我們首先來回顧一下星際穿越講了一個什麼樣的故事,三句話總結一下:人們在地球上活不下去了,太空人庫珀去宇宙中尋找下一個居住地,女兒墨菲在地球上幫助推進這件事的完成。
那《星際穿越》那些燒腦的物理知識有哪些呢?就讓強哥來揭秘!
背景設定中的「枯萎病」真的會發生嗎?
在某個未來,地球已經基本不適於生存,黃沙遍野,小麥、秋葵等基礎農作物相繼因枯萎病滅絕。高中生畢業後老師會給出「以後適合做農夫」的未來職業規劃。
庫珀的兒子學習不好,老師認為他以後最適合的職業就是農夫。
這樣的設定到底有沒有科學依據呢?大範圍的「植被枯萎」是真的有可能發生的嗎?強哥搜索才知道,該片的科學顧問基普·索恩(物理學家、加州理工學院歷史上最年輕的教授)為了保證「植被大量枯萎」這一假設有科學依據,他準備了美 食 請來加州理工學院的一大波相關教授,其中包括1975年諾貝爾醫學及生理學獎獲得者戴維·巴爾的摩(David Baltimore),組織了一次兩個多小時的討論會。
其實強哥對植被是不是真的會大範圍枯萎沒什麼興趣,只看到了「美食」二字。
專家們表示,雖然目前地球上不存在這種可以滅絕整個植物界的枯萎病,但是假如有某種病原體專門欺負葉綠體的話,那還是可能的。總而言之,這種枯萎病造成大量糧食減產和地表荒漠化,也就帶來了片中地球上無處不在的沙塵暴。
心疼葉綠體~
1五維空間和
五維空間向三維空間的信息傳遞方法
一維是一根線,二維是一個平面,三維是空間,一直到三維都是我們非常好理解的維度。那麼四維是什麼呢?四維其實可以理解為三維空間加時間。
簡單說來,在這個xyz坐標軸裡面我們加上了時間這個變量,由此形成了四維空間~而電影中出現的由女兒墨菲的書房組成的五維空間盒子又是什麼呢?對此,基普·索恩的解釋是:這是一個四維超正方體在三維空間的投影。電影中的五維,實際上包含了一個多出來的空間維,那是一個可以讓庫珀迅速回到太陽系的捷徑。也就是說,四維可以穿越時間,五維可以穿越空間。
其實電影中的設定是不能夠穿越時空影響過去的,從小時候的墨菲收到了未來的庫珀給出的信息,而庫珀又在未來做了同樣的給出信息這樣的情節,從這裡我們就可以知道,這是一條不可變動的時空線。
庫珀一定會給女兒留下「STAY」的信息,而庫珀也一定會離開,然後庫珀也一定會來到這個書房盒子裡面去留下原本的位置信息和「STAY」。
所有的事情一定會按照它將要發生的順序去發生,不論是已經發生的事情,還是以後會發生的事情,都是有一個原本的預定軌道,按照這樣的順序和情節去發生。
五維空間相當於可以看到未來和過去,但是不能進行改變。在五維空間裡面,庫珀可以看到墨菲讓他留下,墨菲與他爭吵,可以看到他向墨菲傳遞信息,但是這些都是註定發生的,他不能改變。只是在他還沒看到人們都離開了地球來到了空間站的時候,就昏過去了……
那麼這個五維空間為什麼可以讓庫珀從太空中向地球上的女兒來傳遞信息呢?畢竟他也不能夠從書房盒子裡面跳出來跳進過去的書房和女兒相見,和過去的自己相見。在電影中,這一切信息的傳遞都是通過引力來進行的。
除了庫珀用書本向女兒傳遞的坐標和stay信息之外,在墨菲長大後,庫珀用他留給墨菲的手錶的指針向女兒傳遞了關於量子引力的關鍵信息。這同樣也是庫珀通過操縱引力得以實現的。
至於這個信息是如何讓墨菲明白的,這就要講到莫爾斯密碼了,強哥下期科普給你們說哈~
3米勒星球上的巨大海浪和時間膨脹
相信大家對米勒星球上的巨大海浪和時間膨脹都印象深刻吧?
我們先從巨大海浪說起,可以看到米勒星球上的海水其實很淺
那怎麼會產生了辣麼高的巨浪呢?布蘭德和庫珀來到米勒星球上的時候曾經以為那是一座山,甚至想要翻越過去呢。所以這其實是受黑洞的潮汐力影響產生的,並且可能有海嘯的成分。
我們首先從地球的潮汐來進行一下解釋,地球的潮汐主要來自月球的引力。引力在星球不同部分的差,減去星球本身的加速度產生的慣性力之後,會在星球靠近/遠離黑洞的兩端產生拉伸的作用,由此形成了潮汐。
不過可能會有小夥伴問了,這麼高的浪為啥在地球上沒有見到過呢?這裡有兩個理由,一個是地球上的地形限制,一個是因為地球距離黑洞很遠!而米勒星球和黑洞之間的距離恰好可以形成巨大的海浪,而又不把這個星球撕碎。
再然後我們說說米勒星球上的時間膨脹問題,一小時等於地球上的七年!飛船裡等待的羅米利教授在他們離開的「一小時」裡,獨自度過了十幾年的時光,他在這段時間裡已經等到絕望,覺得他們再也不會回來了,在太空艙裡面睡了好幾年,做了好多記錄,但是他們依舊沒有回來。
可是布蘭德和庫珀其實只在米勒星球上待了看似很短的時間。這又是為什麼呢?
由相對論我們可以知道,時間的進度與速度是有關的,如果我們達到光速甚至可以讓時間相對靜止,難道這就是長生不老的方法?!
不過達到光速還是太困難啦~接下來強哥來解釋一下在米勒星球上時間減慢六萬倍是怎麼回事呢?如果想讓時間減慢,那麼黑洞的轉速就必須加快加快又加快,但是這樣一來,米勒星球可能就會不處於穩定軌道了。不過索恩在新書裡提到,如果我們的黑洞高速旋轉,快到只比理論限制的最大值慢一千億分之一的話,米勒星球就能既保證六萬倍的時間膨脹,又能維持在穩定軌道上了。
所以米勒星球的六萬倍減慢時間還是有可能的~這也就讓最後還是個年輕小夥子的庫珀和已經是老奶奶的墨菲成為了可能。