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科學家如何吐槽《星際穿越》中的科學問題?

(特別提醒:本文有劇透,慎入)


從電影角度講,《星際穿越》呈現了非常「諾蘭風」的視覺奇觀和感人的情感線,同時還不忘再次探討了一把人性的黑暗面,可說是一部有較高觀賞性的大製作影片。但其中佔有很大戲份的硬科幻部分的合理性引發了很大爭議,比如天文學家、科普作者、科普書籍《來自天空的死亡!》(Death From the Skies!)作者、探索頻道節目「菲爾·普萊特的糟糕宇宙」(Phil Plait"s Bad Universe)主持人、科學博客「糟糕天文學」(Bad Astronomy)博主菲爾·普萊特(Phil Plait)便在其博文中大肆吐槽了片中出現的科學錯誤,內容涵蓋了劇情設定與黑洞理論、相對論的相悖,以及其情節和人物對話的不科學性。


科學家如何吐槽《星際穿越》中的科學問題?《星際穿越》

普萊特認為,正是片中出現的大量科學知識方面的錯誤將其原本不錯的情節和堅實可靠的概念搞得支離破碎,阻擋了該片成為一部真正的神作。普萊特不否認片中的視覺特效確實令人驚艷,但人物對話中充斥著過分明顯的伏筆、蹩腳的哲學觀和急於故作深刻的意圖,情節中也包含著大量對推進情節和增強影片可信度並無意義的混亂細節。但讓作為科學家的普萊特最不滿的,當然還是科學的部分。


以下會摘錄普萊特對於片中與科學理論相關的一些錯誤的吐槽內容。以下內容會涉及大量劇透,劇透對於本片的觀影感受無疑會是致命打擊(諾蘭本人也很在意這一點),所以還沒觀看本片並打算去看的各位請切勿繼續觀看。


情節中的錯誤


想要非常精鍊地概括本片的故事不太容易,主要情節是在某個未詳細說明的未來時間點,世界陷入生態災難,糧食短缺,人口銳減。馬修·麥康納(Matthew McConaughey)所扮演的前NASA宇航員與工程師庫珀由於航天業的衰落而不得不為了一家人掙扎求存,而聰明敏感的小女兒墨菲不斷聲稱自己的房間存在著試圖與她溝通的幽靈(ghost),庫珀也漸漸發現這些來自幽靈的信息真實存在,並按其指引來到了NASA的秘密基地,並遭遇前同事布蘭德教授,還被告知在半個世紀前,人類在土星附近發現了某種「重力異常」(gravitational anomaly):一個疑似由外星生物或是由藉助重力現象與墨菲溝通的生命體放置的蟲洞。已監測到的可供人類居住的星球有12個,12名人類科學家被分別派去對這些行星進行探索。一個星系中有3個潛在的宜居行星,而庫珀面臨著是否要親自駕駛飛船穿越蟲洞以尋找哪個行星的條件最適宜作為地球的替代品,從而實現地球人類的遷移計劃,否則人類可能於不久後遭遇滅絕的厄運。

依照普萊特的觀點,影片到這裡就已經開始崩壞了,無論從故事角度還是科學角度。舉例說明,片中的NASA在數十年前就已經遭遇政府撤資面臨解散,但依舊具備向地外發射12架裝備了科學家小組的宇宙飛船,要知道每一架這樣的飛船都要花費數千億美元(而且也解釋不清這些飛船是如何通過片中隱藏在NASA會議室隔壁的地下飛船發射井發射升空的)。為什麼片中被派往外星的飛船機組人員一定要是人類而非全部是機器人,這一點並沒有清晰合理的解釋,同時為什麼只有低帶寬的數據被傳送回地球也很可疑(因為這樣阻礙了更多行星細節數據的獲取),在普萊特看來,這樣笨拙的情節設置只是為了使得庫珀等人「不得不親自飛過去看一看」。


片中庫珀成功駕駛飛船穿越蟲洞的景象堪稱壯麗,甚至借用了《時間的皺紋》(A Wrinkle in Time)一書中對於蟲洞運行原理的解釋,但當一行人找到他們的目標星系時,影片並沒有解釋清楚為什麼3顆行星圍繞著一個黑洞進行軌道運行。行星的光和熱從哪裡來呢?——需要有一顆恆星。黑洞本身不可能產生熱,因為片中庫珀本人還進入了黑洞內部且沒有被燒焦,所以儘管這3顆行星的附近根本沒有熱能來源,它們還是莫名其妙地「適合人類居住」。


並不存在的行星


片中的3顆行星里有一顆(Miller的行星)以非常近的距離繞黑洞(片中名稱為Gargantua,即卡岡都亞,拉伯雷的代表作《巨人傳》中的貪食巨人)進行軌道運行,這距離近到會產生很強的相對論效應(relativistic effects),與遠距離的觀察相比,在接近黑洞時時間會變慢(這是真的),所以這顆行星上的一小時相當於地球上的七年。於是問題就來了:要達到如此巨大的時間膨脹(time dilation),大約60,000倍,需要緊貼著黑洞表面運行,注意,一定是要「緊貼著」才行,實際上差不多是「漂」在黑洞表面上。但基於黑洞扭曲空間的方式,繞黑洞表面運動的穩定軌道的最小值必須至少是黑洞本身大小的3倍。在這樣的距離上,鐘錶是會比地球走得慢一點,但這個幅度不會超過20%。


換句話說,對於一顆擁有片中所說的巨大時間膨脹的行星而言,它距離黑洞表面太近以至於根本無法形成穩定軌道,只能「咻!」的一下被吸進黑洞里了。

當然,作為科學家普萊特本人也認為這麼說是不夠嚴謹的,他的這套理論僅當「卡岡都亞」是非旋轉式黑洞(nonrotating black hole)時才成立。而當黑洞快速旋轉時情況就有很大不同了,高速旋轉著的黑洞周圍的時空都會發生很大改變,是有可能產生如片中所述之巨大的時間膨脹,並沿如此近的穩定軌道運行的,所以也並非完全不可能。只是片中似乎並未闡明「卡岡都亞」的性質。如果依照電影中對該黑洞的描述來假設,卡岡都亞大概是一個恆星質量黑洞(stellar-mass black hole),那麼它的質量應大約是太陽質量的10倍。但只有當這個黑洞的質量是太陽質量的一億倍,即超大質量黑洞(supermassive black hole),這種黑洞是存在於星系的中心的,我們的銀河系中就有,但銀河系中的這個只有太陽質量的430萬倍),電影中出現的情況才是可能的。


另外,片中的巨浪也是有問題的。該行星的一側比另一側距離黑洞表面要近得多,而我們知道引力會隨著距離而改變,距離引力源越遠,受到的引力就越小。貫穿該行星直徑從其一端到達另一端,黑洞對行星的引力的變化將會是非常巨大的,這種變化所產生的潮汐力會由於接近黑洞而大到足以拉伸扭曲這顆行星,應該是足以將其撕碎並汽化的程度。所以,即便這顆行星不會因為穩定軌道的問題掉入黑洞,也會被巨大的潮汐力壓成氣體形態。從兩邊說,主角們登上的都是一顆「不可能行星」。


然而在電影中,3位探索者登上該行星後發現其表面被大量的水覆蓋,並定期產生巨大、橫掃整個星球表面的潮汐。片中完全沒有針對這一點做出解釋,所以普萊特假設這種現象是由於黑洞產生的,但他本人發現這種假設也是解釋不通的。如此接近黑洞而未被汽化的行星應該是被潮汐力鎖定的,永遠有一面朝著黑洞。應該會有巨大的指向或避開黑洞方向的潮汐隆起,但不應該是在行星表面來回進行相對運動,也就是說,不應該有浪出現。


潮汐是由黑洞的質量和旋轉、行星與黑洞的距離以及行星的大小決定的。普萊特已經徵求了一些天體物理學家的意見,他們都認為卡岡都亞產生的潮汐力應該足夠摧毀這顆行星了,但這其中的數學原理還不夠清晰,截至本文完成時科學家們還在試圖用數學證據支持這一點,所以普萊特關於潮汐力的觀點是否完全正確尚待考證,普萊特只能說他認為是這樣的。但介於在卡岡都亞的性質問題尚有不清晰之處,普萊特認為他關於潮汐力的觀點尚有被推翻的可能。


科學家如何吐槽《星際穿越》中的科學問題?一個恆星質量黑洞(左邊)具有強大的引力,正在把氣體從右側的伴星表面吸走

在影片高潮處,庫珀親自進入了黑洞內部,在這一幕里我們可以看到黑洞外環繞著一個環形的物質,這可能就是「吸積盤」(accretion disk):一種由即將落入黑洞的物質所形成的扁平的、旋渦狀的碟形結構。由於其裹挾的巨大力量,吸積盤的溫度非常高,大概會高達數百萬度,因此在數百萬光年之外,仍然可以看到其燦爛奪目的光芒。同時,吸積盤中噴薄而出的輻射會將任何普通物質完全摧毀。而在影片中,庫珀卻能夠奇異地穿梭飛舞於其中。事實上,他的飛船應該分分鐘就被加熱到非常高的溫度,然後庫珀本人就會化作一道非常纖細而扁平的亞原子粒子流。


而且,我們沒有看到吸積盤的運動,片中它仿如靜電一般,實際上,吸積盤應該是圍繞著黑洞瘋狂旋轉的,而且由於之前提到的巨浪的原因,庫珀本人在進入黑洞的一瞬間也有可能被撕成碎片。


對話的問題


或許有些人覺得這太吹毛求疵了?但在普萊特看來,影片讓他如此抓狂的原因恰恰是因為科學的嚴謹對於本片的故事太重要了,「這就是一部徹頭徹尾的關於黑洞的電影」。但事實上,片中關於黑洞的部分在大學教科書和維基百科頁面上都不見蹤影。片中關於時間膨脹、蟲洞、甚至是最後的時間穿梭的概念都並不算新鮮,絕大部分都可以在其他科幻作品中找到蹤跡,可以想見諾蘭是為了故事本身而有意對這些方面進行了一定程度的忽略。但即便忽視科學背景的問題,片中的人物塑造也是有些缺乏深度的,有幾處人物對話也有些不對勁。

如庫珀和安妮·海瑟薇扮演的布萊德博士之間有一場關於愛的對話,布萊德博士說愛是「來自更高維度世界的一種製品」(love is an artifact of a higher dimension)並且「能超越時間與空間的界限」(transcends the limits of time and space),好像是一種物理力量一樣——此處暗指對於全篇情節至關重要的引力,引力在片中確實跨越了維度、時間與空間。但此處的台詞著實顯得太過生硬粗暴。而隨後馬特·達蒙所扮演的反面角色在談論父母對子女的愛時說道「我們的進化還沒有超越那道簡單的屏障」(Our evolution has yet to transcend that simple barrier),可是對話中有人提到這個嗎?這種沒頭沒尾硬插進來的台詞實在有些「太想故作深刻」了,使得原本應該理智的科學家顯得有幾分傻氣。另外,片中多處出現了對《2001太空漫遊》等科幻經典劇作的致敬,但有些致敬鏡頭和情節有些過分明顯,進而顯得生硬和近乎照搬,對於這樣一部作品,致敬當然可以,但應該處理得更加明智和巧妙。


當然會有很多人對普萊特的批評不以為然,這可能在於他們認為普萊特僅僅由於《星際穿越》的硬科幻的理論支持不夠站得住腳就討厭這部電影,對此普萊特堅稱他不喜歡這部電影其實是因為故事講得不夠好,他不喜歡這個故事以這樣一種笨手笨腳、用力過猛的方式講出來,並且片中一些對話被認為是「高度可疑的」。他認為自己其實也沒有那麼較真,如果故事講得足夠好,他可以完全忽略不夠科學的成分,比如《奇異博士》、《星際迷航》等作品。同樣,他也很喜歡去年大熱的太空科幻題材電影《地心引力》(Gravity),儘管其中同樣存在對於情節至關重要的「不科學」錯誤。


脫離了好故事的嚴謹科學,僅僅是維基百科詞條而已;而不夠嚴謹科學的好故事依舊還是個好故事。總而言之:儘管關於卡岡都亞黑洞附近行星時間膨脹有錯誤的吐槽不夠嚴謹(普萊特本人也在博客中道過歉),但《星際穿越》作為一部硬科幻大作確實存在不少不科學之處,而且嚴謹地說,該片在創新力和講故事的完整度方面,都還有一些沒能達到水準的地方。


(via slate)


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