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電影《星際穿越》中的科學!

看過星際穿越的小夥伴們都知道這部電影的科學內涵非常高,要是你對科學一點都不了解,也許你還看不大懂。今天我們就講一講星際穿越中的科學知識吧!

星際穿越

首先主角庫博有一個女兒叫墨菲,這個名字可不是隨便亂起的,有個著名的理論叫墨菲定律,它的通俗解釋是:

1:任何事情都沒有表面看起來簡單。

2:所有的事都會預計的比你的時間長。

3:會出錯的事總會出錯。

4:你越擔心某種事情會發生,他就越會發生。

如果你仔細的看完看懂了這部電影你就會發現主角庫博是被她女兒墨菲救得。庫博在地球的時候女兒墨菲的房間就會有奇怪的事情發生,比如書架上的書莫名的掉落,引力發生變化,這其實是在高維空間她的爸爸庫博提醒她的方式。

故事要從庫博離開地球去尋找其他可居住的星球說起,土星附近出現蟲洞(愛因斯坦-羅森橋),觀測到了蟲洞裡面可能有供人類居住的星球,所以他們一行人就去探索。片中的蟲洞看起來是一個球狀,片中給出的解釋是這樣的:

假如把一張紙看做二維,上面畫兩點,一般從一點到另外一點需要從表面通過,但把紙對摺,在兩點之間戳個洞就可以快速通過了,在紙上就以一個圓圈的形式出現,這是二維的,那麼在三維中就應該是一個球。這點電影表現的很淋漓極致。

【可惜蟲洞極不穩定需要負能量維持,使一個人通過維持蟲洞的負能量就有太陽質量差不多大,所以現實中並沒有蟲洞的出現,但以後隨著科技的進步也是有可能的】

隨後他們進了一個表面都是液體的星球,此行星圍繞著一個黑洞公轉,所以會有巨大的潮汐力,這也是為什麼那個星球上形成巨浪的原因!

此行星上的巨浪

本片中的黑洞高速旋轉所以應該屬於克爾黑洞,克爾黑洞是一種高速旋轉不帶電的黑洞,就是史瓦西黑洞的旋轉產物,是愛因斯坦場方程下預言的帶角動量的黑洞,中心是一個奇環,有內、外兩個視界,最外圍還有一個界限稱為靜止界限,落入這個界面依然可以逃離,在靜界處時空的旋轉速度等於光速,所以時間是靜止的。本片中提到了時間的重要性,比如這個星球的一小時等於地球上的7年,這是為什麼呢,因為這是結合了狹義相對論和廣義相對論得出的(公式就不放了,有興趣的可以自己了解)狹義相對論告訴我們四維慣性系攜帶信息的最高速度為光速,光速恆定不變,速度越快,時間越慢。廣義相對論告訴我們大質量的天體可以扭曲空間,產生時間膨脹效應,黑洞的質量非常巨大的,所以周圍產生的扭曲讓時間變得非常慢。舉個例子:假如空間站有兩人,一人在空間站內,另一個人向黑洞視界飛去,在到達無線紅移面的時候,假如兩人帶著一樣時間的手錶,向黑洞視界飛去的人的手錶會變得無限慢,但是他本身不會察覺,如果空間站的人觀測他的時候會發現他的動作也被無限放慢,同理飛向視界的人觀測空間站上的人會發現他們的速度跟快進了似的!

黑洞附近的積吸盤

庫博回到土星的空間站時沒有變老正是因為時間變慢的原因,體內的原子運動很慢衰老變慢,就像光子還保持著宇宙大爆炸時期的狀態一樣,達到光速時間是靜止的所以光子還是當時的樣子。庫博最後落入了高維空間彷彿是一個5維的,時間以實體而存在,他也得益於時間弦和拍打房間里的書來提醒他的女兒墨菲(這就是一開始女兒房間發生怪事的原因)從而救出最後的自己進入一個死循環,有點像時間悖論和雙生子佯謬!

其實進入黑洞裡面會發生什麼現在誰也不知道但是本片也是可能性的一種,拓展了人們的思維,這種科幻片喚起了我們對宇宙和科學的認知,希望我們中國也能多多拍些這樣的片子讓大家遨遊在科學的海洋!


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