细胞膜结合； 新生成的病毒体通过出泡方式离开宿主细胞。
纳米材料：
纳米材料(nano material)，即纳米级结构材料，在三维空间中至少有一维处于纳米尺 度范围或由它们作为基本单元所构成的材料，其结构单元的尺寸介于1～100 nm之间。
零维：纳米微粒、原子簇团
按维度数 一维：纳米丝、纳米棒、纳米管 二维：超薄膜、多层膜
纳米材料表现出超常规特性，既不同于微观原子、分子，也不同于该物质在整体状态 时所表现的宏观性质。
科幻电影的发展：
现代科幻小说的奠基人
儒勒· 凡尔纳 （ Jules-Verne） 赫伯特· 乔治· 威尔斯 （ Herbert George Wells ）
时间机器The Time Machine (2002)
隐形人 Hollow Man (2000)
世界大战War of the Worlds (2005)
美国麻省理工学院电子工程系和物理系的 著名科学家 Mildred Dresselhaus教授
电学性能 由于碳纳米管的结构与石墨的片层结构相同， 所以具有很好的电学性能，电导率通常可达 铜的1万倍。有报道通过计算认为直径为 0.7nm的碳纳米管具有超导性，预示着碳纳米 管在超导领域的应用前景。
碳纳米管打造蜘蛛侠
在人类无法到达或危险的地方，我们常常派机器人去 执行任务，攀墙附壁的本事对它们来说必不可少。
思考： 如何利用仿生学制备“人造壁虎脚”？
王中林研究小组相关工作
（a）壁虎脚的 电子显微镜放大照片； （b）碳纳米管阵列的电子显微镜放 大照片；（c）一个（4×4）平方毫米的碳纳米管阵列自吸附在垂直玻璃的表 面上悬挂一瓶约650克的瓶装可乐饮料； （d）一个（4×4）平方毫米的碳纳 米管阵列自吸附在垂直的砂纸表面上悬挂一个金属钢圈。
纳米材料的特性： 体积效应 表面与界面效应 量子尺寸效应 宏观量子隧道效应
碳纳米管的性能：
力学性能 碳纳米管的比重只有钢的1/6，而强度却是钢的100倍。
碳纳米管的长径比一般在1000:1以上，是理想的高强度纤维材料，因而被称“超级纤维”，是从
月球至地球唯一不被自重拉断的绳索。 碳纳米管的硬度与金刚石相当，却拥有良好的柔韧性，可以拉伸。 化学性能 碳纳米管的结构虽然与高分子材料的结构相似，但却比高分子 材料稳定得多。此外，碳纳米管的熔点是目前已知材料中最高 的。