故事背景

1955 年 11 月 5 日（或 1985 年 10 月 26 日，具體取決于視角）的某個虛構清晨，馬蒂?麥克弗萊完成了他的時間旅行首秀。如今被困在過去的他，向日后將發明時光機的布朗博士，以及當時尚處青少年時期的父母尋求幫助，希望修復錯亂的時間線，重返 “未來”！

不過這部電影的結局總讓人覺得有些違和，這種違和感并非僅來自那些明顯不合常理的停車場景。

當馬蒂勝利返程時，那輛裝有金屬掛鉤的德羅寧跑車，恰好在希爾谷鐘樓被閃電擊中通電的瞬間，撞上了連接鐘樓的電纜，此時時光機的速度也恰好達到 88 英里 / 小時。這個完全違反美國職業安全與健康管理局（OSHA）規定的移動裝置，就這樣形成了一個完整電路，為馬蒂返回 1985 年提供了能量。眼尖的觀眾會發現，那枚避雷掛鉤隨后 “安全地” 與車身脫離，留在了 1955 年的電線上，僅輕輕晃動了幾下。

這一畫面在《回到未來》中被兩次引用 —— 一次是在影片開場的冷場戲中，另一次則出現在影片高潮部分。

所有影迷都清楚，在 “現實世界” 里，布朗博士模仿哈羅德?勞埃德（見上圖）的那個瞬間，就已經性命難保。但電影并未走向這一黑暗結局：相反，精疲力竭且輕微觸電的博士，坐在距離那臺以 88 英里 / 小時飛馳的魯布?戈德堡式裝置僅幾步之遙的地面上，安然無恙。

如今，距離這一事件（更可能是虛構情節）已過去 70 年， Altai^r? MotionSolve^? 將證明，當時布朗博士究竟身處多大的危險之中。

2

研究方法

Altair MotionSolve 是一款多體動力學（MBD）軟件，全球工程師均借助它模擬復雜系統的運動狀態、受力情況及動力學特性。例如，汽車工程師可通過該工具預測并優化汽車制動系統的性能，甚至驗證其安全性。而在本次研究中，它并未用于測試汽車剎車或飛機起落架，而是被用來重建時光機、其避雷掛鉤與通電電纜的模型，進而評估這一系統在現實中的可行性。

此次模擬將通過確定并分析系統內涉及的各類作用力，判斷是否存在故障可能：掛鉤會從德羅寧跑車上脫落并安全留在完好的電線上嗎？還是說，撞擊會引發以下任意一種故障？

• 避雷掛鉤斷裂
• 電纜斷裂

答案將由 MotionSolve 揭曉。

3

假設條件

有趣的是，若要評估掛鉤是否斷裂或電纜是否斷裂，模擬時反而需先假設這些部件不會損壞。基于這一前提，我們可將模擬預測的作用力與部件的極限強度進行對比：若作用力超過極限強度，部件即可能發生故障。

值得注意的是，若這些部件完好無損，模擬還能呈現掛鉤的可能運動軌跡，進而判斷其能否安全脫離時光機。

要重現這一事件，需獲取大量關于電纜、掛鉤與時光機的信息。但由于相關信息匱乏，研究團隊不得不反復細致觀察電影畫面。在看完影片后，結合工程領域的最佳實踐、材料特性及 1955 年的技術水平，研究團隊做出了以下合理假設：

• 掛鉤的幾何形狀、結構設計及材料特性
• 電纜的幾何形狀及材料特性
• 電纜的預載力與邊界條件
• 掛鉤與電纜之間的摩擦特性
• 掛鉤固定器的幾何形狀及材料特性
• 掛鉤與固定器之間的摩擦特性

為簡化模擬背后的計算過程，團隊還做出了額外假設：首先，將電纜假設為一系列具有圓形橫截面的多梁結構 —— 由于在多體動力學中，對柔性編織電纜進行建模存在技術可行性問題，這種簡化方式足以得出相近結果；其次，假設除電纜外，所有部件均為剛性結構。

團隊還對車輛做了最后一項改動：盡管僅為裝飾目的，但這款時光機仍進行了 2025 年版本的重塑，以紀念該片上映 40 周年。

4

模擬結果

若一切按電影情節發展，掛鉤能否安全脫離時光機？

由于模擬前提是 “系統所有部件均完好無損”，因此最易驗證的便是 “掛鉤能否安全脫離車身” 這一問題。若假設掛鉤與電纜均未損壞，答案似乎是肯定的：

在 Altair MotionSolve 中重現這一事件后，模擬畫面顯示，掛鉤從固定座中脫出并鉤住電纜；隨后，在巨大動量的作用下，掛鉤開始圍繞電纜旋轉；經過數次旋轉后，掛鉤 “哐當” 一聲掉落在離布朗博士很遠的地面上，過程無明顯危險。

多體動力學模擬顯示：時光機以 88 英里 / 小時的速度與電纜相撞，掛鉤圍繞電纜擺動數圈后，最終落到地面。

時光機掛鉤分離的慢動作動畫

掛鉤撞擊電纜并落到地面的慢動作動畫

5

掛鉤會發生屈服或斷裂嗎？

分析部件應力及模擬其柔性的常用方法，是采用克雷格 - 班普頓柔性體模型。但該模型的建立基于 “應力與應變成線性關系” 的假設，這在本研究模型中并不成立；此外，柔性體模型也無法呈現部件的失效過程。

因此，研究團隊采用了另一種方法：通過手工計算，并引入安全系數，以應對掛鉤所受的動態載荷及非線性材料特性。在模擬過程中，團隊會實時監測掛鉤的受力情況，計算每個時間步長下的峰值應力 —— 一旦峰值應力超過屈服強度（需計入安全系數），即可判定掛鉤發生失效。

對模擬過程中掛鉤的受力數據進行計算后發現：當電纜被拉緊時，掛鉤的應力值超過了其屈服強度。這意味著，在掛鉤被從固定座中拉出的瞬間，就會開始發生屈服變形，且極有可能斷裂。

6

電纜會發生斷裂嗎？

電纜的斷裂強度有公開數據可查：一根 3/8 英寸（約 9.5 毫米）的 7×19 結構不銹鋼電纜，其斷裂強度為 12,000 磅力（約 53,000 牛）。而模擬顯示，當電纜被拉緊時，其內部張力超過了自身極限強度 —— 這意味著，電纜同樣極有可能斷裂。

7

結論：時間悖論！

盡管在 MotionSolve 中重現《回到未來》的高潮場景時，“所有部件均完好無損” 的假設下，掛鉤能安全脫離時光機，但模擬所揭示的作用力卻指向一個可怕的現實：更可能發生的情況是，掛鉤斷裂產生的碎片會對周邊區域造成危險；更糟糕的是，斷裂的鋼纜會以致命速度在周圍抽打，帶來致命威脅。

由于布朗博士距離事發點極近，其生還概率微乎其微。或許他足夠幸運，能避開飛濺的碎片，但面對那根 “金屬鞭子”，恐怕無力招架。盡管 MotionSolve 無法直觀演示電纜斷裂的過程，但我們完全可以斷定：布朗博士在現實中早已性命不保。

因此，若從物理規律的角度嚴格考量，這部電影的結局會引發一系列時間悖論 —— 這些悖論將破壞時空連續體，最終至少導致我們所處的銀河系毀滅。最后，以這個 “輕松” 的結論，祝《回到未來》的影迷們 40 周年快樂！

A

申請免費試用

如您對 Altair MotionSolve 感興趣

歡迎掃描二維碼申請免費試用：

全球100個AI應用案例電子書下載

△Altair 正式發布全球100個AI應用案例電子書，內容覆蓋10+行業的100個AI應用場景。點擊圖片立即獲取，了解全球AI驅動工程設計應用成功案例，以及AI技術如何為工業制造業的產品全生命周期帶來賦能與革新。

關于 Altair 澳汰爾

Altair 是計算智能領域的全球領導者之一，在仿真、高性能計算 (HPC) 和人工智能等領域提供軟件和云解決方案，服務于16000多家全球企業，應用行業包括汽車、消費電子、航空航天、能源、機車車輛、造船、國防軍工、金融、零售等。

近期，Altair被全球工業軟件領導者西門子收購，成為西門子數字化工業軟件(Siemens Digital Industries Software)旗下成員，進一步鞏固西門子在仿真和工業人工智能領域的全球領導者地位，其技術正與西門子Xcelerator解決方案進行深度整合。

欲了解更多信息，歡迎訪問：

www.altair.com.cn