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《星际穿越》中的物理知识

hhhmonkey

2015/01/23

诺兰的电影《星际穿越》中的物理知识

一、黑洞

基帕·索恩在「黑洞与时间弯曲」这本著作的开篇讲了一个一支太空探险队在太空中探索黑洞的经历，故事挺无趣的，基本上就是形象地说了现代科学家对黑洞的研究成果：

1什么是黑洞

黑洞是空间中有着强大引力的超高密度的天体，假如太阳质量不变，大小却变成乒乓球那样，这就是太阳坍缩成了黑洞。

黑洞的特点就是有进无出，即：

①任何东西都可以掉进黑洞，黑洞外围有一层“事件视界”，任何东西只要过了这个“视界”，都要掉进黑洞。
　　②任何东西都不可能从黑洞里逃出来，包括光。
　　另外，因为没有光从黑洞逃出，故无法直接观测黑洞，但是从物体被黑洞吸入之前放出的紫外线、X射线等边缘信息可以获取黑洞的存在。

2黑洞潮汐力

一只很大的飞船飞向一个天体，飞船头部距离天体比较近，受到的引力比较大，而尾部距离天体比较远，受到的引力比较小，头部和尾部的引力大小的差距，就会在飞船中间产生撕扯的拉力，这个拉力就是潮汐力。

如果天体是黑洞，质量非常大，飞船距离黑洞距离越小时，造成的引力差就会越大，这就是黑洞潮汐力。这个力甚至可以把飞船撕成碎片。飞船里的宇航员也同样会受到潮汐力的作用，
　　对于一般我们接触的物体，即使我们到达它的表面所产生的潮汐力也没有多大，但是，如果是黑洞这种超大质量超大密度的天体，则有可能产生很大的潮汐力将物体撕碎。

二、虫洞

下面就说说「黑洞与时间弯曲」的第十四章虫洞和时间机器这一章的内容：
　　首先，基帕·索恩说了一件他的趣事：
　　1985 年，基帕·索恩接到多年老朋友卡尔·萨根的求助。卡尔写了一本科幻小说，希望把小说里的科学理论写的准确一点，想让基帕·索恩指点一下。基帕发现书中的女主角居然掉进黑洞然后时空穿越了，这是不可能发生的。于是基帕写信建议卡尔要依靠虫洞做星际旅行。卡尔欣然接受建议，那小说叫「Contact」。后来被拍成电影叫「超时空接触」，也是马修主演，评价很好。
然后基帕·索恩开始讲虫洞：

这玩意就是个传说中高深莫测的虫洞！

1虫洞在哪里

关于虫洞有三种说法：
　　一是虫洞是宇宙中相距遥远的两点间的一条捷径，就是一个苹果，虫子沿着苹果表面走远了，可是如果虫子挖洞从苹果里面走就近多了，顾明思议，虫子为了抄近路而在苹果里挖的洞。
　　二是虫洞是连接黑洞和白洞或黑洞与黑洞的管道，故在黑洞里能找到虫洞。（白洞：黑洞死亡会变成一个白洞，喷射出之前黑洞吸入的物质）
　　三是虫洞是时空隧道，能进行时空旅行。
　　没人见过虫洞，有人说我们周围到处都是虫洞，又有人说黑洞里有虫洞，基帕·索恩在书里又说我们可以自己构建虫洞。

2负能量物质

虫洞在某个时刻产生，短暂地打开，然后关闭、消失。从产生到消失，时间极短，短到没有事物能在这么短的时间内从一个洞口穿到它另一个洞口。所以我们能利用虫洞进行时空旅行前提是有办法使虫洞一直开着，不让它消失。

基帕·索恩觉得有某种奇异物能贯穿虫洞，使虫洞一直开着。这种奇异物和人类所见的任何物质都大不一样，它具有负能量。
　　要实现负能量其实并不难，参照系不同便可实现。在飞船以接近光速的速度接近虫洞时，虫洞周围的能量自然就成了负的。
　　故要进入虫洞，飞船的速度必须接近光速。

三、时间机器

霍金曽撰文探讨如何建造时间机器

假定我们能找到虫洞并且有某种负能量可以让它一直开着，那么虫洞就可以是一个时间机器。
　　飞船要进入虫洞，其速度要接近光速。
　　根据爱因斯坦的相对论原理，如果你在太空中的速度足够快，可以做到在太空中呆了几十天，地球上却已经过了几十年，做到古人所说的天上一天地上一年，即如果你2014年坐飞船接近光束进行时空旅行一个月后，回到地球，这时发现地球已经是2044年，这就实现了穿越到未来。
　　故我们可以猜想剧情，等主角们穿越到其他星际空间完成任务后，回到地球，他们的儿女都和主角们一样大年龄了。
　　目前的科学理论表明，回到过去是不能实现的。

四、母子怪圈（祖母悖论）

虽然回到过去没有科学依据支持，但科幻片毕竟是科幻的，所以出现回到过去的剧情也是有可能的。
　　这时就有一个每部有关穿越时空的科幻片都面临的问题：
　　假如我有时间机器（虫洞或者别的），我就能够回到过去母亲怀我之前把她杀死。此时，母亲死了，我就不会出世，那又怎么会有我穿越时空来杀母亲呢？这时就有这样一个矛盾出现了。
　　对于这个矛盾，有两种处理方法：
　　①因果循环观点：历史不可改变，我虽然想杀母亲，但会有外界因素使我不能成功。或者说，过去某时某人死了，我回到过去想救某人，会有其他因素阻止我救人，甚至我的出现就是那个人死的原因。
　　② 平行宇宙观点：时空不是唯一存在的，而是有无数个时空平行的存在，它们彼此之间一般情况是无法产生联系的。这种观点普遍被人接受。那么我只是穿越到另一个平行宇宙，杀死了那一个时空的母亲，并不影响我穿越前那个宇宙的母亲。也就是说我只是穿越到别的时空去了一趟而已，而不是回到过去或未来，更无所谓改变历史。
　　星际穿越如果出现这种情况，诺兰会不会有什么不同于以上两种说法的新颖处理方法没有呢？
　　目前我们对黑洞和虫洞的了解很多都停留在猜想上，这也让电影有很大的发挥空间。
　　总结这些也不知有没有用。

五、第五维度

电影中，男主人公通过进入“第五维度”看见了原来自己的生活，并给当时的女儿以提示从而改变了未来。

1. “第五维度”是个什么样的世界？
这个已经颠覆了中娱君的理解范围，没看过电影的同学们看看下文自行脑补吧。三维大伙儿应该更为熟悉些，我们所在的世界就是三维，而纸上平面的世界就是二维。现在宇宙学家将时间看作第四维，而第五维指的是能量无界限，是由无数个第四维时间组成的平面。想象一下，就像你面前有一堵墙由无数的竖线组成，每一条竖线就是一条第四维时间线，透过每一条时间线都能看到在这个时间点三维空间里发生的事情。这画面就好像上帝在看每一个人类的生活一样，很神奇，在“第五维度” 的世界里没有时间或是空间的界限。

就像这样的一个抽象的玩意儿，想的我脑袋都炸了！各位自求多福！

2.“第五维度”是否真的存在？
“第五维度”的物质组成与我们所能感知的这个世界完全不同，其化学成分和存在的力与我们的世界也全然不同。它唯一与我们共通的就是引力，只有引力产生的能量，才可以穿梭于两个不同的“世界”。目前，欧洲原子核研究中心（CERN）正在瑞士和法国的边境地下100多米深处，兴建一台世界规模最大的大型粒子对撞机。粒子对撞机正式投入使用后，便可观察在强大引力的作用下是不是有粒子消失，进入了人类看不到的“第五维空间”。哇，那有没有可能每一个空间里都有一个自己在过着不一样的生活呢？

3.如何到达“第五维度”

通过黑洞，而引力是通往“第五维度”的唯一方式。

六.引力

在电影中，引力才是这世界上的终极大bug，它是世界一切力量之源，是通往各维度空间的唯一桥梁，拯救世界的关键力量。

1.引力是怎么产生的？

在广义相对论上，引力被认为来自于质量与弯曲时空之间的相互作用。质量决定了引力的大小，而弯曲时空决定了引力的方向。任何物体之间都有相互吸引力，这个力的大小与物体的质量成正比例。

2.引力为何成为了穿越维度的唯一方式

因为足够大的引力能够进一步弯曲时空从而使得两个维度之间产生交集点，透过交集点就能到达另一个维度空间。

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fengdaox

第1楼2015/01/23

这个科普不错

0

hugh

第2楼2015/01/28

想得头疼，对第五维度也没有建立起基本的概念。谁能更通俗地解释一下？

0

钻石眼泪2015

第3楼2015/04/16

星际穿越这个太深奥了

0

草原之恋

第4楼2016/01/01

多维空间是个怎么理解呢

0

yy_0324

第5楼2017/02/22

了解到了《星际穿越》中的物理知识，多学习了很多东西！

0

yy_0324

第6楼2018/10/13

了解——《星际穿越》中的物理知识，学习了物理定义，定理！

0

十七

第7楼2019/07/08

应助达人

学习了

0

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