数字揭秘丨《回到未来》中布朗博士的生存真相

故事背景

1955 年 11 月 5 日（或 1985 年 10 月 26 日，具体取决于视角）的某个虚构清晨，马蒂・麦克弗莱完成了他的时间旅行首秀。如今被困在过去的他，向日后将发明时光机的布朗博士，以及当时尚处青少年时期的父母寻求帮助，希望修复错乱的时间线，重返 “未来”！

不过这部电影的结局总让人觉得有些违和，这种违和感并非仅来自那些明显不合常理的停车场景。

当马蒂胜利返程时，那辆装有金属挂钩的德罗宁跑车，恰好在希尔谷钟楼被闪电击中通电的瞬间，撞上了连接钟楼的电缆，此时时光机的速度也恰好达到 88 英里 / 小时。这个完全违反美国职业安全与健康管理局（OSHA）规定的移动装置，就这样形成了一个完整电路，为马蒂返回 1985 年提供了能量。眼尖的观众会发现，那枚避雷挂钩随后 “安全地” 与车身脱离，留在了 1955 年的电线上，仅轻轻晃动了几下。

上图为 1923 年电影《最后安全》中的场景：演员哈罗德・劳埃德悬挂在一座大钟上。

这一画面在《回到未来》中被两次引用 —— 一次是在影片开场的冷场戏中，另一次则出现在影片高 潮部分。

所有影迷都清楚，在 “现实世界” 里，布朗博士模仿哈罗德・劳埃德（见上图）的那个瞬间，就已经性命难保。但电影并未走向这一黑暗结局：相反，精疲力竭且轻微触电的博士，坐在距离那台以 88 英里 / 小时飞驰的鲁布・戈德堡式装置仅几步之遥的地面上，安然无恙。

如今，距离这一事件（更可能是虚构情节）已过去 70 年， Altai^r® MotionSolve^® 将证明，当时布朗博士究竟身处多大的危险之中。

研究方法

Altair MotionSolve 是一款多体动力学（MBD）软件，全球工程师均借助它模拟复杂系统的运动状态、受力情况及动力学特性。例如，汽车工程师可通过该工具预测并优化汽车制动系统的性能，甚至验证其安全性。而在本次研究中，它并未用于测试汽车刹车或飞机起落架，而是被用来重建时光机、其避雷挂钩与通电电缆的模型，进而评估这一系统在现实中的可行性。

此次模拟将通过确定并分析系统内涉及的各类作用力，判断是否存在故障可能：挂钩会从德罗宁跑车上脱落并安全留在完好的电线上吗？还是说，撞击会引发以下任意一种故障？

答案将由 MotionSolve 揭晓。

假设条件

有趣的是，若要评估挂钩是否断裂或电缆是否断裂，模拟时反而需先假设这些部件不会损坏。基于这一前提，我们可将模拟预测的作用力与部件的极限强度进行对比：若作用力超过极限强度，部件即可能发生故障。

值得注意的是，若这些部件完好无损，模拟还能呈现挂钩的可能运动轨迹，进而判断其能否安全脱离时光机。

要重现这一事件，需获取大量关于电缆、挂钩与时光机的信息。但由于相关信息匮乏，研究团队不得不反复细致观察电影画面。在看完影片后，结合工程领域的最佳实践、材料特性及 1955 年的技术水平，研究团队做出了以下合理假设：

为简化模拟背后的计算过程，团队还做出了额外假设：首先，将电缆假设为一系列具有圆形横截面的多梁结构 —— 由于在多体动力学中，对柔性编织电缆进行建模存在技术可行性问题，这种简化方式足以得出相近结果；其次，假设除电缆外，所有部件均为刚性结构。

注：该几何模型仅起装饰作用，不会影响模拟的最终结果。原始汽车几何模型由奥雷斯特・特雷雷莫托在 Turboquid 网站上制作，Altair团队对其进行了修改，为《回到未来》的时光机打造了 2025 年升级版本。

团队还对车辆做了最后一项改动：尽管仅为装饰目的，但这款时光机仍进行了 2025 年版本的重塑，以纪念该片上映 40 周年。

模拟结果

若一切按电影情节发展，挂钩能否安全脱离时光机？

由于模拟前提是 “系统所有部件均完好无损”，因此最易验证的便是 “挂钩能否安全脱离车身” 这一问题。若假设挂钩与电缆均未损坏，答案似乎是肯定的：

在 Altair MotionSolve 中重现这一事件后，模拟画面显示，挂钩从固定座中脱出并钩住电缆；随后，在巨大动量的作用下，挂钩开始围绕电缆旋转；经过数次旋转后，挂钩 “哐当” 一声掉落在离布朗博士很远的地面上，过程无明显危险。

多体动力学模拟显示：时光机以 88 英里 / 小时的速度与电缆相撞，挂钩围绕电缆摆动数圈后，最终落到地面。

时光机挂钩分离的慢动作动画

挂钩撞击电缆并落到地面的慢动作动画

挂钩会发生屈服或断裂吗？

分析部件应力及模拟其柔性的常用方法，是采用克雷格 - 班普顿柔性体模型。但该模型的建立基于 “应力与应变成线性关系” 的假设，这在本研究模型中并不成立；此外，柔性体模型也无法呈现部件的失效过程。

因此，研究团队采用了另一种方法：通过手工计算，并引入安全系数，以应对挂钩所受的动态载荷及非线性材料特性。在模拟过程中，团队会实时监测挂钩的受力情况，计算每个时间步长下的峰值应力 —— 一旦峰值应力超过屈服强度（需计入安全系数），即可判定挂钩发生失效。

对模拟过程中挂钩的受力数据进行计算后发现：当电缆被拉紧时，挂钩的应力值超过了其屈服强度。这意味着，在挂钩被从固定座中拉出的瞬间，就会开始发生屈服变形，且极有可能断裂。

电缆会发生断裂吗？

电缆的断裂强度有公开数据可查：一根 3/8 英寸（约 9.5 毫米）的 7×19 结构不锈钢电缆，其断裂强度为 12,000 磅力（约 53,000 牛）。而模拟显示，当电缆被拉紧时，其内部张力超过了自身极限强度 —— 这意味着，电缆同样极有可能断裂。

结论：时间悖论！

尽管在 MotionSolve 中重现《回到未来》的高 潮场景时，“所有部件均完好无损” 的假设下，挂钩能安全脱离时光机，但模拟所揭示的作用力却指向一个可怕的现实：更可能发生的情况是，挂钩断裂产生的碎片会对周边区域造成危险；更糟糕的是，断裂的钢缆会以致命速度在周围抽打，带来致命威胁。

由于布朗博士距离事发点极近，其生还概率微乎其微。或许他足够幸运，能避开飞溅的碎片，但面对那根 “金属鞭子”，恐怕无力招架。尽管 MotionSolve 无法直观演示电缆断裂的过程，但我们完全可以断定：布朗博士在现实中早已性命不保。

因此，若从物理规律的角度严格考量，这部电影的结局会引发一系列时间悖论 —— 这些悖论将破坏时空连续体，最终至少导致我们所处的银河系毁灭。最后，以这个 “轻松” 的结论，祝《回到未来》的影迷们 40 周年快乐！