《星際穿越》中永恆號即將進入蟲洞的場景。圖片來源:華納兄弟。
電影《星際穿越》上映後,不僅在觀眾中引發了黑洞蟲洞科普熱,也在科學圈內引發了吐槽熱——果殼網「科學人」就匯總過不少科學家的吐槽(詳見:科學圈怎麼吐槽《星際穿越》?)。這些槽點真是影片在科學設定上出現了bug嗎?
事實上,在電影正式上映的同時,該片科學顧問兼製片人、美國加州理工大學的理論物理學家基普·索恩(Kip Thorne)也同步出版了一本新書,名為《〈星際穿越〉的科學》(The Science of Interstellar)。在這本書裡,索恩透露了許多電影中沒有明確說明的科學設定,恰好能夠回應人們吐出的不少槽點。問題:「卡岡圖雅」自轉到底有多快?
旋轉黑洞會導致很複雜的星象場,也會導致黑洞本身和吸積盤左右看起來不對稱。
如果按照導演諾蘭的要求,米勒行星上的1個小時等於地球上的7年,那麼「卡岡圖雅」的自轉幾乎需要達到黑洞的最大可能自轉(僅比最大可能自轉慢100萬億分之一)。索恩在科學設定中使用的都是這樣的自轉速度。
然而諾蘭對廣大電影觀眾是很負責任的,為了減少這種不對稱和複雜的背景帶來的困惑,他把卡岡圖雅的自轉降到了最大可能自轉的 60%。
補充說明:克爾黑洞的自轉受到廣義相對論的限制,如果旋轉再快的話,裸奇點就會出現,這在目前的大多數理論中不被允許。無論運動多快的物質進入到黑洞,都不可能再增加黑洞的自轉。高速旋轉的極端克爾黑洞周圍會看到很多複雜的現象。問題:這些行星的能量來源是什麼?
這些行星從哪裡得到熱量和光線啊?好像沒有恆星不行吧。熱量肯定不是來自黑洞本身的,因為接下來庫帕(無可避免地)要下到黑洞裡面去,他也沒被烤熟。所以這些行星明明附近沒有熱源,不知怎麼的卻適宜居住。
—— 菲爾·普萊特(Phil Plait),天文學家,著名天文博客「糟糕天文學」博主
能量的來源,就是電影中「卡岡圖雅」周圍那些發光的東西,也被稱為吸積盤。這是一個非常非常薄的盤,環繞黑洞一周。吸積盤在引力的吸引下圍繞黑洞旋轉,由於靠近黑洞的部分和遠離黑洞的部分轉動速度不一樣,物質之間存在「摩擦」,因而發光發熱,於是引力能量就通過這種輻射的方式被釋放出來。能量釋放的過程,吸積盤內的磁場也起了重要作用。問題:「卡岡圖雅」吸積盤裡的物質是從哪裡來的?
「卡岡圖雅」的吸積盤是它撕掉一顆紅巨星之後捕獲的。如果一顆恆星不小心太過靠近黑洞,它就有可能被潮汐力徹底撕碎。一顆幾乎徑直衝向「卡岡圖雅」的紅巨星一旦開始受到「卡岡圖雅」的影響,24 小時之後就已經把持不住,被撕碎了。