《星際穿越》在國內剛剛上映就獲得了大量好評,不少人此時或許正準備買票,想要看一看這部電影到底有哪些神奇的地方。在買票觀看之前要註意的是,這部電影除了絢爛的視覺效果和不錯的劇情之外,還有很多高深難懂的科學理論,如果不做一點課前預習的話,或許根本無法搞清電影講了些什麼。為了幫大家看懂這部科幻電影,發現周刊為大家介紹一些《星際穿越》里出現的科學知識與理論。這些知識和理論,繞不開偉大的愛因斯坦……
  請大家放心,只以最簡潔的方式介紹知識,點到為止。再深就難以企及了,得穿越時空去和愛因斯坦對話。
  現代快報記者 吳雙
  《星際穿越》劇情
  《星際穿越》是克裡斯托弗·諾蘭執導的科幻冒險電影,故事講述的是未來地球上的人類面臨著滅絕的威脅,一隊探險家利用他們發現的蟲洞進行太空旅行,希望從廣袤的宇宙中尋找人類新的家園。電影中主角們遇到了很多匪夷所思的科學現象和事件,他們靠自己的知識技能與冒險精神屢屢化險為夷。
  蟲洞
  蟲洞是大家理解《星際穿越》時遇到的第一個難關。電影主角們要去尋找遠在太陽系之外的星球,就必須穿越一個位於土星附近的蟲洞,因為這樣能夠極大地減少飛行路程和時間。《星際穿越》里的蟲洞表現為一個球形的通道。
  蟲洞是1930年代由愛因斯坦及納森·羅森在研究引力場方程時假設的一種理論,又稱愛因斯坦-羅森橋。
  關於蟲洞現在有三種猜想:
  第一種,也是最主流的一種猜想認為,蟲洞是宇宙中相距遙遠的兩點間的一條捷徑。參與《星際穿越》拍攝的美國物理學家基普·索恩是這樣解釋蟲洞的:在紙上爬行的螞蟻感覺不到紙是平整的還是有褶皺,身處宇宙中的我們也不一定清楚宇宙在更大的空間里是平直的還是彎曲的。若超空間是彎曲的,看似距離遙遠的星球就有可能相鄰(直接穿過褶皺部分的距離),它們可以通過很短的蟲洞連接起來。
  基普·索恩的解釋可能有些難理解,南大物理學院的蕭教授給我們舉了個例子,我們可以把宇宙想象成一個蘋果,如果一隻螞蟻想要越過這個蘋果,它會沿著蘋果錶面走,但如果是一隻吃蘋果的蟲子,就可以挖洞從蘋果裡面走,兩者之間誰走的路短一目瞭然,宇宙中的捷徑所以叫蟲洞,就是基於這個比喻。
  第二種,蟲洞是連接黑洞和白洞或黑洞與黑洞的管道,故在黑洞里能找到蟲洞,黑洞和白洞我們之後會進行解釋。
  第三種,蟲洞是時空隧道,天體物理學家們認為蟲洞是一種天然的時間機器,維持蟲洞的開放可以使我們回到過去或者進入未來。
  需要知道的是,儘管關於蟲洞的猜想與說法很多,但是至今為止還沒有發現過蟲洞的存在,蟲洞的出現也被猜想成了自然和人造的,在這裡小小地劇透一下,電影中的蟲洞是人造的。
  黑洞
  電影后半段中主角們不得不穿過的黑洞在銀幕上以一道光輪環繞著的巨大球形漩渦表現,黑洞的內部是一個誰也沒有到過的地方,就算是電影中表現出來的也只是導演和科學家對於黑洞內部的一些假設。
  黑洞是1969年由美國物理學家約翰·阿提·惠勒命名的,黑洞的名字是因為它完全不反射光線。蕭教授認為想要瞭解黑洞,就要去理解愛因斯坦的廣義相對論,不過看電影沒必要那麼複雜,知道黑洞本身的性質和情況就行。
  理論上講,黑洞誕生之前其實是一顆恆星,在它的壽命走到盡頭時並沒有和其他恆星一樣爆炸或者死亡,而是像一個泄氣的氣球,縮成一個非常小的點,這個點擁有超大的密度、壓力和引力。
  黑洞無法直接觀測,但可以藉由間接方式得知其存在與質量,並且觀測到它對其他事物的影響。藉由物體被吸入之前的因高熱而放出紫外線和X射線的“邊緣訊息”,可以獲取黑洞存在的訊息。而白洞則是黑洞死亡後的形態,它會噴射出之前黑洞吸入的物質。
  為了方便大家更好地理解電影劇情,請大家在明白黑洞的概念之後和蟲洞的幾種說法(別忘了第二種猜想)聯繫起來,看的時候會有一種恍然大悟的感覺。
  時間膨脹
  時間膨脹貫穿《星際穿越》整個劇情,電影中主角在進入太空後便遇到了時間膨脹,宇宙中主角們的時間和地球上的時間可以用“天上方一日,地上已千年”來形容,這樣的時間錯亂給電影增加了一絲悲涼和無奈的氣氛。至於時間膨脹本身,則是一種物理現象。
  蕭教授舉了個例子,兩個完全相同的時鐘之中,拿著甲鐘的人會發現乙鐘比自己的走得慢。這現象常被說為是對方的鐘“慢了下來”,但這種描述只會在甲身上才正確。任何本地的時間其實都在以同一個速度前進,所以時間本身並不以人們感受到的現在的這種速度前進,當人的速度越接近極限(也就是光速)時,時間就會越來越慢。
  蕭教授認為,觀眾觀看電影時瞭解以上這些知識就可以了,再往下解釋就必須牽扯到一系列理論和實驗,專業以外的人沒必要瞭解那麼深。
  有了時間膨脹效應,人們在以極高速運動的飛船上時,儘管外界已經經歷了很長的歲月,自己卻沒什麼老化,因為極大的速度會使飛船(和裡面的所有物體)的時間減慢。也就是說,飛船的時鐘走了一圈,地球上的時鐘已經轉了許多圈了。
  觀影小詞典
  除了以上三個必備的知識之外,《星際穿越》中還有很多科學理論和知識。雖然這些理論不像蟲洞或者黑洞那樣直觀地展現在大家的眼前,但對於理解這部電影或者在小伙伴面前怒秀知識面還是非常重要的。
  相對論
  相對論是關於時空和引力的基本理論,這是整部電影大部分理論的基礎。
  相對論主要由愛因斯坦創立,依據研究的對象不同分為狹義相對論和廣義相對論。
  墨菲定律
  電影中男主角的兒子曾提到過,他妹妹的名字“墨菲”和一個論斷有關,由美國工程師愛德華·墨菲提出,被命名為墨菲定律、也叫墨菲定理。墨菲定律主要內容有四個:
  一、任何事都沒有錶面看起來那麼簡單;二、所有的事都會比你預計的時間長;三、會出錯的事總會出錯;四、如果你擔心某種情況發生,那麼它就更有可能發生。
  彈弓效應
  “彈弓效應”是一個物理名詞,也是電影中宇宙飛船飛行的一種必要手段。現在很多的探測衛星都採用彈弓效應來盡可能地節省燃料,靠著這種方式,在星際間彈來彈去,最後到達目的地。
  高維度
  電影中男主角最後身處的一個空間已經不是我們現在的世界,屬於高維空間。我們熟知的是三個空間維度和一個常聽說的時間維度,物理中的維度是從數學上定義的,而空間維度應當只有三維。
  空間扭曲
  空間扭曲在電影中展現得比較隱晦,根據廣義相對論,物體例如行星企圖沿著直線穿越時空運動,但是因為時空是彎曲的,所以它們的路徑似乎被一個引力場彎折了。這就像你把重物代表一個恆星放在一個橡皮膜上,重物會把橡皮膜壓凹下去,而且會在恆星處彎曲。
  平行宇宙
  宇宙是一個理論上的無限個或有限個可能的宇宙的集合,包括了一切存在和可能存在的事物。我們的宇宙之外還可能存在的與我們所認知的宇宙類似的其他宇宙,多元宇宙所包含的各個宇宙被稱為平行宇宙,電影中男主角就遇到過無數個平行宇宙。
  太空殖民地
  電影最後有以男主角女兒名字命名的太空殖民地,這是一個桶狀的巨型設施,利用不斷滾動的“桶”製造離心力來模擬地球上的重力效果。
  水星球是電影中出現的錶面全部由水覆蓋的星球。雖然水下麵就是陸地,但為何能製造如此巨大的浪潮?這是因為水星球上的潮汐是由黑洞引力造成的,這比地球上由月球引力的影響的潮汐規模要大上幾萬倍。
  水星球的超級潮汐  (原標題:不懂物理,也能看懂電影)
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