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正经向 | 葫芦娃中的那些“黑科技”

中科院物理所 · 公众号 · 物理 · 2016-12-28 09:00

正文

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童年

记忆

葫芦兄弟

1986年的国产动画片《葫芦兄弟》可以说是80、90后的经典记忆，曾陪伴无数人走过了无忧无虑的童年时光。如今30年过去了，但每每提到葫芦娃，心中依旧充满了回忆与遐想。七个葫芦娃的形象已经深入人心，大概，这就是经典吧！

“葫芦娃，葫芦娃，一根藤上七朵花~”

看到这句话是唱出来而不是念出来的人举爪！

如果从科幻的角度看葫芦娃，那么你会发现，葫芦娃中充满了科技元素，满满的都是黑科技啊！

葫芦娃中的角色，无论是正派还是反派，各个都拥有一身绝技，其实都是高科技的产物！而葫芦娃爷爷的真实身份其实是一位科学大师，精通生命科学、植物学、动物学、医学、材料学、人工智能、园艺学、工程学等学科领域，而且身强体魄，武功高强。

下面我们就来看看葫芦娃中都有哪些神奇的“黑科技”吧！

大娃（红娃）

红娃是七兄弟中的大哥，生来就是一个大力士，身体可以任意变大或缩小。一言不合就徒手劈山，脚一跺就八级地震。

能力：力大无比、巨大化

原理：生长激素

我们知道，生长激素是哺乳动物控制生长与发育的激素，它可以促进动物和人的发育以及细胞的增殖。人们经常听说的病症“巨人症”就是生长激素分泌过量导致的。

生长激素结构

生长激素主要生理作用是对人体各种组织尤其是蛋白质有促进合成作用，能刺激骨关节软骨和骨骺软骨生长，因而能增高。大娃能增高变大，主要原因就是他能够在短时间内产生大量生长激素，刺激骨骼、肌肉的快速生长。生长激素由脑垂体合成、存储和分泌，所以大娃脑中的垂体部分想必相当发达。

尽管生长激素可以促进人体的发育，但是分泌过多也不是好事。脑下垂腺肿瘤、“巨人症”、视力模糊、视野狭窄、肢端部肥大就是生长激素分泌过量引发的症状。动画片中，大娃虽然力大无比，但是反应比较迟钝、有勇无谋，可能这就是长期分泌过多生长激素带来的副作用。

二娃（橙娃）

二娃有千里眼和顺风耳，本身攻击力不强，不是战斗主力，但由于强大的侦查能力，属于队伍的辅助型人才。

能力：千里眼、顺风耳

原理：“北斗”卫星系统、信号放大器

要想做到“千里眼”，洞察千里万里之外的事情，估计也只有地球同步卫星能做到了。所以二娃的身上应该是连接着我国自主研发的“北斗”卫星定位系统，可以快速地确定目标所处的地理位置，提供导航信息。

除了“千里眼”，二娃还有个技能就是“顺风耳”，能够听到距离很远的地方发出的声响。这是因为二娃身上还装了声波信号放大器。

声音是振动产生的声波，通过介质（空气、固体、液体）传播。我们说话时声带发出振动，进而引起空气分子有节奏的振动，使周围的空气产生疏密变化，形成疏密相间的纵波，这就产生了声波。

声音为什么会在传播过程中越来越微弱呢？这就是声波的衰减。造成声波衰减的原因主要有三个：

1、扩散衰减：物体振动发出的声波向四周传播，声波能量逐渐扩散开来。单位面积上的声波能量随着声源距离的平方而递减，即

所以随着距离声源越来越远，我们听到的声音就变得越来越微弱。

2、吸收衰减：声波在固体介质中传播时，一部分声能转变为热能；同时，介质的稠密和稀疏部分之间进行热交换，从而导致声能的损耗，这就是介质的吸收现象。这就解释了为什么隔着一道墙我们听到的声音会减弱。

3、散射衰减：这个就不细说了，简单来说就是在雾霾天我们听东西也会吃力一些。

“顺风耳”之所以能听到很远的地方传来的声音，主要就是因为声波信号放大器的作用，通俗地说就是“超级助听器”！

信号放大器原理

三娃（黄娃）

黄娃的身体有如铜墙铁壁，刀枪棍棒之类的物理攻击根本无法对其造成伤害，这大概就是失传已久的金钟罩、铁布衫？什么青釭剑、草薙剑、狼牙棒、尼泊尔军刀在黄娃的面前也得沦为战斗力只有五的炮灰。

能力：铜头铁臂、刀枪不入

原理：艾德曼金属、细胞融合技术

自然界中，最坚硬的东西是金刚石，也就是人们常说的钻石，其莫氏硬度为10。金属金的莫氏硬度为2.5—3，铁的为4，铬的为9。所以什么“情比金坚”都是骗人的，“金”根本不“坚”好不好。所以你懂了吧，与其说“情比金坚”之类的山盟海誓，不如送一颗硬度为10的钻石！这才是真的坚硬！（好像扯远了，哈哈哈）

葫芦娃中的三娃轻轻松松可以斩断刀刀剑剑这些武器，刀枪不入、金刚不坏，简直点满了物攻和物防这两项技能点。

稍微类比一下，目测能做到这样的也就只有金刚狼了吧。所以三娃应该和金刚狼一样，也是使用了艾德曼金属。

至于艾德曼金属是如何完美地与三娃的身体融为一体的呢？这就涉及到细胞融合的一些技术了。

四娃（绿娃）

四娃是火系宝宝，精通豪火球之术、龙火之术、蛤蟆油炎弹，额，好像走错片场了。四娃能喷出熊熊烈火，燃尽一切邪恶力量。

除了火属性，四娃还附带雷系技能。打个雷，抛个闪电，释放个十万伏特，那是不在话下。

能力：高能火焰、霹雳闪电

原理：等离子火焰机、特斯拉线圈

在动画片中，有一个镜头，四娃喷的火焰的颜色接近了青蓝色，根据高能物理的知识，不难推断出这个火焰的温度至少已经达到了5000℃。这是什么概念呢？钢铁的熔点大约是1500—2000℃左右，达到这个温度钢铁就熔化了；钢铁的沸点在2500—3000℃之间，达到这个温度，钢铁就汽化了！5000℃，都不知道高到哪里去了！

色温对照图

要制造超高温的火焰，可不是一件易事。普通打火机的火焰温度大约280—500℃，酒精灯火焰的平均温度在400—500℃，酒精喷灯的火焰温度可达1000℃左右。但这都远远不够5000℃的高温。

一般来说，低温火焰中基本不含有等离子体，但高温火焰中会含有等离子体。由于四娃还会放电，所以我们轻松地想到四娃产生高温火焰的方式应该是利用电弧放电形成等离子体。原理和等离子体火焰切割机差不多：射枪内部喷嘴（阳极）与电极（阴极）间产生电弧，空气通过枪内部瞬间变成等离子态，压强上升，远大于外界大气压，故等离子从射枪内喷出，以等离子射束的形式喷出喷嘴。(reference:Plasma and Flames – The Burning Question, from the Coalition for Plasma Science, retrieved 8 November 2012)。

四娃除了会放高温火焰，还会制造闪电。其原理应该就是特斯拉线圈。

特斯拉线圈

特斯拉线圈原理

五娃（青娃）

五娃是个水娃，能把江河里的水吞进去，然后再吐出来！（这算什么技能？我也会……）五娃的技能设定可以说是七个葫芦娃中最弱的，真的是水娃……

能力：蓄水、喷水

原理：水泵原理、虫洞

水娃的技能比较水，说白了就是喝水，然后吐水，再喝水，然后再吐水……只不过量比较大。乍一看没什么用，事实上，确实也没啥用。尽管没啥用，不过其中的科技含量却不低！

根据物质守恒定律，物质不会凭空产生也不会凭空消失。咱们的五娃一言不合就要吞进一条长河，可是身体却丝毫没有膨胀，那么他喝进去的那些水都到哪里去了？没错，只可能有一种解释，他将这些水“转移”了。五娃的胃里应该有一个虫洞，连接着另一个时空间。每当吸水时，就将水通过虫洞转移过去；要吐水时，再打开时空间，把水传输回来。

这个技术在《神奇动物在哪里》中也出现过，还记得那个内嵌了虫洞的手提箱吗？

不过呀，五娃的技能比这个手提箱更先进，直接将虫洞融合到了生物体内，并且内置了一个水泵装置。五娃整套设备展示如下：

虫洞的具体原理就不解释了，详情可以看文章《据说，这是人类穿越时空的第二种方法！》

当要使用水时，再将蓄水池中的水用泵装置抽出，然后再次通过虫洞传输回当前时空间：

水娃的这套装置真是不简单啊……

六娃（蓝娃）

蓝娃是七兄弟中最灵敏、最聪明的。他能够隐身，还能穿越部分实体物质。他的隐身术令妖怪束手无策，并大闹妖洞、智救五哥，夺走了妖怪的宝贝如意。

能力：隐身

原理：负折射率材料、变换光学、量子隧穿效应

隐身本身不存在攻击力，可是却是一项十分强大的技能。配合上隐身特效，能攻能守，进退自若。如果没有手段检测到隐身体，可以说隐身的人是无法打败的，毕竟一明一暗，总是在暗处的能占上风。

我们之所以可以看见物体，是因为眼睛能看到来自物体发出或反射的光线。目前，实现隐身有两种思路，一种是“视觉伪装”，将物体进行伪装后融入背景，使人难以分辨，这个在动物界中有着广泛的使用。

动物界的隐身高手

“光学隐身技术”则是另一种实现隐身的方法，其思路是改变光路，扭曲光波，让光线绕过物体。目前，特定方向上的隐形，已经有几种简单有效的解决方案。但360度全方位的隐形，还没有人能做到。

早前，浙江大学就曾利用变换光学设计了一个“正六边形隐身衣”。

位于六边形装置中的铅笔段“消失”了

浙江大学隐形装置结构和效果图（来源：知乎@杨二）

事实上，想要真正做出“全隐身”的效果，关键还是得找到负折射率的超材料，并在此基础上设计变换光学结构。

我们知道，介质的折射率表示为

一般情况下，材料的折射率都是正的，例如真空的折射率为1.0，水为1.33，玻璃为1.5左右。1968年，苏联物理学家Victor Veselago从理论上指出，折射率可以为负。

负折射率材料的特性可以使得光波转向，这正好符号之前说的“隐身”的原理。所以对这类材料的研究或许真的可以制造出“真隐形衣”，只不过现在我们在这个方面上取得的成果还比较少，还有很长的路要走。

在哈利波特中，隐形斗篷可能就是用负折射率材料制作而成的。但是在葫芦娃中，我们发现六娃根本不需要借助任何外物，他不用穿隐形衣就能实现360°全隐身。不得不说，这一点比哈利的隐形斗篷要腻害！一个合理的解释就是，六娃的皮肤就是一种负折射率材料，并且可以进行调控，只有在需要隐形的时候才显现出负折射率的特性。

除了隐身，六娃还有一项更强势的技能——穿墙术！蛇精用冰晶冻住六娃后，六娃却成功穿越了冰壁逃了出来。六娃一定是使用了量子隧道效应！

按照经典力学的观点，在势垒一边平动的粒子，当动能小于势垒高度时，粒子是不可能穿过势垒的。直白地说就是：想穿墙？做梦吧你！撞墙去吧~

但是对于量子力学，情况就不一样了。对于微观粒子，量子力学证明它仍有一定的概率“穿过”势垒，这种现象称为量子隧穿效应。直白地说就是：你可以穿墙哦，只不过概率比你抽中大乐透还低~

那为什么六娃一穿一个准呢？之前就说了嘛，他们的科技比较先进！我们凡人是理解不了的~至少现在不行。

七娃（紫娃）

紫娃是七兄弟中最小的，本身没什么强大的技能，全凭装备——宝葫芦。宝葫芦可以吸入魔法、兵器和人，简直是开挂装备。

能力：宝葫芦

原理：黑洞原理、APTX-4869

但凡看到“吸入”、“吸收”、“转移”，条件反射地就应该想到“虫洞”。七娃的紫葫芦也不例外，主要原理其实就是虫洞技术。只不过这个还加入了一些其他的技术手段：

（1）定向技术：定向引导吸收特定方向的物质，不至于误伤。

（2）语言识别：宝葫芦内嵌了语音识别芯片，当识别到七娃的声音口令时，才会启动。

（3）APTX-4869喷雾：我们说过，物质不会凭空消失也不会凭空产生，宝葫芦的洞口这么小，是如何把这么大的物体吸收进去的呢？原理很简单，宝葫芦锁定目标后，会喷射出APTX-4869气雾剂，将人变小。这也就解释了为什么紫葫芦每次吸收的时候都会有一阵雾喷出来。至于APTX-4869是什么？看过名侦探柯南的肯定都知道，就是将工藤新一缩小变成柯南的那种毒药。