7個宇宙知識讓你看懂星際穿越:黑洞蟲洞和平行宇宙

2020-12-18 快科技

由好萊塢著名導演克里斯多福·諾蘭執導的科幻巨製《星際穿越》11月12日在中國大陸上映,僅僅一周時間,票房已經達到了3.3億元,幾乎場場爆滿,成了近期最賣座的大片。這位克里斯多福·諾蘭,此前還曾執導了另一部熱門大片《盜夢空間》。

不過,比票房更令人關注的是該片引發的「現象級」的各種討論。「蟲洞」、「多維空間」、「時間稀釋」等眾多高冷的術語,以及網上大量的科學補習帖,都成了網絡搜索熱點。看完這部影片的小夥伴基本有以下兩種不同的反應:

1、太TM好看了!我還要再看50遍!

2、哭暈在廁所,再看50遍也看不懂!

《星際穿越》主要講述了一對探險家利用他們針對蟲洞的新發現,超越人類對於太空旅行的極限,從而開始在廣袤的宇宙進行星際航行的故事。

聽上去就很「高大上」有木有!!這部以太空穿梭和時間旅行為題材的科幻片,因為觸及了大量物理學前沿理論,被不少科幻迷奉為「燒腦神作」,但也因為這些理論太過「高冷」,因而嚇退了一大波對科學理論本來就不感冒的普通觀眾,以及數量眾多的文科生們。。。

那麼,要看懂這部豆瓣評分9.3分的神作,一本幫助你迅速理解這些專業理論知識的裝逼指南就變得非常急需啦。

前方高能預警!!!接下來的敘述很可能造成「字都認識卻看不懂」的現象,小夥伴們要做好心理準備哦!!

要看懂這部電影,以下幾個名詞必須要搞懂:一、黑洞。二、蟲洞。三、奇點。四、五維空間。五、彈弓效應。六、時間膨脹。七、平行宇宙。

一、黑洞

宇宙空間內存在的一種超高密度天體,由於熱力學上它是完全不反射光線的黑體,故名為黑洞。於1969年由美國物理學家約翰·阿提·惠勒命名。黑洞是質量足夠大的恆星在「燃料」耗盡而「死亡」後,發生引力坍塌產生的。黑洞產生的引力場極為強勁,以至於任何物質和輻射在進入到黑洞的一個事件視界(臨界點)內,便再無力逃脫。

物體進入黑洞是非常複雜的一件事,因為黑洞的引力過於強大,所以物體接近黑洞後,就被吸在了一個巨大的繞著黑洞旋轉的盤上,這個盤叫吸積盤。通過釋放引力勢能,吸積盤上的物質轉化為能量,因此吸積盤上是幾百萬高溫的等離子體,同時放出大量的高能射線。

《星際穿越》這部電影畫面中呈現的黑洞,是30個人使用數千臺計算機,用一年的時間,製造出的電影史上最準確的黑洞模型。

推薦書籍:《黑洞戰爭》(一本有關現代物理學、量子奇異性和恆星命運的書)

二、蟲洞

一般認為蟲洞是連接宇宙遙遠區域間的時空細管。蟲洞就像多維空間隧道,像是大海裡面的漩渦,無處不在但轉瞬即逝。蟲洞可以把平行的宇宙連接起來,並提供時間旅行的可能性。

舉例來說,可以將一張紙條視作通常的空間,那麼從位於紙條一端的一點到位於另一端的一點需要很長的距離,但是把紙條兩端連接在一起,那麼兩點間的距離就很短了。蟲洞的科幻意義巨大,但遺憾的是至今沒有任何證據表明蟲洞的存在。

推薦書籍:《黑洞與時間彎曲》(《星際穿越》影片中黑洞原理的理論來源,影片指導基普·S·索恩最重要著作)

三、奇點

《星際穿越》影片中在飛船駛向黑洞邊界時多次提到了「奇點」,奇點是時空中的一點,在該處時空曲率或其他的物理量都變得無限大,它具有一系列奇異的性質,無限大的物質密度、無限大的壓力、無限彎曲的時空等。

大多科學家認為它是宇宙產生之初,由爆炸而形成宇宙的那一點。它具有所有物質的勢能,而這種勢能正是由大爆炸而轉化為宇宙物質的質量和能量,我們可以想像,奇點是一種沒有固定形狀的、沒有體積的不可思議的存在。

推薦書籍:《果殼中的宇宙》

四、五維空間

大家都知道,一條線是一維空間,一個平面是二維空間,一個立體是三維空間,而我們的世界是由時間支配三維物體形成的四維空間。超過四維空間的更高維度就被我們稱為高維空間。影片中出現的高維空間主要是五維空間,也就是我們世界更高一級的空間。

五維空間到底是怎麼樣的呢?我們可以運用類比來推斷。在四維空間,三維物體是一切物質的組成基礎,而時間則是整個四維空間活動的基本,沒有時間,一切都是靜止的,就和三維空間沒有區別。那麼在五維空間,四維物體可能就是一切物質的組成部分。可能組成五維物體最基本的元素就是一整個四維空間,在這個元素中包括我們所有已知的世界。四維空間是五維空間的子集。

推薦書籍:《宇宙的琴弦》

五、彈弓效應(或引力彈弓)

「彈弓效應」是一個物理名詞,指的是小天體等藉助大質量天體重力獲得更大動能,這個概念被推廣開來就是藉助外界條件讓自己獲得加速度的意思。

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藉助星球引力使自己加速,儘可能地節省燃料,同時,引力助推既可用於加速飛行器,也能用於降低飛行器速度。靠著這種方式,在星際間彈來彈去,最後到達目的地。

六、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。

在相對論中,空間和時間的尺度隨著觀察者速度的改變而改變。例如,向著我們以接近光速速度運動的一個時鐘本身所標明的時間,比另一個與我們相對靜止的時鐘走得慢些。

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。

推薦書籍:《時間、空間和萬物》

七、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。

有了這些基本的理論準備,親們可以愉快地去電影院享受這部大片的魅力啦!

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