首都科學講堂第651期《科幻電影中的科學》

信息來源:北京科學中心      發布時間:2020-07-06

  2020年7月4日,受新冠肺炎疫情影響,首都科學講堂線上開講,本次首都科學講堂邀請了中國科學院計算技術研究所大數據研究院院長、科普中國2019年度“十大科學傳播人物”王元卓,為大家帶來主題為《科幻電影中的科學》的精彩講座。

 

  應對疫情防控,首都科學講堂線上開講。為堅決貫徹落實習近平總書記對新型冠狀病毒感染的肺炎疫情作出的重要指示精神,北京科學中心堅持“疫情不解除,科普不掉線”,積極開展疫情防控和應急科普,切實做好知識普及和引導科學防控等工作。本期首都科學講堂使用科學加APP、騰訊新聞客戶端、新浪科技客戶端、一直播APP等平臺開展直播,采用“直播+錄播”雙管齊下的新穎方式,讓公眾足不出戶,也能獲得最權威、最前沿的科普內容和資訊。首都科學講堂在疫情防控期間將靈活運用各類載體形成宣傳陣地,利用網絡手段為公眾帶來更多豐富主題的線上活動,進一步發揮科普在疫情防控中的重要作用。

科幻電影中的科學

  如何通過科幻電影在孩子心中播下科學的“種子”?如何從日常生活入手,培養孩子們的科學精神和創造力?

第一講 科幻為孩子播下科學種子

  科幻跟科學有什么關系呢?科學是建立在理性基礎上,是非常寫實的;而科幻通常是建立在感性基礎上的,非常寫意??苹米鳛橐环N文學形式,把一些科學的理論向未來延伸,是對未來自然界產生的幻想。二者有著非常密切的聯系,比如:科學幻想對科學發展有著預言和推動作用,它是科學發展的助燃劑。而科學的不斷發展也會帶動科學幻想的升華,它是科幻作品創作靈感的燃料庫。

  大家都熟悉科幻電影,那么什么是科幻電影呢?我的回答是:科幻電影是建立在科學的基礎上,增加了人們的科學幻想情節和假設場景??苹秒娪坝刑摌?、幻想成分,但是它的基礎是人類的科學技術,并且遵循自然定律,與真實生活密不可分。值得大家觀看的經典科幻電影有《霹靂五號》《月球旅行記》《2001太空漫游》,等等。

  1986年上映的《霹靂五號》,對我走上科研道路產生了重要的影響?!杜Z五號》講述了一個被雷擊中的機器人,擁有了人類的情感、意識和超強能力的故事。我記得,當時我和同學們都希望擁有那樣呆萌可愛而又非常先進的機器人,并且非常想和“霹靂五號”成為朋友。

  1991年,正在上中學的我對科幻動畫片《變形金剛》到了癡迷的程度,在興趣的驅使下,我使用200多個易拉罐制作了一個高達一米、可以變形的“擎天柱”,這個放置在自己床頭的“擎天柱”伴我度過了中學時代。

  2008年,科幻動畫片《機器人總動員》的全球票房累計超過了5.3億美元,片中名叫瓦力和伊娃的機器人,至今被人津津樂道,可見機器人題材的科幻影片多么受人喜歡,也正是因為喜愛和興趣,才讓科幻電影在很多人心中播下了科學的種子。

  2014年,為了我的大女兒,僅耗時一周,就用極其簡單的材料做了一個可以簡單對話的小機器人——瓦力。讀幼兒園的大女兒總把“瓦力”帶到學校,因為這個機器人讓她感到非常自豪和驕傲。

  2015年、2016年,我又使用廢舊鐵皮和網絡上購買的元器件,為小女兒制作了性能更加強大的“瓦力二號”和“瓦力三號”??梢酝ㄟ^腦電波互動,可以雙足跳舞和做復雜動作,可以智能對話的“瓦力三號”已經成為我家重要一員。

  我特別想和家長們分享的是:我并不是研究機器人的,只是一個機器人愛好者,我做機器人的技能和很多家長一樣,所以只要大家想做,就可以實現。而且我和孩子們制作的機器人,是任何地方見不到的、買不到的,是獨一無二的。

  從1991年的“擎天柱”到2016年的“瓦力三號”,這25年里,我心里面的那顆種子一直都在,直到它生根發芽。我認為,一旦科學的種子在心里生根發芽,就有可能在條件允許的時候開花結果。

  所以我想和大家說,“曾經的夢想,現在就可以用如此簡單的方式出現在普通人的生活當中,必須要向在我們心中埋下科學種子的科幻電影致敬!”

第二講 如何培養孩子們的創造力

  很多家長朋友們都會問我這樣一個問題:不遠的將來哪些職業有可能會被人工智能取代?我的回答是:簡單重復性的工作會被取代,比如超市的收銀員、安全監控員,等等。還有就是可以用一個目標函數進行優化的職業會被取代,比如翻譯。我們的孩子們應當重點培養什么樣的能力,才能在未來的職業發展當中立于不敗之地呢!我的答案很簡單:培養孩子們的創造力。

  作為大數據和人工智能方向的科研人員,我認為,培養孩子的創造力首先要設定目標,然后是要制定簡單可行的方案,而且方案要能滿足我們的需求,最關鍵的第三步是動手實施。按照我的經驗,以上三個步驟,既可以培養孩子們的創造力、創新意識,又可培養、提高孩子們的動手能力。創造力又是如何體現出來的呢?它可以從國家層面體現出來,比如神舟系列飛船、量子計算機,等等。它還可以體現在我們的生活中,比如創意畫、剪紙、科技作品,等等。

  在我看來,創造力可能無法帶給我們財富,但它可以讓我們享受到別人享受不到的成就感、新鮮感,甚至讓我們的生活變得更加美好。我個人覺這些遠比財富和名聲更重要。

  如何更好地發揮或者培養我們的創造力呢?我非常認同美國著名積極心理學專家米哈提出的“心流”理論,“心流”能驅動我們全心全意地投入到某一項工作中,并在這個過程中極大地激發我們的創造力。

  當然,激發孩子們創造力、創新意識最好的動力要算好奇心和興趣了。我們可以不斷尋找讓自己感到新奇的事情,還可以通過參與、體驗和感受激發孩子們的好奇心和興趣。

  我的大女兒月月五歲的時候想親手做個蝴蝶風箏。在我的啟發下,她決定做一個用棉線和竹子就能搞定的傳統風箏。月月手繪了風箏圖案,而且全程參與了風箏的捆扎、粘貼。2019年月月十歲了,她的風箏依然可以在藍天飛舞。女兒自豪地說,“爸爸,天上只有我們這一個風箏是我們自己做的。”我想和大家分享的是,孩子們享受成果的過程,也就是激發他們好奇心和興趣的過程。我兩個女兒的動手能力是在不斷訓練、反復實踐中培養出來的。每年的臘月二十五,我都會和孩子一起畫葫蘆。臘月二十八,我都會和女兒們剪窗花,她們的每一筆、每一剪都是創造力、動手能力的體現。

  其實,孩子們的創造力離不開模仿。我的大女兒模仿我的手繪,制作了包括鬼谷子、蘇秦、張儀、龐涓在內的戰國人物手繪,并且描繪出了人物之間的關系。大女兒的手繪在微博上,竟有了100多萬的閱讀量和互動。小女兒看到我的手繪,也有了創作的念頭。六歲時,她模仿著我的作品寫了她自己的小說并配圖,起名《The Island of Treasure》。

  當然,家長要留給孩子試錯的空間,還要搭建培養孩子創造力和動手能力的試錯平臺。孩子畫錯了、剪壞了、作品作廢了沒關系,我們重新開始。我在家里面給孩子們做了黑板墻,在這面墻上,孩子們可以盡情地亂寫亂畫,可以繪制她們想要的各種圖案。我從事科研最真切的感受是:創造和創新有時是一種情懷,而非急功近利。孩子們的創造力正在擁抱一個前所未有的機遇期。很有可能孩子們的創新想法會改變人們未來的生活,而且不會像我從“擎天柱”到“瓦力三號”那樣一等就是25年。所以,擁有創造力就可以讓我們擁有更多的樂趣,讓我們享受更多的幸福。

第三講 科幻電影啟迪科學發展

  科幻電影是如何啟迪科研靈感的呢?首先讓我從2002年上映的科幻電影《少數派報告》說起,這部影片展示了2054年大數據的神奇力量。人類的司法審判制度已經“進化”到了在犯罪發生之前,通過大數據分析預知犯罪并逮捕將要犯罪的“罪犯”的地步!通過數據對未來進行預測分析,從而為我們的生活帶來更好的幫助,就是我研究的領域。

  影片中描述的大數據是什么?它是在可容忍的時間周期內,使用現有架構、軟件、硬件,都沒法進行有效地感知、獲取、傳輸、存儲、計算的數據集合。簡單說,就是用現有技術處理不了,或處理不好的體量很大、增長很快的大數據。大數據的來源有兩個,第一個來源是通過傳感器觀測獲得的、來自物理世界的數據,比如天文數據、生物數據、腦科學數據,等等。第二個來源是人們的行為產生的數據,比如社交網絡、在線購物等。大數據能幫我們人類干兩件非常重要的事情,一件是對現在進行準確地感知,另外一件就是預測未來。

  有人會問,通過大數據預測未來真的靠譜嗎?答案是肯定的。新冠疫情初期,我們的團隊采用官方數據,通過有效的預測模型,對中國、美國等十余個國家三天內的疫情發展態勢做了預測,平均準確率達到99.6%。所以,優秀的科幻電影確實可以幫助科學家打開腦洞,引導科研工作的走向。

  讓我們再說說另一部啟迪科學發展的科幻電影吧!國產優秀科幻電影《流浪地球》里,有很多值得大家思考的科學問題和科學知識。比如:空間站使用的人工智能控制系統——Moss,Moss具備非常豐富的知識和數據儲備,能夠非常流利地和人類進行交流、互動,還可以對空間站的人員進行監控、分析,非常關鍵的是它永遠都處于理智狀態。具備自我凈化、自我學習能力的虛擬生命系統Moss能否成為現實呢?我認為,還有很長的路要走。盡管阿里小蜜這個基于規則服務的機器人,準確率可以保持在95%以上。IBM的沃森可以對人們的疾病進行診斷,平均準確率可以達到80%以上。但是要想實現和Moss一樣的虛擬生命水平,人類仍然要付出更多努力!

  我個人非常喜歡科幻電影,我也非常關注科幻電影中帶給科研人員有益啟發的知識。我希望未來的科幻電影,呈現更大的腦洞、更多的意想不到。比如,百萬光年以外星系是什么樣的?前溯千萬年以前宇宙的樣子,后溯千萬年以后宇宙的形態。

  在這里,我非常想跟大家分享一下我的幾個觀點。第一,科學家參與科幻電影的創作,可以讓電影中的科學技術更加穩固和合理;第二,好的科幻電影是可以幫助科學家打開腦洞,引領科研方向的。第三,優秀科幻電影和小說是沒有圍墻的全民課堂,進行科普教育,可以更容易地讓科學走進孩子們的心靈,走進孩子們的生活。

  我認為,優秀的科幻作品一定可以提高全民族的科學素養,并必將催生更多、更優秀的科研成果,也必將催生出更多更優秀的年輕學子。

第四講 科學家奶爸的宇宙手繪

  觀看《流浪地球》電影后,我為女兒手繪的六幅講解圖,被朋友發到網上,得到了100余家媒體的報道、轉載,微博的閱讀量超過了1.5億人次。最讓我意想不到的是,《流浪地球》手繪講解圖還被翻譯成了英文,并被多家海外電視臺報道。

  在很多朋友的鼓勵下,我在“六幅講解圖”的基礎上,繪制出了《科學家奶爸的宇宙手繪》這本科普手繪書籍,這本書不僅得到了千萬網友的關注,還得到了多位院士的推薦。袁亞湘院士認為這本書,是賞心悅目的不失童真的科普作品,可以對各種太空知識進行滿載科學家嚴謹的講解。周忠和院士說,越是通俗的東西成年讀者越喜歡,尤其適合作為家庭親子閱讀作品。歐陽自遠院士說,每一幅圖畫背后都是一場場科學的探索,是一份獻給廣大科學愛好者的禮物。

  我還記得影片《流浪地球》中的這樣一個情節,領航員號空間站帶領地球飛往遠離太陽的宇宙深處。

  有人會對這個情節提出質疑:“領航員號空間站是如何與地球保持通信暢通,并將指令傳遞給人類呢?”

  影片中的地球在流浪、逃離過程中,已經停止了自轉。我想提醒大家的是,停止自轉的地球,南極面向逃逸方向、背對太陽,所以包括南極在內的整個南半球都是暗無天日的黑夜。相反,面向太陽的北半球一直是白晝。領航員號空間站如何與地球背面、北半球的人類進行通信呢?可以用無線電波跟北半球的人類通信嗎?答案是否定的,因為無線電波無法穿透地球。通過中繼衛星保持聯系可行嗎?答案是否定的,因為逃逸的地球已經“拋棄”了月球、地球同步衛星等伙伴。一種合理的解釋是:人類在地球上建立了數量足夠多的超級通信基站,領航員號發出的信息通過一個個超級通信基站,傳遞到北半球。我認為,很可能還有更好、更合理的解釋,但是需要青少年朋友們開動腦筋,給出答案。我之所以這樣說,是希望通過科幻電影的科學知識點啟發孩子們思考,只要孩子們能在假設范圍內自圓其說,就都是好答案。

  我個人認為,2017年,由諾貝爾物理學獎獲得者基普·索恩擔任科學顧問的科幻電影《星際穿越》,是科學性最強的科幻大片。

  我的兩個女兒看完《星際穿越》后,對影片中的很多情節產生了濃厚興趣,她們提出了很多問題:如何進行跨時空穿越?黑洞是如何產生的?蟲洞是什么樣子的?大女兒又在與小朋友們的交流中,發現了更多新鮮有趣的問題。我根據大女兒關注的問題,甄選出十個知識點,進行了詳細解答。我告訴大女兒,四維空間可能是在三維空間基礎上,增加了時間維度。五維、六維甚至更多維度的空間是什么樣子呢?我們可以展開豐富的想象,想象更多維空間是在四維空間上增加更多條時間線,進而構成所謂的平行宇宙。而平行宇宙也許就是,人在同一個時刻擁有不同身份、不同生活的空間。多維空間不僅給我們帶來了想象空間,還更值得大家去探索。

  另一部經典科幻電影是《火星救援》,這部影片講述了一位被遺留在火星的宇航員,獨自發揮自己植物學家特長,種土豆、吃土豆生存500天的故事。非常巧合的是,我特別喜歡帶著兩個女兒種菜,而且一種就是七年。一次女兒問我,為什么我們家每年都要種土豆?我笑著回答,“學會種土豆,就可能在火星上生存了”。于是我就找出《火星救援》讓兩個女兒看,如獲至寶的兩個女兒非常喜歡這部電影。為了她倆我再次總結出人類如何登陸火星、宇航服的內部結構、如何在火星種土豆、火星上的土豆與地球上的土豆有什么不同等10個科學知識點,并詳細地講解給她倆。之后,我將如何與大家分享科幻電影中的科學知識呢?我將挑選物理、量子、人工智能、芯片、機器人等領域的十部經典科幻電影,并為這十部電影手繪一百個科學知識點的講解圖,向青少年講解這些科學知識,以便更好地培養他們的科學思維,激發孩子們對科學的興趣。

  最后,我想跟大家分享的一句話是:優秀科幻電影和小說是沒有圍墻的全民課堂,進行科普教育,可以更容易地讓科學走進孩子們的心靈,走進孩子們的生活。  

广西快三 Produced By 大漢網絡 大漢版通發布系統