『壹』 电影《地心历险记》（The core）中有哪些物理知识
空间天气
千百年来，人们就知道，狂风暴雨、电闪雷鸣、洪涝、水旱，地球上这些恶劣的天气变化给人们的衣、食、住、行和生产活动带来灾难。地球20-30公里以上的高空，甚至千万公里的空间（或称太空），也存在恶劣的空间天气变化。例如，当太阳上高温、高超音速的物质喷发所形成的太阳风暴吹过地球，有时会使卫星失效、提前陨落、通信中断、导航、跟踪失误、电力系统损坏以及人的健康与生命带来严重危害，却是近2-30年来才逐步认识到的新事实。
我们现在知道，从太阳到地球这个日地空间环境与人类生存和发展息息相关。它由太阳大气、行星际介质、地球的磁层、电离层和中高层大气所构成。这个空间环境自1957年人造卫星上天，人类的航天、通信、导航以及军事活动等从地表扩展到成百、上千公里的空间，成为人类活动的重要场所；它的高高度、高真空、微重力、强辐射、高电导率等独特的环境条件既为人类发展提供丰富的资源，又为航天、通信、资源探测、军事等活动提供地面不可能有的便利；它阻止和吸收来自太阳的X射线、紫外线、高能带电粒子以及超音速的太阳风暴对地球人类的直接轰击，是人类生存的重要保护层。然而“水可载舟也可覆舟”，常常出现的恶劣空间天气变化也给人类的高科技活动带来如前所述的严重危害。太阳活动控制着它的喜怒哀乐。
空间天气学是空间天气（状态或事件）的监测、研究、建模、预报、效应、信息的传输与处理、对人类活动的影响以及空间天气的开发利用和服务等方面的集成，是多种学科（太阳物理、空间物理、地球物理、大气物理、宇宙线物理、空间等离子体物理、磁流体力学、数值计算、图像处理等）与多种技术（信息技术、计算机技术、各种探测技术和成像技术、空间和地面技术系统与环境相互作用等）的高度综合与交叉。
空间天气学的基本科学目标，是把太阳大气、行星际和地球的磁层、电离层和中高层大气作为一个有机系统，按空间灾害性天气事件过程的时序因果链关系配置空间、地面的监测体系，了解空间灾害性天气过程的变化规律。当前开展的主要科学课题涉及：太阳活动过程和物质输出结构研究；太阳风暴的形成、演化以及和地球的相互作用；地球空间系统的空间灾害性天气过程的因果链模式等方面。这些都是空间科学中面临巨大挑战的难题。
空间天气学的应用目标，就是减轻和避免空间灾害性天气对高科技技术系统所造成的昂贵损失，为航天、通信、导航、资源、电力、生态、医学、科研、宇航安全和国防等部门提供区域性和全球性的背景与时变的环境模式；为重要空间和地面活动提供空间天气预报、效应预测和决策依据；为效应分折和防护措施提供依据；为空间资源的开发、利用和人工控制空间天气探索可能途径，以及有关空间政策的制定，等等。
太阳风
什么叫太阳风？简单地说，就是太阳粒子辐射流，是太阳辐射的组成部分。在离地球大约64000 公里以外，也就是10倍于地球半径的地方，有一股超音速带电粒子流，又称" 等粒子" 流，它以每秒数百公里的速度飞向地球，不断冲击着地球外围环境，这就是太阳风。顾名思义，太阳风可以理解为太阳形成的" 风" ，只不过这个" 风" 不是" 吹" 的大气，而是带电粒子流，这个" 风速" 达到超音速。向着太阳一面的磁性层保护着地球，使其免受太阳风的正面袭击，同时还改变太阳风的方向，使之绕过地球。然而，在地球磁场的南极歧点上，太阳风可以侵入。当太阳风侵入南极歧点区时，它能使带电的太阳粒子辐射流近于垂直地向电离层以至中低层大气输送，使各层区产生能量、动量和质量耦合区域，形成许多重要物理现象。
磁层空间暴
包括磁层亚暴、磁暴和磁层粒子暴。
――磁层亚暴是磁层中巨大能量存和突然释放的瞬变活动，大约每天发生3－4次，每次释放的能量大约相当于一次中等地震的能量，可引起极区地球空间环境的剧烈变化。连续发生的磁层亚暴与强磁暴有密切关系。
――磁暴是全球地磁场的剧烈活动，可引起电磁层和高层大气的剧烈扰动，这对航天活动、通信、导航的定位精度有重要影响。
――磁层粒子暴是近地磁层中各类粒子爆发性事件，对航天活动有重要影响。
极光
极光，是发生在极地上空奇特而美丽的自然现象。从科学意义上讲，极光是从太阳表面发射出来的带电粒子流，从外层空间疾驰而来，猛烈地冲击着地球南极地区高空稀薄的大气层，将大气分子激发到高能级，发出了耀眼的可见光。打个比方，如果把地球空间看做一个电视显象管，地球磁性层尾部的中央比作电子枪，南极地区高层大气视作荧光屏，那么，极光就是这个荧光屏上的图像。极光出现的强弱取决于太阳强度以及太阳风离开太阳所携带的磁场的强度和方向。极光具有巨大的能量，可达到几千电子伏特。一般说来，极光易在67度的地磁纬度和110 公里高度附近出现。研究极光活动的目的，主要在于通过它来研究等离子体层中某些物理现象及其对通讯和卫星轨道的影响。这是因为，当带电粒子落入极光区时，极光区的带电粒子可进一步产生出一个电子浓度大大增强的薄层，引起地面发射机发出的高频无线电波发生异常。此外，极光区的粒子还加热大气的最高层，引起那里的局地大风。极光还能使热层（110 公里～300 公里）大气明显变暖，电子浓度增大，影响飞行高度低的极轨卫星轨道。
Cluster卫星
20世纪80年代初，国际空间界开始酝酿空前规模的国际空间探测计划，结果提出由国际空间 局协调组(IACG，由美国宇航局，欧空局及原苏联和日本的空间局组成)组织和协调“国际日 地物理(ISTP)计划”。该计划是人造卫星发射以来的一个空间规模的国际日地空间探测计划 ，其主要科学目标是：将日地空间作为一个整体系统，在日地空间各层次发射多颗卫星，对日地系统联锁变化的物理过程进行协调地探测和研究。
欧空局的Cluster计划(现称为Cluster Ⅰ计划)就是在这种背景下于1985年底提出来的，IST P计划是在1992年-1996年期间正式实施的。经过十年努力，Cluster Ⅰ的四颗卫星(每颗1.2 吨)由欧空局新研制的阿丽亚娜5型火箭于1996年6月4日在欧空局的法属圭亚那发射场发射。 这是阿丽亚娜5型火箭第一次发射，由于该火箭飞行程序软件的事故，致使发射失败，历经 十年研制的阿丽亚娜5型火箭和它携带的四颗Cluster卫星，顿地发生灾难性的爆炸，在高空 中化为一团烟云和碎片。这一事件引起了国际空间界的震憾，对国际日地空间物理的发展造 成了严重的损失。
1996年6月4日Cluster Ⅰ发射失败，使欧空局的科学家和工程师们非常悲伤，但他们并未因此而消沉，反而激起了奋发图强的精神。在欧空局科学项目主任R.M.Bonnet教授的组织和领导下，开始酝酿新的Cluster计划。经过八个月的努力，终于在1997年4月4日正式通过了新 的Cluster计划，称为Cluster Ⅱ计划。
Cluster Ⅱ和Cluster Ⅰ一样，包括四颗相同的卫星，构成地球空间星座探测计划。Cluste r Ⅱ的轨道是：近地点是4RE(这里RE为球半径，RE=6371.2公里)远地点是19.6RE， 倾角是90°。每颗卫星重1.2吨，各载有11项探测仪器。直至Cluster Ⅱ发射成功之前，在 空间的局部区域都是单颗卫星进行探测，只有计划是姊妹卫星的形式，进行两点探测，因而 不能探测地球空间环境的三维小尺度结构。Cluster Ⅱ的发展成功，开辟了地球空间探测的 新纪元。Cluster的四颗卫星，可在空间中形成四面体，而且四颗卫星之间的距离可根据科 学研究的要求进行调控。这四颗卫星的组合形式，好像四个秀丽的舞伴在太空中跳舞一样， 不断改变姿势。正因如此，欧空局将这四颗卫星分别用四种舞来命名，即将它们分别称为“ Salsa”、“Samba”、“Rumba”和“Tamgo”。
欧空局Cluster Ⅱ计划的主要科学目标是探测和研究地球空间等离子体边界层结构和动力学 过程；主要创新是探测过去不能实现的地球空间环境三维小尺度结构及电磁场和粒子的时 空 变化，解决过去不能解决的关键科学问题。现23周太阳活动峰年已经开始，Cluster Ⅱ颗卫 星的发射成功，对揭示太阳爆发事件引起地球空间灾害环境的奥秘，将起十分重要的作用。
人造卫星
环绕地球在空间轨道上运行(至少一圈)的无人航天器，人造卫星是发射数量最多、用途最广、发展最快的航天器。人造卫星发射数量约占航天器发射总数的90%以上。完整的卫星工程系统通常由人造卫星、运载器、航天器发射场、航天控制和数据采集网以及用户台(站、网)组成。人造卫星和用户台(站、网)组成卫星应用系统，如卫星通信系统、卫星导航系统和卫星空间探测系统等。1957年10月4日苏联发射了世界上第一颗人造地球卫星。在50年代末到60年代初期，各国发射的人造卫星主要用于探测地球空间环境和进行各种卫星技术试验。60年代中期,人造卫星开始进入应用阶段,各种应用卫星先后投入使用。从70年代起，各种新型专用卫星相继出现，性能不断提高。
人造卫星由包含各种仪器设备的若干系统组成，这些系统可分为专用系统和保障系统两类。专用系统是指与卫星所执行的任务直接有关的系统，大致可分为探测仪器、遥感仪器和转发器三类。科学卫星使用各种探测仪器(如红外天文望远镜、宇宙线探测器和磁强计等)探测空间环境和观测天体；通信卫星经过通信转发器和通信天线传递各种无线电信号；对地观测卫星使用各种遥感器(如可见光照相机、侧视雷达、多光谱相机等)获取地球的各种信息。保障系统主要有结构系统、热控制系统、电源系统、无线电测控系统、姿态控制系统和轨道控制系统。有些卫星还装有计算机系统，用以处理、协调和管理各分系统的工作。返回型卫星还有返回着陆系统，它由制动火箭、降落伞和信标机组成。
人造卫星观测天体不受大气层的阻挡，它可以接收来自天体的全部电磁波辐射，实现全波段天文观测。人造卫星的飞行速度高，一天绕地球飞行几圈到十几圈，能够迅速获取地球的大量信息，这是地面勘察和航空摄影无法比拟的。人造卫星在几百公里以上高度飞行，不受领土、领空、地理和气候条件限制，视野广阔。一张地球资源卫星照片拍摄的面积达几万平方公里，在静止轨道上卫星可以“看到”百分之四十的地球表面，这对通信非常有利，可实现全球范围的信息传递和交换。人造卫星能飞越地球任何地区，特别是人迹罕至的原始森林、沙漠、深山、海洋和南北两极，并对地下矿藏、海洋资源和地层断裂带等进行观测。因此人造卫星可用于天文观测、空间物理探测、全球通信、电视广播、军事侦察、气象观测、资源普查、环境监测、大地测量、搜索营救等方面。
『贰』 有哪些科幻、科技与影视融合的例子
经典例子：《2001：太空漫游》（2001：A Space Odyssey）
《2001：太空漫游》于1968年上映，讲述了宇航员前往木星调查并经历了一系列奇幻流程的故事，被誉为“现代科幻电影技术的里程碑”。
库布里克在《2001：太空漫游》中，用电影语言，探索人类与技术、人类与宇宙的复杂关系。
库布里克进行的，不是一次简单化的创作，而是一次基于科学真实的、充满技术细节的复杂且深刻的探索。
首先，是这部电影的科学顾问。
《2001：太空漫游》先后咨询了65家各类科研机构，科学家们被聘请为电影科学顾问，帮主创团队创作科学画面和剧情细节，为故事场景提供逻辑解释，指导演员更好地扮演科学家和航天员。比如，主力担当的NASA科学家弗雷德里克·奥德威、航空航天工程师哈利·兰格，在基于当时最先进的科学技术的基础上，推理了库布里克的艺术创作要求的“未来科技”，并和主创团队一起将它融入《2001：太空漫游》的叙事和画面。比如基于气体核心的核反应堆、高温电离气体技术、跨行星载人航天任务计划等。为了在电影中表现人类起源这一“我们从哪里来？”终极问题，库布里克和大名鼎鼎的亚瑟·克拉克，一起拜访了人类学家哈里·夏皮罗、艾萨克·阿西莫夫……
其次，是对于技术真实的极致追求。
我第一次知道库布里克为了《2001：太空漫游》支付了威克斯工程公司75万美元花了半年造了个真的离心舱、重力轮的时候，我内心是震惊的。这样的人物，并非独苗——从库布里克到诺兰，从《2001：太空漫游》到《星际穿越》，其实很多东西是有文化根基的，至少是某种社会土壤允许这样的追求科幻、科技与影视融合的人物源源不断地诞生。
第三，是这部电影与各类科技企业。
看看这个名单：IBM、贝尔电话（AT&T的前身）、美国无线电公司、泛美航空、通用电气、霍尼韦尔……
这些企业都是与《2001：太空漫游》的深度合作伙伴。显然他们看中的是《2001：太空漫游》对未来的虚拟见证：不久的将来，人类将如何进入太空，如何旅行向总在夜空中闪闪发亮的临近行星；未来的飞船长啥样；几十年后人类穿什么、吃什么、聊什么……而这些品牌，希望自己存在于这样的未来中。
最后，科学界得到了什么?
参加《2001：太空漫游》的科学家们得以将他们对科学技术的某些猜想、对学科未来与现实世界的融合状况的假设，通过电影的虚拟见证，完成向公众得科普，至少，它唤起了很多人的好奇心和想象力。
我个人最喜欢的例子：《星际穿越》（Interstellar）
我先后7次走入电影院，在IMAX观看了《星际穿越》，不仅没有因为重复观看减少新鲜感，反而随着对《星际穿越》幕后越来越多的了解，对这部电影充满了赞叹和敬意。时至今日，我依然没有探索完这座冰山的全貌。
首先，《星际穿越》是怎么来的？
1980年，著名天文学家卡尔·萨根【旅行者一号（大名鼎鼎的发射向宇宙的金唱片）的重要科学家、领导者，科幻电影《超时空接触》的科学顾问、小说原著作者】热心地安排了一次相亲，相亲对象是南加州理工学院的青年理论物理学家基普·索恩和准备进军好莱坞的琳达·奥布斯特。这两人暧昧了段时间，最后没能走到一起。直到2005年，基普·索恩在聚会上又遇见了琳达。此时的索恩已经是一位有名望的物理学家，琳达也成长为好莱坞一位成功的电影制片人。两人就一部包含了虫洞、黑洞、引力波、五维空间的科幻内容的电影项目，迅速达成了合作共识。
2006年2月，他们完成了故事大纲，并迅速得到了斯皮尔伯格的青睐。随后乔纳森·诺兰成为了该项目的编剧。
然而，依旧是经历了9年的漫长路程，期间几经波折，最后是克里斯托弗·诺兰接手，派拉蒙与华纳兄弟两大竞争巨头携手合作，才有了被很多观众誉为神作的《星际穿越》的问世。
其次，《星际穿越》科学与艺术如何在画面交织？
在一开始的创作阶段，主创团队和科学顾问们达成了两点共识：
1. 影片情节不能违背已知的物理定律以及我们对宇宙的确定认知。
2. 对尚不明确的物理定律和对宇宙的猜想要源自于真正的科学，猜想的依据至少要被主流科学家认可。
第一个接手项目的导演斯皮尔伯格甚至召集了14位来自不同领域的科学家开了一天的研讨会，其中包括太空生物学家、行星科学家、理论物理学家、宇宙学家、心理学家和空间政策专家等等。正是这次会议，给《星际穿越》定下了很多重要的“锚点”。
2019年4月，当全球科学家协同拍出来的黑洞照片发布时，很多人找到了当年《星际穿越》剧组渲染出来的电影画面，大家的感慨基本都是：“这不就是黑洞的高清版么？”而吉普·索恩则说：“我一直都知道这些原理和论据，但知道和看到、感觉到又完全不同。这个模型让我反过来对透过快速旋转黑洞会产生怎样的重力透镜效应有了新的认知。”
至于影片里最不可思议的“五维时空超立方体”，它的科学程度很可能超越了多数人的想象：
细节1：关于高维空间。
库铂抬头-看到的是书房地板往天花板的视角；
库铂低头-看到的事书房天花板往地面的视角；
库铂往左-看到书桌视角；
库铂往右-看到床头视角；
库铂往后-看到书架视角；
库铂往前-看到房门视角；
而这一切，是严格按照数学推演的四维空间结构的光学路线推导而出。（有兴趣的同学可以搜一下四维空间的数学模型有关论文）
而库铂所在的这个超立方体被从高维中直接从黑洞挪到了地球上墨菲的书房，这也是为什么影片一开始农场的引力就一直异常，因为那时候超立方体已经降临地球。
细节2：关于时间。
超立方体里的库铂通过移动，可以来到书房的不同的时间点，从而完成信息传递。
库铂拍打超立方体延伸出来的“管线”，也会像波纹一样从右向左传递，因为按照数学设定，从左向右是构架那个超立方体的时序（简单化），当下发生的事件或逐渐成为更远的过去。
正如片中布兰德所说：“在高维生命看来，时间只是另外一个物理的空间维度，在他们眼里，‘过去’可能就像一条峡谷，他们可以随意地跳进去；‘未来’于他们而言也只是一座可以攀爬的山峰。”
2015年，《星际穿越》获得了奥斯卡奖；2017年，《星际穿越》的策划、科学顾问基普·索恩获得了诺贝尔物理学奖。
第三，《星际穿越》的声音是多么不可思议。
相信很多人因为《星际穿越》对管风琴这一冷门乐器有了全新的认知。
如导演克里斯托弗·诺兰所言：“即便《星际穿越》与宗教无关，但管风琴、教堂、建筑……这些都代表着人类的某种尝试，来描述那些玄奥的、神秘的东西，那些超越了我们、超越了日常领域的东西。”
配乐大师汉斯季默说：“管风琴低音符带来的力量，你可以在太阳穴上感受到，教堂的窗花开始振动，因为有太多的空气被推入到房子里，其间蕴含着一种原始和危险的特质——这东西要爆炸！这其中又有很多人类的特质，因为它只能用气息发生，它需要呼吸——在每个音符上，你能听到呼吸。”
诺兰深刻认同了这一点：“你在每个音中感到有人的存在。我认为这一点留在电影中是非常重要的，不仅关乎我们看到的宇宙，还有宇宙之中的人。用一种很亲密的方式使用它，同时保持着宏大。”
除此之外，当主角降落在一小时相当于地球7年的星球上时，那个从舒缓到紧迫的滴答声，伴随着山一样的巨浪时候涌起的音墙。那些随着离开地球，变得有些失真的配乐音色……
这是一部可以在任何细节、任何角度进行推敲的电影！而且随着你了解它越深，你会发现更多“冰山水下的宏大”。
最后，《星际穿越》最打动我的地方。
这部电影的两个核心驱动力，其一是科学顾问提供，另外一个则由艺术家们提供。
科学上，引力，可以穿透所有的维度。这一点如刘慈欣和卡梅隆对话时说的：我知道最疯狂，最让人不可思议的想象力就是前沿科学产生的。
但让打动我的是那穿透了所有维度、穿越了时间和空间的，父亲对女儿的爱，是电影画面中浩瀚又冰冷的宇宙之中，那个在五维空间从黑洞直奔女儿书架背后的那个被当做“ghost”的父亲，这一切伴随着那熟悉的Cornfield Chase一起涌现，当你在结局回望开头，不禁泪流满面。