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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

《星際穿越》中的黑洞形象被稱為有史以來對黑洞面貌描述最准確的模型。這個模型是 30 個人、數千台計算機工作一年的成果   　　蟲洞  　　蟲洞已經成為一切星際穿越題材的電影中最必不可少的裝置，這不僅是因為在理論上蟲洞自身奇異的特性，也是由浩瀚的宇宙自身所決定的。人類目前的活動範圍仍然被限制在太陽系以內，一方面是受到自身科學技術水平的限制，另外也要受到狹義相對論的限制。愛因斯坦的狹義相對論規定，光速是宇宙中最快的速度(大約為每秒鐘30萬公里)，人類駕駛宇宙飛船，無論使用何種動力手段(包括核動力)，都很難接近光速。太陽只是銀河系中的一顆中等恒星，而人類所居住的太陽系本身是太陽的1000倍，光穿過整個太陽系都需要11個小時，而即使是以光速到達距離太陽最近的恒星，比鄰星(Proxima Centauri)也需要4.22年，以人類目前的科技水平，甚至是在可預見的未來，都絕無可能到達(在電影中，庫珀利用火箭從地球出發，到達土星都花費了兩年時間)。太陽和比鄰星，不過是銀河系中的滄海一粟而已，銀河系也只是浩瀚宇宙中的滄海一粟。那麼人類想要進行星際旅行，唯一的可能就是借助蟲洞進行穿越。 　　索恩與蟲洞的淵源頗深。實際上“蟲洞”這個名字就來自於索恩的博士生導師、著名的理論物理學家約翰·惠勒(John Wheeler)。惠勒受到穿透了蘋果表面的蟲洞啟發，給這種僅存於理論中的現象命名。而早在此之前，理論物理學家們就已經意識到了蟲洞存在的可能性，這也源於愛因斯坦。愛因斯坦在1915年發表了描述宇宙中質量(能量)、引力以及時空之間如何相互影響的廣義相對論，隨後很快有人得到了廣義相對論方程的一個解，這代表了一種可能性：存在著一種連接宇宙中兩個遙遠時空的“橋”，這種可能性在十幾年之後又被愛因斯坦和他的助手羅森發現，因此這種理論中的宇宙橋被命名為“愛因斯坦－羅森橋”(Einstein-Rosen Bridge)，也就是俗稱的蟲洞。 　　蟲洞僅能夠存在於理論中，原因就在於索恩證明，它即使存在，也會極不穩定，這種奇異的天體誕生—膨脹—收縮—死亡的速度極快，更有可能是在微觀尺度下的量子泡沫中隨機的產生和消失，遠小於原子尺度，因此完全不可能讓人類進行宇宙間的穿越旅行。而且，要形成一個在理論上穩定的蟲洞，需要大量有負能量的“奇異物質”，這在理論上也無法做到。 　　即使是在理論上可以實現，在宇宙中也很難“自然”形成一個穩定的蟲洞，原因就在於人類目前觀測不到任何有可能形成蟲洞的天體。《星際穿越》中出現的其他天體，比如恒星、行星、黑洞、中子星等，人們都早已通過天文學觀測得到了證實，但是人類在宇宙中找不到任何天體存在著任何可能演變為蟲洞，而宇宙大爆炸過程中“自然”產生出蟲洞的機會也是微乎其微。 　　儘管如此，要實現星際穿越、探索宇宙中各種奇異的天體、挽救地球，一個可以穿越折叠空間的蟲洞仍然必不可少，否則人類連衝出太陽系都不大可能。索恩假設可以出現穩定的蟲洞供人類進行宇宙穿越，同時這個巨大的蟲洞就被放置在太陽系內，這如同在一個失火的房子窗口恰好出現了一個安全梯，如此體貼，不可能是一個巧合。那麼，在電影中解釋，只可能是一種更為高級的生命把蟲洞放在那裡，專門為了解救人類。索恩通過計算，設置了土星附近蟲洞的大小：直徑大約是1公里，長度則只有幾十米，飛船穿越，應該是一晃而過。但是諾蘭為了電影效果，還是將拍攝成蟲洞漫長且內部充滿了奇異的閃光，猶如是駕車駛過一個黑暗的隧道，這其實也是很多人對於穿越蟲洞場景的想象。

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