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時空之謎:《星際穿越》中的科學與幻想

http://www.CRNTT.com   2014-12-11 12:09:19

蟲洞的電腦概念圖。蟲洞上面連接地球，下面連接離地球最近(4.3光年)的半人馬座阿爾法星   　　引力波觀測 　　索恩講述，他曾經計劃邀請斯蒂芬·霍金參演電影，並且設計了電影劇情的前傳，布蘭德(Professor Brand)教授是如何在太陽系內的土星附近發現了一個蟲洞。這個前傳實際上架起了現實與科學幻想之間的橋梁。故事發生在2019年，當時還只有20多歲的布蘭德在美國激光干涉引力波天文台(LIGO)工作，這是一個真實存在的機構，由來自17個國家的900多名科學家組成，總部正是設在加州理工學院，而索恩也正是LIGO的創始人之一。布蘭德在LIGO的工作是探測宇宙中傳播到地球的引力波。根據愛因斯坦的廣義相對論的描述，引力波是一種時空的褶皺，它自身具有能量，通過時空傳播。在理論上一些激烈的宇宙學現象，比如黑洞相撞、一個巨大的天體被黑洞吞噬等等，都會釋放出劇烈的引力波，並且有可能傳播到地球上。LIGO設置在美國華盛頓州和路易斯安那州的兩個天文台，正是為了探測這種時空的褶皺，而在法國、荷蘭、意大利等國也都有類似裝置，日本也正在建造引力波探測裝置，人類正在形成一個引力波探測網絡，故事也就由此而起。 　　儘管人類目前在地球上還沒有探測到任何引力波存在的痕跡(2014年初，一組科學家宣布他們在南極探測到的宇宙微波背景輻射過程中發現了其中原初引力波的痕跡，證實了宇宙暴漲理論，這引起了全世界的關注，但是這個發現隨後被認為是受到了噪聲的干擾，並不能成立)，但是在宇宙學觀測中，宇宙學家們已經發現了證明引力波存在的有力證據。索恩相信，在未來10年內人們就有可能在地球上探測到引力波，人類在並不遙遠的未來就可以利用引力波來精確探測宇宙中的天體，這也正是電影故事發生的基礎。唯有如此，布蘭德教授才能在2019年發現太陽系內蹊蹺地出現了一個蟲洞。 　　年輕的布蘭德在2019年通過LIGO觀測到了一場只持續了幾秒鐘的引力波大爆發，他開始調查發生引力波大爆發的位置。結果他驚奇地發現，這場激烈的爆發竟然是發生在太陽系的內部，土星附近。這顯然讓他無法理解——這個程度的引力波大爆發只會發生在巨大且致密的天體之間，但是如果在太陽系內部真的出現了這種天體，比如說一個巨大的黑洞，那麼整個太陽系內所有行星的軌道就會被黑洞巨大的引力所打亂，土星，以及太陽系所有的行星，甚至包括太陽在內的整個太陽系，也應該早就被摧毀，為什麼布蘭德還能夠安全觀測到這場引力波大爆發，卻沒有觀測到太陽系內有任何的異常現象？最終布蘭德發現，這個悖論只存在一個解釋，就是在土星附近出現的是一個穩定的蟲洞，這個蟲洞連接了宇宙中遙遠空間的兩端，它的兩個開口一個在太陽系內的土星附近，另外一端則在一個超大型黑洞附近，也就是電影中描述的卡岡圖雅(Gargantua)黑洞，他所觀測到的引力波爆發，實際上是來自蟲洞另外一端的黑洞正在吞噬一顆中子星，這並未影響到太陽系的安全，但在這個過程中發出的引力波則有一部分通過蟲洞傳播到太陽系，進而被布蘭德發現。

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