从打碎玻璃到破胸而出——科学家眼中的《异形：圣约》 

　　导语：每个人都会根据自己的兴趣分析一部电影，逻辑严谨的科学家们又将会怎样看待科幻电影《异形：圣约》呢？

　　关键字词：科幻电影；观影感；数学

　　《异形：圣约》(Alien: Covenant)是2012年电影《普罗米修斯》(Prometheus)的续集，继续讲述了“圣约号”船员殖民未知的天堂世界的故事。

　　当然，事情不总是尽如人意，他们很快就必须为了生存而迎战极其可怕的境地。

　　这部电影推出了近乎全新的演员阵容，当然还是包括了一些熟悉面庞，比如以饰演惊悚角色著称的迈克尔·法斯宾德(Michael Fassbender)。虽然该片涉及不同风格的新主题，但它仍烙印着熟悉的《异形》特色。

　　该片让人感受到一种发自肺腑的恐惧，能够作为一个新的条目列入经典之中。该经典始于1979年由导演雷德利·斯科特(Ridley Scott)拍摄的噩梦般的场景，塑造了由西格妮·韦弗(Sigourney Weaver)饰演的女英雄雷普利(Ripley)。在《圣约》中，凯瑟琳•沃特斯顿(Katherine Waterston)的表演也诠释了一位强大的女性领导者丹尼尔斯(Daniels)。

　　作为严格意义上的科幻电影，《异形》系列电影一直充满着科学、数学概念。这里，我们将深入研究一些出现在《异形：圣约》的生物，它们也呼应了早前电影呈现的主题。

　　按照惯例，我们要先提醒你，高水准的“纯娱乐”分析是必须为了完成数学计算而做出大量假设和简化的。

　　电影里的角色似乎经常陷入这样的境地：他们与可怕怪兽仅仅相隔这一层薄薄的玻璃。(还记得《侏罗纪公园》(Jurassic Park)吗？)

　　《圣约》也是如此。事实上，玻璃几乎在每一个场景(从睡眠舱到着陆器)好像都有很重要的作用。

　　其中一个令人印象深刻的场景是，当一个船员正打算从行星撤离时，一个异形外星人试图在飞行器起飞的瞬间撞破飞行器的玻璃。

　　我们可以做一些粗略的计算，看看玻璃坚固到什么程度才可以阻止外星人进入到内部。我们将排除玻璃压强等级——即评定玻璃能承受的压力多少。

　　假设外星人的头(在这个场景中头是主要的撞击工具)重100千克。我们可以大概估计出它移动有多快。该片段播放速度为每秒25帧，在帧与帧中间头似乎移动了大约0.5米

　　速度

　　=距离 / 时间

　　= 0.5m / (1s / 25)

　　= 0.5m / 0.04s

　　= 12.5m/s

　　由此我们得到了冲击速度。我们可以利用质量乘以速度得到动量值。

　　动量

　　=质量 × 速度

　　= 100kg × 12.5m/s

　　= 1,250kgm/s

　　而我们估计头部停止所需时间：相当于棒球棍击球——所需时间为0.001秒。现在我们有了需要的所有数据，就可以计算出冲击力和外星人在玻璃上造成的压强。

　　冲击力

　　=动量变化量 / 时间间隔

　　= 1,250kgm/s / 0.001s

　　= 1,250,000kgm/s2

　　为了把力转换成压强，我们需要知道受力面积的范围。这个范围似乎只有外星人头的顶部，大概是10厘米 × 10厘米的区域，即0.01平方米。

　　压强

　　=力 / 面积

　　= 1,250,000kgm/s2 / 0.01m2

　　= 125,000,000kg/ms2

　　= 125,000,000 Pascals (P)

　　由于1磅力每平方英寸(PSI)等同于6,894.76 帕斯卡，所以：

　　压强 = 18,130 PSI

　　已知坚硬的钢化玻璃的某些区域的压强达到10,000到24,000PSI时，该玻璃就会破碎。因此，如果有一个巨大又愤怒的外星人砰砰地撞击玻璃，努力撞破玻璃来捉到这个船员是有可能发生的。

　　也正如电影描述的，不是所有玻璃都能等量地承受撞击，尤其是飞行器内部的玻璃。

　　我的同事让我发疯

　　如果你将要和你同机组的同事在船上和你们发现的新行星上一起呆上好几年，你当然会希望能和他们好好相处。

　　在《异形：圣约》中，生存问题比社交更为紧迫，但对类似火星太空旅行的真实场景而言，社交也是一大主要挑战。

　　我们可以调查不同范围下的小组性格冲突产生的可能性。

　　假设任何一个人都有5%机会和其他人发生严重的个性冲突。

　　如果只有两个人，那么你们都不讨厌对方的概率是：

　　友好概率

　　=你喜欢对方的几率×对方喜欢你的几率

　　= (1-你讨厌对方的几率)×(1-对方讨厌你的几率)

　　= (1 – 0.05)×(1-0.05)

　　= 0.9025 或 90.25%

　　这可能性并不低，但是假如你们有20个人呢？那么：

　　友好概率

　　=你喜欢其他19个人的几率×第二个人喜欢其他19个人的几率×…第20个人喜欢其他19个人的几率

　　= (某人喜欢其他19个人的几率)20

　　= (0.9519)20

　　= 0.377420

　　= 3.4×10-9

　　几率仅是0.00000043%！

　　因此从有鲜明个体特征的20人中选取任何随机小组，不会发生严重冲突的可能性微乎其微。

　　这就是为什么心理分析在火星探索任务中如此重要的原因。

　　那可不是消化不良

　　一直以来最有标志性的电影场景之一，就是1979年的《异形》中，可怜的Kane(John Hurt饰演)体内异形的破胸而出。

　　在《圣约》中，更多生命形式的外星人从人体中突然出现，而胸膛似乎不是他们唯一的选择。

　　我们的肋骨是十分强大的：这是它们选择身体的其它部分离开的原因吗？胸膛是更为可行的吗？

　　我们可以调查这两种可能性：一种暴力，不带技巧地冲出你的出路，或一种更优雅的力量切开你的出路。我们将借鉴来自心脏外科手术、黑猩猩及拳击上的科学。

　　动力锯的方法

　　如果外星人可以使用它锋利的牙齿，那么它也许在破胸而出之前会切断肋骨、切出它的出路。

　　这个过程经常会花上几秒钟。而有一些外星可能做了预先切割工作，这也许可以解释血液飞溅的现象。

　　胸骨锯峰值功率输出一般可以达到250瓦特。骑自行车的人运作的峰值功率在很短的时间内可能达到超过1400瓦特。

　　但是外星人是一种比我们还难驯服的动物。黑猩猩的体重大概是人类的两倍，我们可以说外星人的体重可能比黑猩猩更壮两倍。让我们假设幼年外星人重5kg。

　　破胸而出的峰值功率输出

　　=人类功率输出×外星人增强因素×破胸而出者的重量/人类重量

　　= 1400W×4×5kg / 80kg

　　= 350W

　　因此，如果破胸而出的物体可以像心脏外科医生使用锯子一样有效地利用它的令人难以置信的力量切开它的出路，这个方法是可行的。

　　冲出你的出路

　　如果跳过切割环节，那就需要来自巨大钝物的足以挤开肋骨的蛮力。

　　我们可以将其与一个拳击者的撞击力相比较。一个冲击力为3,300牛顿快速打碎一个普通人的肋骨的几率为25%。一项关于奥林匹克拳击手的研究发现他们的峰值力大约是4,700牛顿。

　　破胸而出者能否拥有这样大的力量呢？我们假设破胸而出者的体重比人类体重的四倍还要有力；那么它能够产生的峰值冲击力为 4,700 × 4 × 5kg / 80kg = 1,175 牛顿。

　　这种力量不可能一次性打开肋骨，因此需要尝试很多次。这也许能解释为什么外星人找到其他方式从它的宿主身体中出来。

　　结论

　　《异形：圣约》有着不同于其他“异形”系列电影的特点。它沿着《普罗米修斯》的路线探索出更多哲学主题，如我们从哪里来，什么使我们变成了人类，而又是什么阻挡了我们。

　　这部电影有着极好的视觉效果和音乐支持，该片包含了大量的动作场景(有一些比其他电影显得更为真实)，但是其核心仍然是一部惊悚电影，让我们在其中体验一种令人毛骨悚然又不可思议的未来的可能性。

　　作者介绍：迈克尔•米尔福德(Michael Milford)是澳大利亚机器人视觉中心首席研究员，澳大利亚研究委员会未来研究员，微软研究院研究员和创业教育Math Thrills有限公司创始人。

　　朱西•雷特诺（Juxi Leitner）是澳大利亚研究委员会资助的机器人视觉卓越实验室的研究员。

　　（翻译：黄怡梅   审校：宋娅）