从“隐身斗篷”里面光学原理看光电科普

信息发布员 · 发表于 2011-5-30 17:56:48

《10月的天空》也许并不是励志片，而是火箭的发展史和火箭发射原理的科普片；《哈利·波特》除了是一部情节曲折的魔幻剧，更有奇幻的光学科幻情节；动画片《美少女战士》则变身震波物理的科普剧……一部部电影中的神秘现象，被学生们用物理视角，“剥茧抽丝”般层层揭开神秘面纱，原来这些现象就发生在我们身边，还有可能走进我们的生活。

昨天,首届两岸三地知名高校物理学科学生学术创新论坛在上海交大举行，作为论坛“重头戏”的“看物理，谈电影”更是征集到了来自两岸三地的百余件作品，最终21件作品获奖。

科幻电影中的“可能”和“不可能”

如果用科学去解读电影，会发现很多电影中有很多的“可能”和“不可能”。物理系的学生黄惠勤和黄仔细研究了《功夫足球》，发现“虽然让人看得过瘾，但是如果足球踢到这个份上，球要不就飞上了外太空，脱离地球引力再也回不来了，要不就是还没来得及飞出去，就被一脚踢爆了。”

因为按照球飞出去的抛物线和功夫足球中球从飞出到落地的时间推算，球最高点达到了1万5千800多公里，早就脱离了大气散逸层，脱离了地心引力，永远地飞入了外太空，不可能再回到地面了。而且还可以计算出球的初速度是每秒1万2千多米，要达到这一速度，按照足球0.4公斤的平均速度，一脚上去球已经炸得“连皮都找不到”。

在上海交大学生翟晨辉、孙开佳的眼里，哈利·波特的隐身斗篷是一个现实光学问题，“我们都注意到了日常生活中常见的光学现象，光线运动方向会发生改变。”翟晨辉说，“完美隐身就是通过改变光线的路径，使光线在平面介质中弯曲，而且保证出去后依然是平面波。”他经过计算，得到介质的电磁参数，他的搭档孙开佳则通过数值模拟，得到简单的圆柱隐身衣的图像。圆柱的外面涂好介质后，当平面波经过介质时，光线都会在介质中运动，圆柱中间没有任何的光线，当光线离开介质之后，同样是沿着平面波运动。如果人坐在圆柱中间，就不会被看到。

“不过，隐身衣的‘可能’还是‘不可能’，真是个两难的选择。”他们说，“因为这样的隐身衣会阻挡住光线，穿上隐身衣的人很可能是个睁眼瞎哦。”

科技在电影中的应用

如果说很多电影中的物理元素都是无心为之的，那么还有很多电影中都特地用上了物理学原理。摩斯密码（又称莫尔斯码）就在很多电影情节中出现。香港城市大学焦述铭、李重雨就破解了其中“奥秘”。

焦述铭现场演绎了一个男孩和女孩的友情。他们两家相邻，男孩与女孩的卧室窗户面对面，到了晚上还想聊天。怎么办?那就用手电筒吧。如果英语中26个字母，用手电筒亮一下，表示A；闪两下，表示B，以此类推，表达“Howare you”，就需要闪131下手电筒。可如果用莫尔斯码，手电筒只需闪32下。

焦述铭介绍，26个英文字母容易表示，那么千奇百怪的汉字怎么办？他们给出的答案是，每个汉字用四位数字，每个数字再分别用长短信号表示，四位数字最多可以表达一万个汉字，这对于常用的汉字已经足够了。焦述铭说，莫尔斯码虽然是为了电报通信而发明，但却未必一定要用电信号来传递，这就是为什么影片《风声》中节奏变换的戏曲，衣服上长短不一的线都可以成为莫尔斯码的载体。

在观看电影中激发智慧

有些电影要像吃牛肉干一样“用力”地看，有的电影看起来则像吃爆米花一样不伤脑筋。但不管是哪一类电影，其中或多或少都能和物理扯上点关系——电影《木乃伊》、《特种部队》、《国家宝藏》中都蕴含着光学知识；《三个傻瓜》、《福尔摩斯》、《机器人历险记》都和电磁学有关；《刺客联盟》、《花木兰》都和力学有关……

“看电影，谈物理”竞赛的出现就是因为在电影中的一些情节或镜头，确实与物理很有关系。上海交大教务处老师告诉记者：“看着电影来谈一谈物理也未尝不是一种寓教于乐的有趣方法，可以达到利用开放式教育资源及鼓励创意性教学思考的目的。”

“看电影，谈物理”竞赛自2009年以来已举办两届，有数百位同学提交了精彩的作品。参赛作品以讨论电影情节中与物理相关的问题为主，例如：物理的原理、定律、现象、人物或发展历史等相关问题，以影音或动画的形式呈现出来。这些优秀的参赛作品将被整理编辑成一系列完整的物理教学辅助资料免费开放。

“看电影，谈物理”竞赛激发了同学们探究科学真理的热情。翟晨辉告诉记者，“看着这些天才的创作，幻想般的表演时，感觉身心融入了其中，心跳和呼吸都被紧紧地抓住了。当我们回到生活中再去认真审视电影中的创作时候，往往会有很多惊喜，发现电影创作原来离我们那么近，这激励着我不断地去思考、去探究。”

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